1  引言

由自换相电力电子变流器组成的静止同步补偿器是一种完全静止型的无功补偿装置，具有损耗小、响应速度快、启动无冲击、连续调节范围大的优点，动态性能优越^[1-2]。

三电平DSTATCOM的主电路拓扑结构如图1所示，主要由电网电压、负载、连接电抗器和逆变器组成。其中，功率开关管采用IGBT，每个IGBT与一个快恢复二极管反并联，具有续流作用，通过脉宽调制技术控制开关器件的通断，以使直流侧电容电压变换为幅值、方向可调的交流电压；作为储能元件的直流侧电容C₁和C₂的参数相同，对装置起到电压支撑的作用；连接电抗器既能够滤除逆变器交流侧输出的高次谐波电压，还能够起到将逆变器和电网连接起来的作用^[3]。

          
                          图1 三电平DSTATCOM主电路

2  三电平DSTATCOM的数学模型

为了保证所建三电平DSTATCOM数学模型的准确性和简易性，三电平DSTATCOM数学模型通常是在以下理想条件下建立的：

(1)三相电网电压平衡且为纯正弦电压，三电平DSTATCOM本身的参数三相对称；

(2)三电平DSTATCOM装置中的连接电抗器L是线性的，且不考虑电感饱和；

(3)将连接电抗器和逆变器的损耗(如线路电阻、开关损耗)集中用等效电阻R表示；

(4)为数学描述的方便，仅考虑开关函数模型中的基波分量，忽略其中的高频分量。

4 仿真研究

搭建基于指令电流检测的电流状态反馈解耦控制的三电平DSTATCOM仿真模型，采用电网电压矢量定向控制，其中指令电流检测方法采用基于瞬时无功功率理论的无锁相环检测方法，该方法能准确、快速的检测出负载电流的基波无功分量、负序分量及谐波分量；PWM调制算法采用简化的三电平SVPWM调制算法^[7-8]。

仿真参数为：三相电网线电压380V，频率为50HZ；负载为三相不控二极管整流桥带8Ω电阻负载，其交流侧电感为1.2mH；三电平DSTATCOM直流参考电压设为1000V，直流侧两电容值均为5000，交流侧连接电抗器为2mH，等效电阻为0.5Ω。

（b）a相负载电流频谱分析图

图3 未加入DSTATCOM补偿装置的仿真结果

未加入DSTATCOM补偿装置的仿真结果如图3所示，由图中(a)、(b)可以看出a相负载电流波形发生了严重的畸变，与电网电压相位产生偏差，谐波含量极高。由于三相对称，b、c两相同样给电网带来污染。

加入三电平DSTATCOM装置后，控制策略采用本节介绍的电流状态反馈解耦控制策略，加入DSTATCOM补偿装置的仿真结果如图4所示。图(a)-(e)表明：a相电网电流的谐波畸变率由补偿前的23.89%下降到3.73%，三相电网电流波形得到有效的补偿，接近正弦化，三电平DSTATCOM装置输出电流呈容性，对负载带来的谐波及感性无功电流进行了综合补偿，使电网电压和电网电流同相位运行，使电网运行于单位功率因数状态。图(f)-(i)说明直流母线电压稳定运行在1000V，交流侧输出正确的三电平PWM电压波形，上下母线电容电压波形基本重合，中点电位电压波动小，控制在4V范围内。

5 结论

本文研究了三电平DSTATCOM的基于指令电流检测的电流状态反馈解耦控制方法，并做了仿真验证。仿真研究表明，该方法实现了对电网电流谐波和无功分量的综合补偿，系统功率因数得到显著改善，电流波形正弦化。表明该方法是行之有效的。

参考文献：

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[2]侯圣语，董彬，程志明.无功补偿装置的发展及现状[J].电力设备，2019，20(10)：80-82.

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[6] 何鸣明.不对称电网故障下PWM整流器的控制策略研究[D]. 杭州：浙江大学，2006.

[7]张传金.配电网静止同步补偿器控制策略研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2012.

[8]张兵.三电平STATCOM不平衡控制策略研究[D].徐州：中国矿业大学，2010.

作者简介：

侯圣语，男，1987年2月，硕士研究生，工程师，研究方向：电力电子与电力传动