摘 要：基于现代电力系统对无功补偿技术应用的迫切需要，对配电网静止同步无功补偿装置（statcom）进行了相关研究。针对配电网statcom装置级控制进行了分析，结合实际工程中等效电阻时变的特点，分析了简化型无电阻反馈控制策略，采用空间矢量pwm（svpwm）控制方法，设计了基于智能功率模块ipm及双dsp控制的配电网statcom装置。
关键词：控制策略；statcom装置；分析；设计
1 statcom控制策略分析
1.1 statcom控制策略基础
从控制策略上来讲，可以分为三个层次：系统级，装置级，器件级。这三个层次控制的逻辑关系如下图所示：
系统级控制主要是针对整个系统要实现的目标而言，因此输电网statcom要比配电网statcom的系统级控制要复杂。我国清华大学研制的20mvar statcom就是多目标系统级控制，其目标是提供无功功率、稳定母线电压、提供系统阻尼，控制方法采用了模糊控制。对于配电网statcom来说，其实现的功能就是提供无功功率，进行就地补偿，同时兼有稳定接入点电压的功能。因此本文中系统级控制方式不予考虑，将系统级控制的输出看作常量，表征无功补偿参考输入。wWW.11665.coM
器件级控制就是驱动开关器件的控制，根据驱动脉冲的形状分为方波控制和pwm波控制。pwm波由不同的方法产生，如空间矢量pwm，特定谐波消除pwm以及最平常的正弦调制spwm等。
装置级控制是系统级控制与器件级控制之间的一个桥梁，研究从脉冲控制结果到系统无功电流需求之间的模型与控制问题，亦即探讨配电网statcom无功输出电流与脉冲控制角之间的非线性关系，进而设计一定的控制规律使得装置输出能较好地满足从系统角度提出的无功电流需求。
1.2 简化型无电阻反馈控制方法
1.3 空间矢量pwm（svpwm）
svpwm基本思想就是将三相逆变器的交流侧电压在复平面上综合成电压矢量，并通过若干开关状态形成一系列的空间矢量，利用这些电压矢量去逼近以交流电动机理想磁通圆为基准的电压圆，从而形成pwm波形。空间矢量脉宽调制是应用于三相电压源逆变器的功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合。这种开关触发顺序和组合可以在逆变器的交流侧产生三相互差120度电角度的波形失真较小的正弦波电流。
1.4 系统控制结构
本文笔者选取了简化型无电阻反馈＋空间矢量pwm的控制策系统的完整的控制结构图如图3所示：
根据无电阻反馈控制方法的分析，加上无电阻反馈控
2 配电网statcom装置总体结构
配电网statcom主电路由一组三相逆变器构成，配电网statcom系统结构框图如图4：
从图4可以看出，配电网statcom的整体结构按照功能可以分成以下几个部分：
主电路单元：产生输出电流的主要电路，主要由变流器、直流侧电容器、连接电抗器和各种继电保护装置组成。
电源电路：为测量电路、控制电路提供工作电源。
测量电路：采用霍尔元器件、提拉电路对系统接入点电压、负载电流、装置输出电流以及直流侧电压进行采样测量。
控制电路：对输入的测量反馈信号、遥控器指令信号和各继电器信号等进行处理，实现产生pwm波形来驱动逆变部分的功率元件以及保护等功能，并对数据进行存储和通信。
工业控制机：系统电压、电流、无功在线显示，给定参数输入（电压，电流）控制参数调节并接收本体中存储的数据。
3 系统主电路设计
系统主电路由智能功率模块ipm、整流桥、滤波电容、驱动保护电路等共同构成。在主电路中整流部分设计采用不可控整流，优点是保证直流侧电压恒定。主电路的直流侧使用大电容稳压和滤波。本文将主电路的整流电路设计为如图5所示：
如果后级逆变器输出电流太大或出现故障，要及时给后级逆变器断电。图中放电电阻的作用是使变频器在关闭时自动给滤波电容放电，以保证变频器在不使用的安全性。图中充电电阻的作用是为了防止在变频器刚接通电源时产生很强大的电流，烧坏三相整流全桥及相关的电路。图中继电器的作用，它与充电电阻并联，一方面是为了在变频器正常工作时短接充电电阻，为后级的逆变器提供足够的电流，另一方面是为了在变频器出现故障时断开，让故障电流经过充电电阻以限制电流。图中熔断丝是为了保护后级的ipm，如果电流过大它则自动熔断，这样后级的ipm就没有电流回路，保护了ipm不受损坏。这个熔断丝不能放在电容之前，是因为如果ipm过流，熔断丝可能会熔断，即使这样，滤波电容还有电量，继续给ipm供电，很有可能因过流而烧坏ipm及相关电路，就起不到保护ipm的作用。
4 测量电路设计
为了实现对statcom的控制，要检测系统接入点三相电压以及三相电流，同时为了使开关动作与系统电压同步必须要有同步信号，数据采集模块要实现这两项功能。而输出无功闭环控制要求得知装置输出无功，这样需要测量装置输出电流，只需测量2路，另1路计算得出，直流侧要求测量直流侧电压。下面将电流检测电路和电压频率捕获电路加以介绍。
电流检测采用honeywell公司的磁平衡式霍尔电流传感器csne151-100（1：1000）工作电压为±15v，线性度为0.2％。因为tms320lf2407中的a/d转换器只能处理ov到sv的电压量，因此还必须经过电压偏移电路提升2.5v。输出端再经过二极管嵌位限幅和高频滤波去掉毛刺和杂波后送入dsp的ad输入通道。该电路如图6所示，图中的集成运算放大器采用lf356，它具有失调小、低漂移、高输入阻抗、低噪声、器件频带宽、转换速度高、建立时间少等优点，适用于电流采样电路。
另外，本系统需要捕获电网电压的频率来估算无功电流和计算并网时刻，电压频率捕获电路将正弦信号调理成同频的方波信号，供dsp的cap单元捕获。电压频率捕获电路如图7所示：
参考文献
［1］谢小荣，陈建业.电力系统并联补偿：结构、原理、控制与应用［m］.北京：机械工业出版社，2007.
［2］任王德，刘发友，周胜军.动态无功补偿技术的应用现状［j］.电网技术，2006，（23）.
