一種三相H橋STATCOM的多目標趨優補償控制方法、裝置及系統

2024-04-14 02:54:05

一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法、裝置及系統
技術領域
1.本發明涉及statcom技術領域，更具體地，涉及一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法、裝置及系統。


背景技術：

2.在柔性交流輸電系統眾多的無功補償裝置中，靜止同步補償器statcom是非常重要的一種，跟其它的無功補償裝置相比較，具有功能強大、性價比高、性能優良等特點，能夠解決電網中電流畸變、電壓波動與閃變、三相電壓不平衡等電能質量問題，是電網無功功率補償和提高電能質量的重要方向。但同時也引起了直流側電壓波動大、輸出電流諧波含量高等問題，而儲能技術的出現正好能夠很好的解決這個問題，它不僅能夠提升statcom自身無功補償的性能，還能實現有功與無功補償共同補償的效果。
3.儲能技術的研究和應用一直是各國能源、電力、交通、電訊等部門的重要技術，電力系統中多以大功率、大容量形式存在，常見的儲能主要有抽水蓄能、飛輪儲能、電池儲能還有超級電容等，其中超級電容是一種介於傳統電容和蓄電池之間的新型儲能裝置，與傳統電容相比，超級電容的能量密度比較大，工作溫度範圍也比較寬，具有更高的功率密度和更長的循環使用壽命。因此，超級電容器所兼具的優點眾多，無論是在城市軌道交通、電力系統，還是在新能源產業等領域都能夠得到充分有效的應用。
4.目前，將statcom與大容量儲能系統進行一體化融合已成為趨勢，常見的融合方式主要有兩種：一種是將儲能系統與statcom進行組合使用，但他們之間依然是獨立裝置，在一定程度上降低了利用率；另一種是在功率單元級聯型statcom的基礎上，將儲能元件與直流側電容進行直接或者間接並聯，但其存在無法控制儲能元件的充放電控制、功率單元與儲能元件對地電位高，容易造成電磁幹擾現象等問題。
5.三相h橋statcom無功補償能力的大小不僅與系統的結構有關，同樣與其控制策略有關，statcom是通過向電網注入補償電流來改善電能質量，因此常用的控制策略大多採用的是電流控制，而電流控制策略主要有：(1)pi控制，在低頻段可以實現對直流分量的無靜差跟蹤控制，控制簡單，魯棒性好，但難以應用到高頻段上；(2)pr控制，在特定的頻率下可以實現對正弦周期信號的無靜差跟蹤，但無法實現對多個頻率信號的跟蹤；(3)重複控制，對各次諧波信號都具有良好的追蹤效果，但其動態響應速度慢，在實際應用中仍有欠缺；(4)其他控制，如模糊控制、滑膜控制等，這些控制策略有很好的電流跟蹤效果，但實現困難。


技術實現要素：

6.針對現有技術的缺陷或改進需求，本發明提出了一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法、裝置及系統，其目的在於，解決現有技術中由於網側三相之間的不平衡負載帶來的無功缺額、有功波動、諧波汙染、電壓跌落等導致三相h橋statcom裝置穩定性差、
直流側電容電壓不均衡、輸出電流諧波含量高的問題，從而提供一種三相h橋statcom多目標趨優補償控制方法。
7.一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法，包括以下步驟：
8.(1)利用pscad/emtdc工具對三相h橋statcom進行建模仿真處理，以獲得三相h橋statcom仿真電路模型，所述三相h橋statcom仿真電路模型包括三個h橋子電路模塊、直流側電容；
9.(2)對步驟(1)得到的三相h橋statcom仿真模型進行一個工頻周期內的電氣量檢測、採樣，獲得電網三相電壓電流、三相h橋statcom補償電壓電流、三相h橋子模塊直流側電容電壓；
10.(3)根據步驟(2)得到的電網三相電壓值，經改進srf-pll結構輸出電網電壓相角θ，其中鑑相器分離出相角偏差得到電壓在dq軸坐標下的電壓分量，再將q軸電壓分量經過環路濾波器濾出相角偏差中的高頻成分，輸出直流量頻率，頻率信號在壓控振蕩器的作用下閉環調整頻率、跟蹤輸入信號，直到偏差為恆定值，完成鎖相，輸出電網相角信號；
11.(4)根據步驟(2)得到的三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
，u
dc_b
，u
dc_c
，計算三相h橋子模塊的平均直流電壓u
dc_avg
，經電壓的外環控制，得到三相h橋statcom輸出電流的d軸分量參考值i
cd_ref
，相應的，計算q軸分量參考值i
cq_ref
；根據步驟(3)得到的電網相角信號，將輸出的補償電流i
ca
，i
cb
，i
cc
經過park變換到dq坐標系下，再通過雙閉環pi控制器實現對裝置的輸出電流的dq分量i
cd
、i
cq
的無靜差跟蹤，輸出三相h橋statcom輸出電壓補償值ud，uq，從而實現通過控制其電壓值，完成三相h橋statcom與電網有功和無功功率的交換，滿足動態補償無功功率的要求；
12.(5)根據步驟(2)得到的三相h橋statcom電路中的三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
，u
dc_b
，u
dc_c
，計算得到三相h橋statcom的三相的偏差功率分別為δp
dc_a
，δp
dc_b
，δp
dc_c
，反向計算得到需注入的零序電壓的幅值u0和相角α0，即得到需注入的零序電壓補償值u0；
13.(6)將步驟(4)得到的三相h橋statcom輸出電壓補償值，經dq-abc變換，得到三相電壓補償值，與三相電壓補償值與步驟(5)計算得到的零序電壓補償值u0相加，得到三相h橋statcom輸出的電壓調製波，再通過spwm調製，得到控制各模塊開關器件的指令信號。
14.進一步的，步驟(3)具體包括以下子步驟：
15.(3-1)根據步驟(2)得到的電網三相電壓u
sa
，u
sb
，u
sc
，將三相電網電壓變換到兩相靜止坐標系中，得到電網三相電壓在兩相靜止坐標系下的電壓分量u
sα
、u
sβ
，引入幅值歸一化an結構對u
sα
、u
sβ
進行處理得到歸一化的電網電壓分量u'
sα
，u'
sβ
以消除電壓跌落帶來的電壓幅值變化的影響；
16.(3-2)根據(3-1)得到的電壓分量u'
sα
，u'
sβ
，結合改進srf-pll的線性化模型，得到其開環傳遞函數和誤差產地函數，設計環路濾波器參數k
p
，ki；具體而言，開環傳遞函數為：
[0017][0018]
誤差傳遞函數為：
[0019]
[0020]
式中：2ξωn＝k
p
；ξ和ωn分別為其阻力係數和無阻尼自然頻率，由此定義環路濾波器的參數關係為：
[0021][0022]
(3-3)對步驟(3-2)得到的開環傳遞函數，確定系統相角穩定裕度與參數g的關係，得到電網電壓相角。
[0023]
進一步的，步驟(3-1)具體為：
[0024]
將u
sa
，u
sb
，u
sc
經clark變換得到兩相靜止坐標系下電壓分量u
sα
，u
sβ
：
[0025][0026]
將u
sα
，u
sβ
經an結構，克服電網電壓跌落的影響：
[0027][0028]
利用變換後的u'
sα
，u'
sβ
進行傳遞函數求解。
[0029]
進一步的，步驟(3-3)具體為：
[0030]
將jωc＝s帶入系統開環傳遞函數得：
[0031][0032]
ωc為系統開環傳遞函數的截止頻率，求解可得：
[0033][0034]
由此得到系統的相角穩定裕度與參數g的關係表達式為：
[0035][0036]
根據自動控制原理，系統的相角穩定裕度選取30
°
～60
°
，同時綜合考慮改進srf-pll對不平衡電壓和高次諧波的抗性，從而得到電網相角信號。
[0037]
進一步的，步驟(4)包括以下子步驟：
[0038]
(4-1)根據步驟(2)得到的三相h橋子模塊直流側電容電壓，和電網電流，計算三相h橋statcom輸出補償電流的參考值i
cd_ref
和i
cq_ref
，具體步驟如下：
[0039]
將直流側電壓設定值u
dc_ref
，與三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
、u
dc_b
、u
dc_c
的平均值u
dc_avg
相減，經過pi-2控制器，得到i
cd_ref
；將電網電流的q軸分量i
sq_ref
，設定值為0，以它為無功功率參考值，經過pi-2控制器之後，得到i
cq_ref
；將i
dref
和i
qref
分別作為三相h橋statcom輸出電流的d軸分量參考值i
cd_ref
和q軸分量參考值i
cq_ref
；
[0040]
(4-2)根據三相h橋statcom的電路拓撲圖，由kvl基爾霍夫電壓方程得三相靜止坐
標系的電壓方程：
[0041][0042]
其中u
sa
、u
sb
、u
sc
是三相電網電壓的採樣值，i
ca
、i
cb
、i
cc
是三相輸出電流的採樣值，u
ca
、u
cb
、u
cc
是三相輸出電壓，r為開關器件等損耗等效電阻，l為濾波電感；
[0043]
將上述電壓方程，根據步驟(3)改進srf-pll輸出的電網相角，將三相電壓電流值，經旋轉坐標系，轉換到dq軸上，並且在dq坐標系下建立時域數學模型：
[0044][0045]
將時域數學模型作拉普拉斯變換，得到頻域數學模型：
[0046][0047]
由頻域數學模型可知，對ud和uq進行控制即可調節i
cd
和i
cq
；
[0048]
(4-3)採用i
cd
、i
cq
的電壓前饋解耦控制策略。引入中間變量x1和x2，令
[0049][0050]
由前饋解耦控制算法，得到ud和uq計算公式；
[0051][0052]
其中k
ip
和k
il
為pi-3控制器的比例和積分參數。
[0053]
將ud和uq計算公式帶入statcom的數學模型，得到
[0054]
[0055]
其中p為微分算子。
[0056]
將上式公式拆開，合併l和r，得到：
[0057][0058]
由此得到ud和uq的最終計算公式：
[0059][0060]
進一步的，步驟(5)包括以下子步驟：
[0061]
(5-1)根據步驟(2)得到的直流側電容電壓u
dc_a
、u
dc_b
、u
dc_c
，取直流側電容電壓u
dc_a
、u
dc_b
、u
dc_c
的電壓平均值u
dc_avg
，將電壓平均值與各子模塊的直流側電容電壓相減得到差值δu
dc_a
，δu
dc_a
，δu
dc_a
，通過pi-4控制器，得到三相偏差功率δp
dc_a
，δp
dc_b
，δp
dc_c
，下面給出其滿足條件。
[0062]
(5-2)利用對稱分量法提取三相h橋statcom交流側輸出電壓正序分量、負序分量和零序分量：
[0063][0064]up
、un、uz分別為正序、負序、零序電壓分量幅值，ω為電網角頻率，θ
p
，θn，θz為a相各序分量的初始角；
[0065]
三相h橋statcom採用星型結構，其輸出電流中不含零序分量：
[0066][0067]ip
、in表示正序和負序分量的幅值，表示初始角；
[0068]
根據能量守恆，三相h橋statcom直流側電容吸收的總功率等於交流側輸入功率：
[0069][0070]
為各相有功公共量，δpa，δpb，δpc為各相有功差異量，為各相瞬
時波動量，分別為：
[0071][0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078]
根據功率的組成成分，功率瞬時波動量與有功公共量不能調節相間子模塊的直流側電容電壓的平衡狀態，為使三相h橋的相間電壓達到均衡狀態，調節有功差異量δpa、δpb、δpc，通過調節有功差異量重新分配有功功率，達到均衡相間電壓的目的；
[0079]
設需要注入的零序電壓為：
[0080]
u0＝u0cos(ωt+α0)
[0081]
調節pi-4控制器的pi參數，使得三相偏差功率δp
dc_a
、δp
dc_b
、δp
dc_c
滿足：
[0082][0083]
由上面公式計算得到需注入的零序電壓：
[0084][0085]
將三相的偏差功率通過clark變換，轉移到αβ坐標繫上，得到如下關係式：
[0086][0087]
得到需注入零序電壓的幅值和相角計算公式為：
[0088][0089]
式中sign為符號函數；
[0090]
(5-3)根據步驟(5-2)得到的需注入零序電壓的幅值和相角，組合成零序電壓u0＝u0cos(ωt+α0)。
[0091]
一種基於三相h橋statcom的多目標趨優補償控制裝置，包括：
[0092]
第一模塊，用於利用pscad/emtdc工具對三相h橋statcom進行建模仿真處理，以獲得三相h橋statcom仿真電路模型，所述三相h橋statcom仿真電路模型包括三個h橋子電路模塊、直流側電容；
[0093]
第二模塊，對第一模塊得到的三相h橋statcom仿真模型進行一個工頻周期內的電氣量檢測、採樣，獲得電網三相電壓電流、三相h橋statcom補償電壓電流、三相h橋子模塊直流側電容電壓；
[0094]
第三模塊，用於對於第二模塊得到的電網三相電壓值，經改進srf-pll結構輸出電網電壓相角，其中鑑相器分離出相角偏差得到電壓在dq軸坐標下的電壓分量，再將q軸電壓分量經過環路濾波器濾出相角偏差中的高頻成分，輸出直流量頻率，頻率信號在壓控振蕩器的作用下閉環調整頻率、跟蹤輸入信號，直到偏差為恆定值，完成鎖相，輸出電網相角信號；
[0095]
第四模塊，用於對於第二模塊得到三相h橋子模塊直流側電容電壓，計算三相h橋子模塊的平均直流電壓，經電壓的外環控制，得到三相h橋statcom輸出電流的d軸分量參考值和q軸分量參考值；根據第三模塊得到的電網相角信號，將輸出的補償電流經過park變換到dq坐標系下，再通過雙閉環pi控制器實現對i
cd
、i
cq
的無靜差跟蹤，輸出三相h橋statcom輸出電壓補償值；
[0096]
第五模塊，用於對於第二模塊得到的三相h橋statcom電路中的三相h橋子模塊直流側電容電壓，計算得到三相h橋statcom的三相的偏差功率分別為，反向計算得到需注入的零序電壓的幅值u0和相角α0，即得到需注入的零序電壓u0；
[0097]
第六模塊，用於對於第四模塊得到的三相h橋statcom輸出電壓補償值經dq-abc變換，得到三相電壓補償值，與第五模塊計算得到的零序電壓補償值相加，得到三相h橋statcom輸出的電壓調製波，再通過spwm調製，得到控制各模塊開關器件的指令信號。
[0098]
一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制系統，包括：計算機可讀存儲介質和處理器；
[0099]
所述計算機可讀存儲介質用於存儲可執行指令；
[0100]
所述處理器用於讀取所述計算機可讀存儲介質中存儲的可執行指令，執行權利要求1-6中任一項所述的三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法。
[0101]
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
[0102]
1、由於本發明採用了步驟(3)，其利用鑑相器，分離出相角偏差，環路濾波器，濾出相角偏差中的高頻成分，壓控振蕩器的作用下，閉環調整頻率，跟蹤輸入信號，直到偏差為恆定值，完成鎖相，使本發明可以輸出精確的電網相角信號；
[0103]
2、由於本發明採用了步驟(3)，其在鑑相器中，在clark和park變換中間，加入幅值歸一化結構，用變換後的us'
α
、us'
β
代替u
sα
、u
sβ
，克服了因電網電壓跌落、相位跳變等變化對改進srf-pll動態響應帶來的不利影響；
[0104]
3、由於本發明採用了步驟(4)，其利用雙閉環pi前饋解耦控制，通過對三相h橋statcom輸出電流的控制，調整輸出的補償電壓，以此補償極端工況下配電網系統存在的各種補償問題：諧波汙染，功率因數低、無功缺失、電壓突降等目標問題；
[0105]
4、由於本發明採用了步驟(5)，其通過對直流側電容電壓的控制，完成對三相h橋statcom的三相的偏差功率的計算，實現對三相之間有功功率重新分配的目的，解決由於硬體電路參數差異和三相h橋statcom裝置的輸出特性差異導致有功不均衡的問題；
[0106]
5、由於本發明採用了步驟(4)步驟(5)，其利用外環電壓控制和相間電壓均衡控制，反向計算需注入零序電壓的幅值和相角，然後將生成的零序電壓與三相h橋statcom的輸出補償電壓共同組成三相h橋statcom輸出電壓的參考值，達到提高裝置的抗擾動的穩定性的目的。
附圖說明
[0107]
圖1是本發明基於三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法的流程圖；
[0108]
圖2是本發明的三相h橋statcom的主電路；
[0109]
圖3是本發明的控制原理框圖；
[0110]
圖4是本發明方法的步驟(3)中改進srf-pll的控制原理框圖；
[0111]
圖5是本發明方法的步驟(5)中相間電壓均衡的控制原理框圖；
[0112]
圖6是本發明方法的步驟(5)中，未採用相間電壓均衡控制的直流側a相電容電壓波形圖；
[0113]
圖7是本發明方法的步驟(5)中，未採用相間電壓均衡控制的直流側三相電容電壓波形圖；
[0114]
圖8是本發明方法的步驟(5)中，採用相間電壓均衡控制的直流側三相電容電壓波形圖。
具體實施方式
[0115]
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此
之間未構成衝突就可以互相組合。
[0116]
本發明提出了一種三相h橋statcom的多目標趨優控制方法，該方法將改進srf-pll、相間電壓均衡控制結合雙閉環pi前饋解耦控制，以改進srf-pll輸出電網電壓相角為基準，以直流側電容電壓和電網電流q軸分量的控制結果作為參考值，提出對三相h橋statcom的輸出dq軸電流進行解耦與控制，將得到的電壓補償值與相間電壓均衡控制得到的零序電壓補償值進行結合，得到三相h橋statcom輸出電壓的參考值，進而達到系統無功補償、有功支撐、減少諧波汙染、應對電網電壓跌落、提高裝置穩定性的目的。
[0117]
為使本發明的技術方案和有點更加清楚，下面對整套控制方法進一步詳細說明。本實例主要為了測試系統的趨優目標，選取極端工況作為仿真環境。
[0118]
如圖1，本發明第一方面提出了一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法，包括以下步驟：
[0119]
(1)利用pscad/emtdc工具對三相h橋statcom進行建模仿真處理，以獲得三相h橋statcom仿真電路模型。h橋子模塊，直流側電容，如圖2所示。具體而言，本發明的系統參數如表1所示：
[0120]
表1
[0121][0122]
(2)對步驟(1)得到的三相h橋statcom仿真模型進行一個工頻周期內的電氣量檢測、採樣。
[0123]
具體而言，參數包括電網三相電壓電流，三相h橋statcom補償電壓電流，三相h橋子模塊直流側電容電壓。
[0124]
(3)根據步驟(2)得到的電網三相電壓值，經改進srf-pll結構輸出電網電壓相角θ，其中鑑相器(pd)，分離出相角偏差，得到電壓在dq軸坐標下的電壓分量，再將q軸電壓分量經過環路濾波器(lf)，濾出相角偏差中的高頻成分，輸出直流量頻率，頻率信號在壓控振蕩器(vco)的作用下，閉環調整頻率，跟蹤輸入信號，直到偏差為恆定值，完成鎖相，輸出電網相角信號。
[0125]
具體而言，如圖4，步驟(3)包括以下子步驟：
[0126]
(3-1)根據步驟(2)得到的電網電壓u
sa
，u
sb
，u
sc
，將三相電網電壓變換到兩相靜止坐標系中，得到u
sα
、u
sβ
，為了消除電壓跌落，帶來的電壓幅值變化的影響，引入幅值歸一化(amplitude normalization，an)結構。
[0127]
具體而言，步驟(3-1)具體為：
[0128]
將u
sa
，u
sb
，u
sc
經clark變換得到兩相靜止坐標系下電壓分量u
sα
，u
sβ
：
[0129][0130]
將u
sα
，u
sβ
經an結構，克服電網電壓跌落的影響：
[0131][0132]
利用變換後的u'
sα
，u'
sβ
進行傳遞函數求解。
[0133]
本步驟的優點在於消除了電網電壓幅值波動大的因素。
[0134]
(3-2)根據(3-1)得到的u'
sα
，u'
sβ
，結合改進srf-pll的線性化模型，得到其開環傳遞函數和誤差產地函數，設計環路濾波器參數k
p
，ki。
[0135]
開環傳遞函數為：
[0136][0137]
誤差傳遞函數為：
[0138][0139]
式中：2ξωn＝k
p
；ξ和ωn分別為其阻力係數和無阻尼自然頻率，由此定義環路濾波器的參數關係為：
[0140][0141]
(3-3)對步驟(3-2)得到的開環傳遞函數，計算系統相角穩定裕度與參數g的關係。
[0142]
步驟(3-3)具體為：
[0143]
將jωc＝s帶入系統開環傳遞函數得：
[0144][0145]
ωc為系統開環傳遞函數的截止頻率。求解可得：
[0146][0147]
由此可知系統的相位裕度表達式為：
[0148][0149]
本實例中，系統相角裕度本實例選取60
°
。g＝0.77，阻尼係數ξ＝0.57。滿足系統要求。選取參數k
p
＝4.2，ki＝3357，ωn＝1131rad/s，ωc＝1760rad/s。本實例中電網相角為0°
，改進srf-pll輸出的電網相角信號為0
°
附近。
[0150]
(4)根據步驟(2)得到的三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
，u
dc_b
，u
dc_c
，計算三相h橋子模塊的平均直流電壓u
dc_avg
，經電壓的外環控制，得到三相h橋statcom輸出電流的d軸分量參考值i
cd_ref
，相應的，計算q軸分量參考值i
cq_ref
。根據步驟(3)得到的電網相角，將輸出電流i
ca
，i
cb
，i
cc
經過park變換到dq坐標系下，再通過雙閉環pi控制器實現對i
cd
、i
cq
的無靜差跟蹤。輸出三相h橋statcom電壓補償值ud，uq。從而實現通過控制其電壓值，完成三相h橋statcom與電網有功和無功功率的交換，滿足動態補償無功功率的要求。
[0151]
具體而言，如圖3，步驟(4)包括以下子步驟：
[0152]
(4-1)根據步驟(2)得到的三相h橋子模塊直流側電容電壓，和電網電流，計算三相h橋statcom輸出補償電流的參考值i
cd_ref
和i
cq_ref
。下面給出詳細步驟：
[0153]
將直流側電壓設定值u
dc_ref
，該設定值為560v，與三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
、u
dc_b
、u
dc_c
的平均值u
dc_avg
相減，經過pi-2控制器，得到i
cd_ref
。將電網電流的q軸分量i
sq_ref
，設定值為0，經過pi-2控制器之後，得到i
cq_ref
。
[0154]
(4-2)根據三相h橋statcom的電路拓撲圖，由kvl基爾霍夫電壓方程得三相靜止坐標系的電壓方程：
[0155][0156]
為方便進行數學分析，將上述電壓方程，根據步驟(3)改進srf-pll輸出的電網相角，將三相電壓電流值，經dq旋轉坐標系，建立時域數學模型：
[0157][0158]
將時域數學模型作拉普拉斯變換，得到頻域數學模型：
[0159][0160]
由頻域數學模型可知，對ud和uq進行控制即可調節i
cd
和i
cq
。
[0161]
從頻域數學模型，可以看出有功和無功控制分別存在耦合項ωli
cq
(s)和ωli
cd
(s)。
[0162]
(4-3)為了更好得調節i
cd
和i
cq
，由此，採用i
cd
、i
cq
的電壓前饋解耦控制策略。引入中間變量x1和x2，令
[0163][0164]
由前饋解耦控制算法，得到ud和uq計算公式；
[0165][0166]
將ud和uq計算公式帶入statcom的數學模型，得到
[0167][0168]
其中p為微分算子。
[0169]
將上式公式拆開，合併l和r，得到：
[0170][0171]
本實例中，針對電壓外環和電流內環，選取k
ip
＝10，k
ii
＝2000。
[0172]
由此可以得到ud和uq的最終計算公式：
[0173][0174]
本實例中，投入典型負載1時，系統功率因數從0.79上升至0.99，顯著提高。無功功率曲線基本穩定在0附近，補償效果良好。高次諧波的畸變因數可達到0.95左右。
[0175]
(5)根據步驟(2)得到的三相h橋statcom電路中的三相h橋子模塊直流側電容電壓u
dc_a
，u
dc_b
，u
dc_c
，計算得到三相h橋statcom的三相的偏差功率分別為δp
dc_a
，δp
dc_b
，δp
dc_c
，反向計算得到需注入的零序電壓的幅值u0和相角α0，即得到需注入的零序電壓u0，實現相間電壓均衡控制。
[0176]
具體而言，如圖5，步驟(5)包括以下子步驟：
[0177]
(5-1)根據步驟(2)得到的直流側電容電壓u
dc_a
、u
dc_b
、u
dc_c
，取他們電壓平均值u
dc_avg
，將電壓平均值與各子模塊的直流側電容電壓相減，取他們的差值δu
dc_a
，δu
dc_a
，δu
dc_a
，通過pi-4控制器，得到三相功率的偏差功率δp
dc_a
，δp
dc_b
，δp
dc_c
。
[0178]
三相h橋statcom的輸出電壓與其直流側母線電壓的關係為：
[0179][0180]
其中，m表示比例係數，δ為電網電壓u
sa
和statcom輸出電壓u
ca
之間的相角差；
[0181]
針對三相h橋statcom，該交流成分作用到直流側，表現為三相各子模塊的直流電容循環充放電過程：
[0182][0183][0184][0185]
c為子模塊直流電容值；
[0186]
利用對稱分量法提取三相h橋statcom交流側輸出電壓正序分量、負序分量和零序分量：
[0187][0188]up
、un、uz分別為正序、負序、零序電壓分量幅值，ω為電網角頻率，θ
p
，θn，θz為a相各序分量的初始角。
[0189]
由於三相h橋statcom採用星型結構，其輸出電流中不含零序分量：
[0190][0191]ip
、in表示正序和負序分量的幅值，表示初始角。
[0192]
根據能量守恆，三相h橋statcom直流側電容吸收的總功率等於交流側輸入功率：
[0193]
[0194]
為各相有功公共量，δpa，δpb，δpc為各相有功差異量，為各相瞬時波動量。分別為：
[0195][0196][0197][0198][0199][0200][0201][0202]
根據功率的組成成分，功率瞬時波動量與有功公共量不能調節相間子模塊的直流側電容電壓的平衡狀態，為使三相h橋的相間電壓達到均衡狀態，調節有功差異量δpa、δpb、δpc，通過調節有功差異量重新分配有功功率，達到均衡相間電壓的目的。
[0203]
設需要注入的零序電壓為：
[0204]
u0＝u0cos(ωt+α0)
[0205]
需要補償的偏差功率為δp
dc_a
、δp
dc_b
、δp
dc_c
，滿足：
[0206][0207]
由上面公式計算得到需注入的零序電壓：
[0208]
[0209]
(5-2)將三相的偏差功率通過clark變換，轉移到αβ坐標繫上，得到如下關係式：
[0210][0211]
得到需注入零序電壓的幅值和相角計算公式為：
[0212][0213]
式中sign為符號函數。
[0214]
(5-3)根據步驟(5-2)得到的需注入零序電壓的幅值和相角，組合得到零序電壓u0＝u0cos(ωt+α0)。
[0215]
本實例中，投入典型負載2，利用抽油機負載的特殊工況，驗證相間電壓的均衡效果。如圖6，和圖7，未採用控制本發明中的控制算法時，直流側的a相電容電壓波動大，不能達到穩定，且取其中的一小段時間放大觀察，直流側三相間電壓不平衡，差異較大。如圖8，是採用本發明步驟(5)後，可以達到的相間電壓均衡的效果，直流側三相電壓略有波動，但總體波動不超過0.9％。
[0216]
(6)根據步驟(4)得到的三相h橋statcom輸出三相電壓補償值，經dq-abc變換，得到三相電壓補償值，電壓補償值與步驟(5)計算得到的零序電壓補償值相加，得到三相h橋statcom輸出的電壓調製波，再通過spwm調製，得到控制各模塊開關器件的指令信號。
[0217]
本發明第二方面提供了一種基於三相h橋statcom的多目標趨優補償控制裝置，包括：
[0218]
第一模塊，用於利用pscad/emtdc工具對三相h橋statcom進行建模仿真處理，以獲得三相h橋statcom仿真電路模型，所述三相h橋statcom仿真電路模型包括三個h橋子電路模塊、直流側電容；
[0219]
第二模塊，對第一模塊得到的三相h橋statcom仿真模型進行一個工頻周期內的電氣量檢測、採樣，獲得電網三相電壓電流、三相h橋statcom補償電壓電流、三相h橋子模塊直流側電容電壓；
[0220]
第三模塊，用於對於第二模塊得到的電網三相電壓值，經改進srf-pll結構輸出電網電壓相角，其中鑑相器分離出相角偏差得到電壓在dq軸坐標下的電壓分量，再將q軸電壓分量經過環路濾波器濾出相角偏差中的高頻成分，輸出直流量頻率，頻率信號在壓控振蕩器的作用下閉環調整頻率、跟蹤輸入信號，直到偏差為恆定值，完成鎖相，輸出電網相角信號；
[0221]
第四模塊，用於對於第二模塊得到三相h橋子模塊直流側電容電壓，計算三相h橋子模塊的平均直流電壓，經電壓的外環控制，得到三相h橋statcom輸出電流的d軸分量參考值和q軸分量參考值；根據第三模塊得到的電網相角信號，將輸出的補償電流經過park變換
到dq坐標系下，再通過雙閉環pi控制器實現對i
cd
、i
cq
的無靜差跟蹤，輸出三相h橋statcom輸出電壓補償值；
[0222]
第五模塊，用於對於第二模塊得到的三相h橋statcom電路中的三相h橋子模塊直流側電容電壓，計算得到三相h橋statcom的三相的偏差功率分別為，反向計算得到需注入的零序電壓的幅值u0和相角α0，即得到需注入的零序電壓u0；
[0223]
第六模塊，用於對於第四模塊得到的三相h橋statcom輸出電壓補償值經dq-abc變換，得到三相電壓補償值，與第五模塊計算得到的零序電壓補償值相加，得到三相h橋statcom輸出的電壓調製波，再通過spwm調製，得到控制各模塊開關器件的指令信號。
[0224]
本發明另一方面提供了一種三相h橋statcom的多目標趨優補償控制系統，包括：計算機可讀存儲介質和處理器；
[0225]
所述計算機可讀存儲介質用於存儲可執行指令；
[0226]
所述處理器用於讀取所述計算機可讀存儲介質中存儲的可執行指令，執行第一方面所述的三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法。
[0227]
本發明另一方面提供了一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現第一方面所述的三相h橋statcom的多目標趨優補償控制方法。
[0228]
本領域內的技術人員應明白，本技術的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本技術可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本技術可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
[0229]
本技術是參照根據本技術實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0230]
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0231]
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0232]
最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求保護範圍之內。