CN104037777B - 配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法，该方法包括：检测配电网PCC处电气参数；计算接入同一PCC的DSTATCOM_i的正序输出无功，负序输出无功，以及t次谐波输出有功；计算PCC正序电压，负序电压，t次谐波电压的补偿参考值；计算基于统一阻抗构造的DSTATCOM_i虚拟正序电纳，负序电纳和谐波电导；计算DSTATCOM_i的正序、负序和谐波输出电流参考值；合成DSTATCOM_i的输出电流参考值，按照优先级进行比例限流；合成DSTATCOM_i控制系统的PWM信号进行脉冲宽度调制。本发明能够实现PCC电能质量的综合控制和配电网保护的合理配合，提高配电网局部和区域电压质量，确保配电网的安全和稳定运行。

Description

配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法

技术领域：

本发明属于属电气工程、分布式发电、主动配电网和电能质量治理领域，涉及一种利用统一阻抗构建技术实现多配电网静止同步补偿器无互联线并联运行抑制配电网公共母线电压波动和谐波畸变的控制方法。

背景技术：

传统的配电网通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性，以保证电力系统的安全可靠，其运行控制方法相对简单。近十几年来，电力电子技术的快速发展解决了分布式电源(distributedgeneration,DG)在中低压配电网的并网运行问题，促进了DG越来越多的应用在电力系统各层级上。但是，传统的配电网仍然存在可再生能源消纳能力不足、一次网架薄弱、自动化水平不高、调度方式落后以及用电互动化水平较低等问题，严重制约了DG的高度渗透，不利于能源结构的优化调整。面对负荷增长缓慢、配电网发展空间资源有限、网络规模较难扩展的现状，主动配电网(activedistributionnetwork,AND)技术应运而生，旨在解决电网兼容及应用大规模间歇式可再生能源提升绿色能源利用率、优化一次能源结构等问题。

传统的被动式配电网采用就地消纳间歇式能源模式。当DG接入配电网后，由于DG具有间歇性、随机性、非线性等特征，若间歇式能源所发电力过剩，配电网本身没有调节能力无法上送配电网，只能降低其出力运行。而主动配电网具有消纳间歇式能源的调节能力，若间歇式能源所发电力过剩，在满足配电网运行约束的条件下通过柔性负荷以及多层次电网的分层消纳能力消纳过剩的能源。然而，这会导致配电网出现潮流反向，可能引起配电网PCC出现电压波动、闪变、电压畸变等暂态电能质量问题，严重影响配电网的电能质量及供电可靠性。此外，配电网本身的弱电网特点以及故障、负载不平衡突变等情况会加剧配电网的谐波、三相电压不平衡、电压跌落等问题，使PCC处电能质量变差，直接影响负载和DG的安全和稳定运行。

为了适应主动配电网对电能质量灵活控制的新的要求，最有效的方法就是在配电网装设电能质量治理设备，综合控制配电网局部和区域的电能质量。其中，配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)作为一种成熟有效的电能质量控制装置，受到越来越多的关注。现有的DSTATCOM控制方法主要以电流反馈环节实现补偿电网正序无功电流以及谐波电流。采用这类控制方法的DSTATCOM虽然设计思路简单清晰，但是缺少对于PCC不平衡电压的治理，无法有效的抑制PCC电压畸变，尤其当其安装在DG附近时其补偿效果会大受影响，并且，难以实现多DSTATCOM的安全可靠并联运行，这一切都与主动配电网的要求不相符。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种利用统一阻抗构建技术(Universalimpedanceshape,UIS)实现多配电网静止同步补偿器无互联线并联运行，解决主动配电网公共母线电压波动和谐波畸变问题的控制方案。本发明的技术方案如下：

一种配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法，包括以下步骤：

1)步骤1，检测配电网PCC处正序、负序和t次谐波电压的瞬时值以及DSTATCOM_i输出正序、负序和t次谐波电流瞬时值，并分别转化至两相静止坐标系的对应值v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ以及i_P,i,αβ、i_N,i,αβ、i_tH,i,αβ；计算PCC处的正序电压模值V_P、负序电压模值V_N以及t次谐波电压模值V_tH；计算PCC处的abc三相电压方均根值V_RMS、t次电压谐波含有率VTHD_tH、正序电压和负序电压的相角差以及abc三相电压模值V_a、V_b、V_c；其中，t=3,5,7；

2)步骤2，计算接入同一PCC的DSTATCOM_i的正序输出无功Q_P,i，负序输出无功Q_N,i，以及t次谐波输出有功P_tH,i，DSTATCOM_i表示接入同一PCC的第i个DSTATCOM；

3)步骤3，计算PCC正序电压负序电压t次谐波电压的补偿参考值

4)步骤4，设n_P,i为DSTATCOM_i的正序无功分配系数，n_N,i为DSTATCOM_i的负序无功分配系数，n_tH,i为DSTATCOM_i的t次谐波有功分配系数；k_e,P为DSTATCOM_i的正序电压误差比例系数，k_e,N为DSTATCOM_i的电压不平衡度误差比例系数，k_e,tH为DSTATCOM_i的t次谐波含有率误差比例系数；k_P,P、k_I,P分别为DSTATCOM_i的正序电纳Y_P,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,N、k_I,N分别为DSTATCOM_i的负序电纳Y_N,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,tH、k_I,tH分别为DSTATCOM_i的谐波电导G_tH,i构造环节的比例系数和积分系数，则Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_{P,i}=(k_{P,P}+\frac{k_{I,P}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{P,i}\\ Y_{N,i}=(k_{P,N}+\frac{k_{I,N}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{N,i}\\ G_{\mathrm{tH},i}=(k_{P,\mathrm{tH}}+\frac{k_{I,\mathrm{tH}}}{s}){\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}\end{array}\right.,$

其中， ${\mathrm{\ΔV}}_{P,i}=k_{e,P}(V_P^{*}-V_P){-n}_{P,i}{Q}_{P,i},{\mathrm{\ΔV}}_{N,i}=k_{e,N}(V_N^{*}-V_N)-n_{N,i}{Q}_{N,i},$ ${\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}=k_{e,\mathrm{tH}}({\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}}^{*}-{\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}})-n_{\mathrm{tH},i}{P}_{\mathrm{tH},i};$

5)步骤5，将Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i分别与v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ相乘得到DSTATCOM_i的正序、负序和谐波输出电流参考值 $i_{P,i}^{*},i_{N,i}^{*},i_{\mathrm{tH},i}^{*};$

6)步骤6，设DSTATCOM_i直流母线电压V_DC,i的额定值为计算维持DSTATCOM_i直流母线电压稳定的有功电流

$i_{\mathrm{DC},i}^{*}=(V_{\mathrm{DC},i}-V_{\mathrm{DC},i}^{*})(k_{P,\mathrm{DC}}+\frac{k_{I,\mathrm{DC}}}{s}),$

其中k_P,DC和k_I,DC分别为DSTATCOM_i直流母线电压控制环节的比例系数和积分系数；

7)步骤7，合成DSTATCOM_i的输出电流参考值按照优先级进行比例限流；

8)步骤8，将输出至DSTATCOM_i的电流内环控制环节，合成DSTATCOM_i控制系统的PWM信号进行脉冲宽度调制。

所述的配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法，步骤7）中，可根据负载要求，对电压有效值敏感的负荷，包含电子计算机、可编程控制器，优先补偿正序电压；对电压不平衡敏感的负荷，包含感应电动机、功率变换器，优先补偿负序电压；对谐波电压敏感的负荷，包含电容器，优先抑制谐波电压；在满足优先电压质量指标之后，剩余容量满足次要电压质量指标，对电流参考进行成比例限制。

本发明提供了一种基于统一阻抗构建技术的DSTATCOM抑制主动配电网PCC电压波动和谐波畸变的控制方法，DSTATCOM可以独立或者并联通过各自传输线接入配电网PCC，当选择并联运行时各DSTATCOM之间无需信号传输线。该方法重点解决由于配电网故障和DG输出功率的不确定性带来的PCC电压波动和谐波畸变问题。该控制方法具有以下四个优点：（1）通过统一阻抗构建技术有效的抑制了PCC电压平衡和不平衡波动以及谐波畸变问题，确保了配电网PCC电压质量，控制系统具有明确的物理意义；（2）电压严重波动后，考虑到DSTATCOM的容量有限，电压补偿参考值的选择不以恢复PCC电压正常为控制目标，而首要限制PCC相电压的最大值和最小值，确保相电压不越限，辅助DG完成低电压穿越，实现了DSTATCOM对PCC电压的控制与配电网保护的合理配合；（3）采用该控制方法的DSTATCOM不仅可以独立运行，也能实现无互联线并联运行，具有很高的灵活性和可靠裕度，解决了不同容量DSTATCOM并联运行时的功率分配问题，更加契合智能电网对于电力电子设备即插即用的要求。由于各DSTATCOM之间没有互联线，没有集中控制器，所以结构简单，成本低，可靠性高，不会因为其中一台模块或者集中控制器的损坏造成系统的故障，并在一定程度上可以自动修复因故障模块切除而造成的影响，同时各DSTATCOM不存在补偿振荡的问题；（4）结合配电网要求和电压问题严重程度综合进行输出电流极限控制，在DSTATCOM输出电流达到或超出极限时按照优先级进行输出电流参考值比例限幅，避免传统的强制电流限制带来的二次电流畸变冲击，恶化电能质量。该方法满足了配电网DG渗透率不断增高的现实需求，实现了PCC电能质量的综合控制，弥补了DG功率不确定性带来的电压质量降低问题，提高来配电网局部和区域电压质量，实现了配电网的安全和稳定运行。

附图说明：

图1为含有多个DG和DSTATCOM的主动配电网系统一条馈线示意图；

图2为一个DSTATCOM的一次电路结构和控制系统结构示意图；

图3为采用d-q多静止坐标系法提取正负序和各次谐波电压的控制示意图；

图4为具有自适应时限特性的参考值控制示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

本发明一实施例主动配电网一条馈线包括三个PCC，三组负荷以及若干DG和DSTATCOM，系统额定电压10kV，如图1所示。DG包括直流微源，三相全桥逆变器，LC滤波电路以及控制系统；DSTATCOM包括直流侧电容，三相全桥逆变器，LC滤波电路以及控制系统。如图2所示，DSTATCOM的控制系统主要包括UIS环节，内环电流双环调制环节。UIS自适应调整等效阻抗实时控制接入PCC电能质量。本部分实施方案以接入PCC1的DSTATCOM_i(i=1,2)为例说明。

本发明的基于统一阻抗构建技术的DSTATCOM抑制主动配电网PCC电压波动和谐波畸变的控制方法，包括以下步骤：

（1）如图2所示，检测配电网PCC处正序、负序和t次谐波电压的瞬时值以及DSTATCOM_i输出正序、负序和t次谐波电流瞬时值，并分别转化至两相静止坐标系的对应值v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ以及i_P,i,αβ、i_N,i,αβ、i_tH,i,αβ，DSTATCOM_i实时计算配电网PCC节点处母线的正序电压模值V_P，负序电压模值V_N以及谐波电压模值V_tH(t=3,5,7)，电压方均根V_RMS，t次电压谐波含有率VTHD_tH，正序电压和负序电压的相角差以及abc三相电压模值V_a、V_b、V_c。

1)DSTATCOM_i的控制系统采集接入PCC处电压v_abc＝[v_av_bv_c]^T和DSTATCOM_i输出电流i_abc,i＝[i_a,ii_b,ii_c,i]^T，并通过abc→αβ变换将电气量转换至两相静止坐标系中：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{\α\β}}={\left[\begin{array}{cc}{v}_{\mathrm{\α}}& v_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{abc}\→\mathrm{\α\β}}{\left[\begin{array}{ccc}{v}_a& v_b& v_c\end{array}\right]}^T\\ i_{\mathrm{\α\β},i}={\left[\begin{array}{cc}{i}_{\mathrm{\α},i}& i_{\mathrm{\β},i}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{abc}\→\mathrm{\α\β}}{\left[\begin{array}{ccc}{i}_{a,i}& i_{b,i}& i_{c,i}\end{array}\right]}^T\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中 $T_{\mathrm{abc}\→\mathrm{\α\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& \sqrt{3}/2\end{array}\right].$

2)如图3所示，采用d-q多静止坐标系法提取正负序电压v_P,αβ、v_N,αβ和t次谐波电压v_tH,αβ,正负序电流i_P,i,αβ、i_N,i,αβ和t次谐波电流i_tH,i,αβ（图3中给出了电压的提取方法，电流的提取方法同理）。该方法将静止的αβ坐标系变成按顺时针方向旋转的dq坐标系,此处的旋转角速度为需要提取的正序、负序以及t次谐波角频率。经变换后,αβ坐标系中的正序、负序和t次谐波电压中的正序分量转换成d轴、q轴上的2个直流分量，然后滤除其中的正弦分量，分离出相应的直流分量，再将该直流分量通过变换矩阵为反变换得到PCC电压的正序、负序和t次谐波分量。

3)计算PCC处母线的正序及负序电压模值：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_P=\sqrt{{\left(v_{P,\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{P,\mathrm{\β}}\right)}^2}\\ V_N=\sqrt{{\left(v_{N,\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{N,\mathrm{\β}}\right)}^2}\end{array}\right.---\left(2\right)$

设是电压正序分量和负序分量之间的相角差，则可以表示为：

继而，三相电压的模值则可以表示为：

4)计算PCC处电压方均根值：

$V_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{{\left(v_{\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{\mathrm{\β}}\right)}^2}---\left(5\right)$

继而，得到各次电压谐波含有率：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{VTHD}}_{3H}=\frac{\sqrt{{\left(v_{3H,\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{3H,\mathrm{\β}}\right)}^2}}{V_{\mathrm{RMS}}}\\ {\mathrm{VTHD}}_{5H}=\frac{\sqrt{{\left(v_{5H,\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{5H,\mathrm{\β}}\right)}^2}}{V_{\mathrm{RMS}}}\\ {\mathrm{VTHD}}_{7H}=\frac{\sqrt{{\left(v_{7H,\mathrm{\α}}\right)}^2+{\left(v_{7H,\mathrm{\β}}\right)}^2}}{V_{\mathrm{RMS}}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

（2）计算DSTATCOM_i的正序无功Q_P,i，负序输出无功Q_N,i以及谐波有功P_tH,i：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{P,i}=\frac{3}{2}(v_{P,\mathrm{\β}}{i}_{P,i,\mathrm{\α}}-v_{P,\mathrm{\α}}{i}_{P,i,\mathrm{\β}})\\ Q_{N,i}=\frac{3}{2}(v_{N,\mathrm{\β}}{i}_{N,i,\mathrm{\α}}-v_{N,\mathrm{\α}}{i}_{N,i,\mathrm{\β}})\\ P_{\mathrm{tH},i}=\frac{3}{2}(v_{\mathrm{tH},\mathrm{\α}}{i}_{\mathrm{tH},i,\mathrm{\α}}+v_{\mathrm{tH},\mathrm{\β}}{i}_{\mathrm{tH},i,\mathrm{\β}})\end{array}\right.---\left(7\right)$

（3）计算PCC正序电压、负序电压以及指定次谐波电压的补偿参考值

1)的计算

在PCC电压发生波动后，首先计算相电压偏差的最大值：

ΔV_max＝max{｜V_a-V^*｜,｜V_b-V^*｜,｜V_c-V^*｜}(8)

以及最大最小相电压的差值：

ΔV＝max(V_a,V_b,V_c)-min(V_a,V_b,V_c)(9)

其中V*是配电网额定电压。

根据电力系统对于35kV以下配电网电压的要求，正常情况下，PCC电压的偏差应在±7%以内。考虑不同类型的电压暂升或暂降，对的设置分成两类情况：

a)ΔV＝max(V_a,V_b,V_c)-min(V_a,V_b,V_c)＞0.14·V*

此时配电系统已经出现了较为严重的故障或不正常运行状态，造成较为严重的电压波动。考虑到DSTATCOM的容量有限，此时电压补偿参考值的选择不以恢复PCC电压正常为控制目标，而首要限制PCC相电压的最大值和最小值，确保相电压不越限，辅助DG完成低电压穿越。为了实现电压严重波动后DSTATCOM对PCC电压的控制与配电网保护动作逻辑的合理配合，将相电压最小值和最大值的参考值的设置为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\min }^{*}=V{\left(t\right)}_{\min }=\frac{92+2^{\frac{t}{0.93}\sqrt[1/3]{{\mathrm{\ΔV}}_{\max }/V^{*}}}}{100}\\ V_{\max }^{*}=V{\left(t\right)}_{\max }=\frac{108-2^{\frac{t}{\mathrm{0,93}}\sqrt[1/3]{{\mathrm{\ΔV}}_{\max }/V^{*}}}}{100}\end{array}\right.---\left(10\right)$

如图4所示，该参考值控制具有自适应时限特性，在故障状态下电压参考值的变化率很小，主要目的是有效的控制相电压的最大最小值辅助DG故障穿越，而故障切除后电压恢复状态下电压参考值的变化率很大，主要目的尽快恢复PCC电压至正常状态，根据控制方程(10)，这个过程中的两个状态的控制时间会随着电压波动程度自适应调整，当电压波动情况大时，配电网线路保护动作快，此时适当缩短电压参考值控制中的故障状态时间，并且加快故障切除后电压恢复速度；反之在电压波动程度小时，此时保护动作时间会相应变长，因此适当延长电压参考值控制中的故障状态时间。

b)ΔV＝max(V_a,V_b,V_c)-min(V_a,V_b,V_c)≤0.14·V*

这种情况下相电压最小值和最大值的参考值的设置为：

此时配电系统可能出现三种不同的状态：一种是相电压的最大值已经低于0.93·V*，此时可能出现的是三相电压对称或者不对称跌落，此时应该按照图4中的曲线V(t)_min控制相电压最小值和最大值；一种是相电压的最小值已经高于1.07·V*，此时可能出现的是三相电压对称或者不对称升高，此时应该按照图4中的曲线V(t)_max控制相电压最小值和最大值；另外一种是配电网出现了轻微的电压波动，此时可以按照正常运行状态设定相电压最小值和最大值。

当得到了相电压最小值和最大值的参考值后，可以得到为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_P^{*}=\sqrt{\frac{x\·{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2-y\·{\left(V_{\max }^{*}\right)}^2+\sqrt{{(y\·{\left(V_{\max }^{*}\right)}^2-x\·{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2)}^2-{({\left(V_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2)}^2}}{2(x-y)}}\\ V_N^{*}=\sqrt{\frac{x\·{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2-y\·{\left(V_{\max }^{*}\right)}^2-\sqrt{{(y\·{\left(V_{\max }^{*}\right)}^2-x\·{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2)}^2-{({\left(V_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(V_{\min }^{*}\right)}^2)}^2}}{2(x-y)}}\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中

2)的设置

在任何情况下，的参考值均设定为：

${\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}}^{*}=0.05---\left(13\right)$

（4）DSTATCOM_i的正序电纳Y_P,i，负序电纳Y_N,i以及谐波电导G_tH,i的计算

设n_P,i为DSTATCOM_i的正序无功分配系数，n_N,i为DSTATCOMi的负序无功分配系数，n_tH,i为DSTATCOM_i的t次谐波有功分配系数；k_e,P为DSTATCOMi的正序电压误差比例系数，k_e,N为DSTATCOM_i的电压不平衡度误差比例系数，k_e,tH为DSTATCOM_i的t次谐波含有率误差比例系数；k_P,P、k_I,P分别为DSTATCOM_i的正序电纳Y_P,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,N、k_I,N分别为DSTATCOM_i的负序电纳Y_N,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,tH、k_I,tH分别为DSTATCOM_i的谐波电导G_tH,i构造环节的比例系数和积分系数。则Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_{P,i}=(k_{P,P}+\frac{k_{I,P}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{P,i}\\ Y_{N,i}=(k_{P,N}+\frac{k_{I,N}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{N,i}\\ G_{\mathrm{tH},i}=(k_{P,\mathrm{tH}}+\frac{k_{I,\mathrm{tH}}}{s}){\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}\end{array}\right.---\left(14\right)$

其中， ${\mathrm{\ΔV}}_{P,i}=k_{e,P}(V_P^{*}-V_P){-n}_{P,i}{Q}_{P,i},{\mathrm{\ΔV}}_{N,i}=k_{e,N}(V_N^{*}-V_N)-n_{N,i}{Q}_{N,i},$ ${\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}=k_{e,\mathrm{tH}}({\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}}^{*}-{\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}})-n_{\mathrm{tH},i}{P}_{\mathrm{tH},i};$

当系统进入稳态时，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_{P,i}=k_{e,P}(V_P^{*}-V_P)-n_{P,i}{Q}_{P,i}=0\\ {\mathrm{\ΔV}}_{N,i}=k_{e,N}(V_N^{*}-V_N)-n_{N,i}{Q}_{N,i}=0\\ {\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}=k_{e,\mathrm{tH}}({\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}}^{*}-{\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}})-n_{\mathrm{tH},i}{P}_{\mathrm{tH},i}=0\end{array}\right.---\left(15\right)$

由于DSTATCOM_i接入同一PCC，而k_e,P、k_e,N和k_e,tH为固定常数，因此n_P,iQ_P,i=...=n_{P, j}Q_P,j，n_N,iQ_N,i=...=n_N,jQ_N,j，n_tH,iP_tH,i=...=n_tH,jP_tH,j(下标i，j分别代表微电网中不同的DSTATCOM)，按照DSTATCOM_i的额定容量设置n_P,i、n_N,i及n_tH,i，则并联的DSTATCOM_i将按照各自额定容量成比例输出正序无功、负序无功和t次谐波有功。

（5）将Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i分别与v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ相乘得到DSTATCOM_i的正序、负序和谐波输出电流参考值

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{p,i,\mathrm{\α}}^{*}=Y_{P,i}\·v_{P,\mathrm{\β}},i_{P,i,\mathrm{\β}}^{*}=-Y_{p,i}\·v_{P,\mathrm{\α}}\\ i_{N,i,\mathrm{\α}}^{*}=Y_{N,i}\·v_{N,\mathrm{\β}},i_{N,i,\mathrm{\β}}^{*}=-Y_{N,i}\·v_{N,\mathrm{\α}}\\ i_{3H,i,\mathrm{\α}}^{*}=G_{\mathrm{tH},i}\·v_{\mathrm{tH},\mathrm{\α}},i_{3H,i,\mathrm{\β}}^{*}=G_{\mathrm{tH},i}\·v_{\mathrm{tH},\mathrm{\β}}\end{array}\right.---\left(16\right)$

（6）设DSTATCOM_i直流母线电压V_DC,i的额定值为则DSTATCOM_i需要吸收正序有功功率P_P,i，维持直流母线电压，此时需要吸收的有功电流为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{DC},i,\mathrm{\α}}^{*}=\frac{2}{3}\·\frac{v_{P,\mathrm{\α}}\·P_{P,i}}{{V_P}^2}\\ i_{\mathrm{DC},i,\mathrm{\β}}^{*}=\frac{2}{3}\·\frac{v_{P,\mathrm{\β}}\·P_{P,i}}{{V_P}^2}\end{array}\right.---\left(17\right)$

其中k_P,DC和k_I,DC分别为DSTATCOM_i直流母线电压控制环节的比例系数和积分系数。

（7）合成DSTATCOM_i的输出电流参考值在运行过程中，由于PCC电压波动的范围较大或者电压畸变严重可能会导致电流参考值超过DSTATCOM额定电流I_ref的2倍。当时，则按比例修正输出电流参考值，避免强制电流限制带来的二次电流畸变，恶化电压质量：

另外，该控制策略还可根据负载要求，首先满足优先选择的电能质量补偿指标进行补偿，剩余容量补偿次要电能质量要求，但是所有的限流都是基于对电流参考进行成比例限制。

（8）电流内环控制采用了比例谐振控制器(PR)，和i_i,αβ通过PR控制器，得到静止坐标下的DSTATCOM_i内环电流参考值减去i_L,i,αβ，经过PR控制器，得到静止坐标系下的PWM控制输入信号U_PWM,i,αβ；U_PWM,i,αβ经过αβ→abc变换得到三相坐标系下的PWM控制输入信号U_PWM,i,abc，输入值PWM生成单元进行脉冲宽度调制。PR控制的传递函数为：

$G\left(s\right)=k_{\mathrm{PRp}}+\frac{2k_{\mathrm{PRr}}{\mathrm{\ω}}_{c}s}{s^2+2{\mathrm{\ω}}_{c}s+{(h\·{\mathrm{\ω}}_f)}^{2}s},(h=\mathrm{1,3,5,7})---\left(19\right)$

其中，k_PRp和k_PRr分别是DSTATCOM_i的PR控制的比例系数和谐振增益，ω_c为截止频率，ω_f为基波频率，h为谐波系数。

（9）为了减少投资，当多DSTATCOM并联运行时，可以多个DSTATCOM共用一套电压互感器。

Claims (2)

1.一种配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法，包括以下步骤：

1)步骤1，检测配电网PCC处正序、负序和t次谐波电压的瞬时值以及DSTATCOM_i输出正序、负序和t次谐波电流瞬时值，并分别转化至两相静止坐标系的对应值v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ以及i_P,i,αβ、i_N,i,αβ、i_tH,i,αβ；计算PCC处的正序电压模值V_P、负序电压模值V_N以及t次谐波电压模值V_tH；计算PCC处的abc三相电压方均根值V_RMS、t次电压谐波含有率VTHD_tH、正序电压和负序电压的相角差以及abc三相电压模值V_a、V_b、V_c；其中，t＝3,5,7；

2)步骤2，计算接入同一PCC的DSTATCOM_i的正序输出无功Q_P,i，负序输出无功Q_N,i，以及t次谐波输出有功P_tH,i，DSTATCOM_i表示接入同一PCC的第i个DSTATCOM；

3)步骤3，计算PCC正序电压、负序电压以及指定次谐波电压的补偿参考值

4)步骤4，设n_P,i为DSTATCOM_i的正序无功分配系数，n_N,i为DSTATCOM_i的负序无功分配系数，n_tH,i为DSTATCOM_i的t次谐波有功分配系数；k_e,P为DSTATCOM_i的正序电压误差比例系数，k_e,N为DSTATCOM_i的电压不平衡度误差比例系数，k_e,tH为DSTATCOM_i的t次谐波含有率误差比例系数；k_P,P、k_I,P分别为DSTATCOM_i的正序电纳Y_P,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,N、k_I,N分别为DSTATCOM_i的负序电纳Y_N,i构造环节的比例系数和积分系数，k_P,tH、k_I,tH分别为DSTATCOM_i的谐波电导G_tH,i构造环节的比例系数和积分系数，则Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_{P,i}=(k_{P,P}+\frac{k_{I,P}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{P,i}\\ Y_{N,i}=(k_{P,N}+\frac{k_{I,N}}{s}){\mathrm{\ΔV}}_{N,i}\\ G_{tH,i}=(k_{P,tH}+\frac{k_{I,tH}}{s}){\mathrm{\ΔVTHD}}_{tH,i}\end{array}\right.,$

其中， ${\mathrm{\ΔV}}_{P,i}=k_{e,P}(V_P^{*}-V_P)-n_{P,i}{Q}_{P,i},{\mathrm{\ΔV}}_{N,i}=k_{e,N}(V_N^{*}-V_N)-n_{N,i}{Q}_{N,i},$ ${\mathrm{\ΔVTHD}}_{\mathrm{tH},i}=k_{e,\mathrm{tH}}({\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}}^{*}-{\mathrm{VTHD}}_{\mathrm{tH}})-n_{\mathrm{tH},i}{P}_{\mathrm{tH},i};$

5)步骤5，将Y_P,i、Y_N,i、G_tH,i分别与v_P,αβ、v_N,αβ、v_tH,αβ相乘得到DSTATCOM_i的正序、负序和谐波输出电流参考值

6)步骤6，设DSTATCOM_i直流母线电压V_DC,i的额定值为计算维持DSTATCOM_i直流母线电压稳定的有功电流

$i_{DC,i}^{*}=(V_{DC,i}-V_{DC,i}^{*})(k_{P,DC}+\frac{k_{I,DC}}{s}),$

其中k_P,DC和k_I,DC分别为DSTATCOM_i直流母线电压控制环节的比例系数和积分系数；

7)步骤7，合成DSTATCOM_i的输出电流参考值按照优先级进行比例限流；

8)步骤8，将输出至DSTATCOM_i的电流内环控制环节，合成DSTATCOM_i控制系统的PWM信号进行脉冲宽度调制。

2.根据权利要求1所述的配电网静止同步补偿器抑制电压波动和谐波畸变的方法，步骤7)中，根据负载要求，对电压有效值敏感的负荷，包含电子计算机、可编程控制器，优先补偿正序电压；对电压不平衡敏感的负荷，包含感应电动机、功率变换器，优先补偿负序电压；对谐波电压敏感的负荷，包含电容器，优先抑制谐波电压；在满足优先电压质量指标之后，剩余容量满足次要电压质量指标，对电流参考进行成比例限制。