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图2中直流电压调节器输出值生成部分有功电流指令,用于稳定直流母线电压并补偿功率损耗部分。若为提高功率因数,可以同时补偿无功电流,此时基波负序无功电流指令值设定为0。最后用负载电流减去基波电流正序分量,即可得到补偿负载电流中谐波分量和因负载不平衡导致的电流负序分量、零序分量的指令电流量以及无功电流正序分量的指令电流,实现APF-STATCOM功能。
3.电流PR谐振控制器设计
由于APF-STATCOM跟踪的电流指令是多种频率正弦量的叠加信号,传统SPWM调制采用PI控制必定存在稳态误差和相位偏移,补偿效果不佳,往往采用电流滞环调制,但变频调制不可避免带来滤波器设计及噪声控制问题[9]。
通过旋转坐标变换可以将正弦信号变为直流信号,从而在新的坐标系下采用PI控制器。但在APF-STATCOM控制领域,必须在多个频率下进行坐标变换,计算复杂,不利于实际应用。近年来,针对正弦信号的提出的PR控制器,在可以避免旋转坐标变换,计算量大大降低的同时,获得与同步坐标系下的PI控制器相同控制效果:能无稳态误差地跟踪特定频率的正弦信号,更重要的是可以对指定频率的谐波进行有选择地补偿。
(7)
(8)
式中为谐振频率。
由式(7)可知,对直流系统而言,由于积分环节的存在,0Hz处的增益极高,从而系统可以实现无静差调节;对于交流系统,50Hz及其倍数次谐波,式(7)增益有限,式(8)由于谐振环节的引入,在相应频段有较高的增益。若跟踪的目标为基波rad/s;若需补偿较高幅值的5次谐波,则有rad/s。通常补偿谐波次数最高至20或50次,尤其是幅值较高的奇次谐波。因此有,
(9)
图4所示为基波及三、五、七次谐波补偿用PR谐振控制器波特图,可以看出在相应频段电流控制器增益较高,有助于减小跟踪误差。
图4?PR谐振控制器波特图
仿真及实验验证
为验证所提出的谐波、负序及无功电流复合补偿策略,本文在MatlabSimulink环境下建立仿真平台。相关参数设置如下:输入三相四线制电压380V/50Hz,三相二极管整流器非线性负载直流侧滤波电感1mH,电阻3.2Ω,三相二极管整流器交流电抗0.4mH,APF-STATCOM并网电抗0.4mH,直流侧支撑电容4000μF,交流侧不平衡RL负载星型联接,电感值均为8mH,电阻值分别为5Ω,50Ω,500Ω,开关频率10kHz。
图5所示以A相为例,表明补偿后APF-STATCOM注入电流很好地抵消了负载电流的谐波电流,使得电网电流正弦化较好,实现了APF谐波补偿功能;同时电网电流与电网电压同频同相,功率因数接近于1,实现了STATCOM无功补偿功能。图6给出三相补偿结果,对称三相电流波形验证其具有较好抑制不平衡负载能力。
图5A相补偿后电压电流波形(从上到下依次是电网电压/V、电网电流/A、补偿电流/A、负载电流/A,时间轴t/s)
图6补偿后电网三相电压电流波形(从上到下依次是三相电网电压/V、三相电网电流/A,时间轴t/s)
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