statcom原理及控制方法

1、前言靜止同步補償器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)，是目前最先進的無功補償技術，近年來隨著電力電子開關技術的進步而逐漸興起。STATCOM的原理是利用全控型大功率電力電子器件構成可控的電壓源或電流源，使其輸出電流超前或滯后系統(tǒng)電壓90，從而對系統(tǒng)所需的無功進行動態(tài)補償。早期有文獻稱之為靜止無功發(fā)生器(StaticVarGenerator,SVG)。利用電力電子變流器進行無功補償?shù)目赡苄噪m然早在20年前就已經(jīng)為人們所認識，但限于當時電力電子器件的耐壓和功率水平，無法制造出輸電系統(tǒng)中具有實用價值的裝置。直到近年來，尤其是高壓大功率的門極可關斷晶閘管GTO的出現(xiàn)，才極大的推動了STATCOM的開發(fā)和應用。STATCOM是并聯(lián)型FACTS設備，它同基于可控電抗器和投切電容器的傳統(tǒng)靜止無功補償器SVC相比，性能上具有極大的優(yōu)越性，越來越得到廣泛的重視，必將取代SVC成為新一代的無功電壓控制設備。目前，世界上已有多臺投入運行的大容量STATCOM裝置，如表1-1所示。由此可見，目前為止國際上只有美、日、德、中、英等少數(shù)幾個國家掌握了STATCOM的應用開發(fā)技術。2006年2月28日，由上海電力公司、清華大學、許繼集團公司等單位共同研制的±50MvarSTATCOM在上海黃渡分區(qū)西郊變電站并網(wǎng)試運行。表1-1國內(nèi)外已在輸電系統(tǒng)投運的STATCOM裝置（UPFC并聯(lián)部分為STATCOM）表1-1中除最后一項外，全部采用了變壓器多重化的主電路方案，主電路拓撲為圖1-1。變壓器多重化方式可成倍增加裝置容量并降低輸出諧波。然而，多重化變壓器的引入帶來了很多問題：首先，它的價格非常昂貴，約為成本的1/3～1/4；其次，它使裝置增加了50％左右的損耗和40％左右的占地面積；第三，變壓器的鐵磁非線性特性給控制器設計帶來了很大的困難，同時也是引發(fā)裝置故障的重要原因。如果能研究一種新的電路拓撲克服由多重化變壓器帶來的諸多不便，那么將引起大容量STATCOM技術的一次大的飛躍。多電平變換器技術的引入正是這個關鍵技術的不二選擇圖1-1.帶多重化變壓器的STATCOM拓撲STATCOM是第二代FACTS技術的代表，它的出現(xiàn)是電力系統(tǒng)無功補償技術的又一次革命。其具備了在容性和感性范圍內(nèi)雙向連續(xù)調(diào)節(jié)補償電流的能力，適應了電力系統(tǒng)對各種運行工況的需求，同時還具有動態(tài)響應速度快、補償電流諧波含量小(相比SVC)的特點，徹底解決了以往的無功補償設備所存在的缺陷。與采用第一代FACTS技術的SVC相比，STATCOM具有以下優(yōu)勢：1、STATCOM的動態(tài)響應過程更快，在目前的工程應用中，STATCOM的響應時間可以做到20ms以下，而SVC則通常需要40ms以上。2、STATCOM的輸出特性不受系統(tǒng)電壓影響，當電壓下降時裝置輸出的無功保持不變；而SVC裝置補償?shù)臒o功與電壓的平方成正比，當無功不足導致系統(tǒng)電壓下降時，其所能提供的最大補償容量也隨之下降。3、STATCOM的直流側儲能元件只對電壓或電流起到支撐作用，因此所需要的電容或電抗值遠小于補償容量，大大減小了裝置體積；而SVC的最大補償容量受到器件阻抗特性的限制，因此需要配備較大的電容和電抗器，導致裝置的體積與占地面積較大。4、STATCOM輸出的電壓或電流幾乎為正弦波形，因此產(chǎn)生的諧波污染較??；SVC通過控制電抗導通角的方式進行調(diào)節(jié)，流過電抗器的電流為非正弦，將產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)，造成嚴重的諧波污染，在某些情況下需要與無源或有源的濾波裝置配合使用。5、STATCOM相當于一個可控電源，因此不改變系統(tǒng)阻抗，不會與系統(tǒng)發(fā)生諧振；SVC裝置是電抗或電容型的，接入電力系統(tǒng)容易與系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧振。雖然目前電力系統(tǒng)中應用最為廣泛的無功補償設備還是SVC，但是電力電子技術以及電力系統(tǒng)研究專家普遍認為，STATCOM所具有的以上優(yōu)勢使其成為傳統(tǒng)無功補償設備的理想替代者，全面滿足了電力系統(tǒng)對無功補償?shù)母黜椧螅?1世紀的電力系統(tǒng)運行品質更為卓越。2、STATCOM的工作原理從理論上分析，STATCOM的直流側可以采用電容或者電感兩種形式。因此，其基本拓撲結構分為電壓源型和電流源型，分別如圖2-1、2-2所示：圖2-1電壓源型STATCOM圖2-2電流源型STATCOM實際上，目前STATCOM裝置中研究最深入、應用最廣泛是電壓源型逆變器結構，原因如下：1、電流源型逆變器的工作原理，需要采用具有對稱特性的大功率開關器件，即雙向電壓阻斷能力。而目前常用的可關斷器件存在反向阻斷能力差、導通損耗過大的問題；相比之下，電壓源型逆變器則不會受到該限制。2、電流源型逆變器直流側儲能電感不具備防止器件過電壓的能力，因此需要安裝額外的保護電路或者增大取值裕量；相比之下，電壓源型逆變器的直流電容本身具備防止功率器件過電壓的能力。3、電流源型逆變器的直流側儲能電抗在工作中會產(chǎn)生比較大的損耗，給裝置設計帶來困難；而電壓源型逆變器的儲能電容損耗要小的多。電壓源型逆變器具有的以上優(yōu)勢使其成為目前條件下更合理的選擇，因此本文主要研究基于電壓源型逆變電路的STATCOM。電壓源型STATCOM的工作原理，是通過可控的大功率電力電子開關器件將直流側電壓進行逆變，從而在逆變器交流側輸出一個與電網(wǎng)同頻的正弦電壓。此時STATCOM可以視為一個與電網(wǎng)同步的并且靈活控制的交流電壓源，其接入系統(tǒng)時的等效電路如圖2-3：圖2-3電壓源型STATCOM接入系統(tǒng)的等效圖圖中為STATCOM公共接入點(PointofCommonCoupling,PCC)處系統(tǒng)電壓，為STATCOM交流側逆變輸出電壓，L為連接電抗器，于是STATCOM裝置輸出的電流為：進而得到STATCOM輸出的單相視在功率為：在理論上，STATCOM只對無功進行補償，因此與電網(wǎng)之間不存在有功的往返。然而實際上由于開關損耗以及電容和電抗上等效電阻的存在，STATCOM裝置還是需要從電網(wǎng)吸收很小的有功電流以維持直流側電壓平衡。由于這部分有功相比無功非常微小，因此在進行理論分析的時候一般忽略不計。最后近似認為STATCOM輸出的電壓與電網(wǎng)電壓相位相同，從而得到裝置輸出的單相無功功率為：由以上分析可得，在正常工作時STATCOM具有無功雙向調(diào)節(jié)能力：即容性工況和感性工況，分別如下圖所示：圖2-4容性工況圖2-5感性工況(1)當＞，即STATCOM裝置交流側逆變電壓幅值大于系統(tǒng)電壓幅值，此時流過電抗器的補償電流超前系統(tǒng)電壓90°，STATCOM裝置向系統(tǒng)輸出正的無功功率(Q＞0)，處于容性工況。(2)當＜，即STATCOM裝置交流側逆變電壓幅值小于系統(tǒng)電壓幅值，此時電抗器上的補償電流滯后系統(tǒng)電壓90°，STATCOM裝置向系統(tǒng)輸出負的無功功率(Q＜0)，處于感性工況。綜上所述，STATCOM的工作原理與以往的無功補償技術存在本質區(qū)別。通過對逆變器交流側電壓的幅值和相位進行調(diào)控，或者直接對其補償電流進行跟蹤控制，就能夠在容性到感性范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功補償電流，并且做到精確的穩(wěn)態(tài)跟蹤準以及快速的動態(tài)響應。3、STATCOM注入電流的運行范圍如圖3.1所示，系統(tǒng)發(fā)送端電壓為，系統(tǒng)接收端電壓為，STATCOM輸入端電網(wǎng)電壓為，STATCOM的并聯(lián)變換器交流側輸出電壓為，電網(wǎng)注入到STATCOM中的電流為，為系統(tǒng)發(fā)送端到STATCOM輸入端的線路阻抗，為STATCOM輸入端到系統(tǒng)接收端的線路阻抗。圖3.1STATCOM系統(tǒng)基本結構圖為了便于分析，假定系統(tǒng)參數(shù)如下：(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)其中k是阻抗系數(shù)，0≤k≤1；Z=R+j為線路總的阻抗；(3-6)將電壓轉化到旋轉d、q坐標系下，并將d軸定位在方向上，則通過（3-7）所示的旋轉3/2變換矩陣可得在d、q坐標系下表達式：(3-7)(3-8)分析裝有STATCOM的系統(tǒng)電壓、電流平衡分析：(3-9)(3-10)(3-11)根據(jù)式（3-8）~（3-11）可知：(3-12)圖3.2STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍首先由式（3-12）得到STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍的第一個約束條件：(3-13)由上式可見STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流在d、q軸電流平面上是以為圓心，以為半徑的圓，如圖3.2所示。這里，變量R、X、δ、U是給定的系統(tǒng)參數(shù)。變量k的大小取決于STATCOM的安裝位置,變量是由系統(tǒng)需求決定的，它們的大小決定了系統(tǒng)所需要的STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍。其次考慮STATCOM并聯(lián)變換器一側的系統(tǒng)參數(shù)可以得到：(3-14)其中和是并聯(lián)變換器交流側輸出電壓在d、q坐標系下的分量，X=ω，ω代表電網(wǎng)角頻率。由式（2-14）可以得到STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍的第二個約束條件：(3-15)最后考慮STATCOM補償?shù)淖畲笠曉诠β?可以得到STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍的第三個約束條件：,其中為STATCOM注入到電網(wǎng)中的最大允許電流。如圖2.3所示，綜合式（3-13）、（3-15）、（3-16）所確定的圓的交叉部分限制了實際的運行系統(tǒng)中STATCOM注入到電網(wǎng)中的電流運行范圍，在設計STATCOM注入電網(wǎng)中的電流時，必須考慮這一點。此外，實際運行過程中，運行點主要是由STATCOM系統(tǒng)的有功需求決定的，即：。如圖2.3所示，針對不同模式的STATCOM其運行范圍也有所不同，對于直流側無外部儲能裝置（只有電容）的STATCOM而言，它只能與電網(wǎng)進行無功功率的交換，也就是可以說無功功率可以雙向流動，但是由于其自身沒有外部能量供應裝置，STATCOM工作所需要的有功功率全部來自電網(wǎng)，通過其自身的控制來從系統(tǒng)中吸收有功功率保證其正常工作，因此，有功功率是單向流動的，當STATCOM進行無功補償?shù)臅r候都為正值，也就是說它必須從系統(tǒng)中吸收有功功率來補償系統(tǒng)的損耗，維持直流母線電壓恒定，保證系統(tǒng)正常運行。此時STATCOM注入電網(wǎng)的電流實際運行范圍在圓的交叉部分的右半平面（斜線的陰影部分）。而對于有外部儲能裝置的STATCOM，其有功功率可以雙向流動，因此STATCOM注入電網(wǎng)的電流實際運行范圍在圓的交叉部分的整個平面中（斜線的陰影部分和交叉線的陰影部分）。實際情況中，STATCOM的容量，也就是它與電網(wǎng)交換的有功和無功的數(shù)量，與直流母線電容、開關器件、并聯(lián)變壓器的容量有關。STATCOM注入功率的運行范圍由圖3.1所示，忽略了并聯(lián)變換器的等效電阻，則電網(wǎng)通過并聯(lián)變壓器注入到STATCOM的有功和無功功率為：(3-17)將（3-1）、（3-2）、（3-14）代入式（3-17）可得：(3-18)其中θ如圖3.1所示，代表矢量和矢量之間的夾角。由式（3-18）得到電網(wǎng)注入到STATCOM中的功率運行范圍的第一個約束條件：(3-19)將式（3-19）所示的關系作于功率平面上可得圖2.4。可見電網(wǎng)注入到STATCOM中的功率運行范圍在功率平面上是以為圓心，以為半徑的圓，如圖3.3所示。圖3.3電網(wǎng)注入到STATCOM中的功率運行范圍另外，實際運行中，STATCOM的并聯(lián)變換器輸出的電流是有限制的，一般情況下，允許其輸出的最大感性無功電流和容性無功電流是相等的，根據(jù)和之間的關系可以得到電網(wǎng)注入到STATCOM的有功和無功功率的另一種表達方式：(3-20)其中?如圖3.1所示，代表矢量和之間的夾角。由式（3-20）得到電網(wǎng)注入到STATCOM中的功率運行范圍的第二個約束條件：如圖3.3所示，綜合式（3-19）和（3-21）所確定的圓的交叉部分限制了實際的運行系統(tǒng)中電網(wǎng)注入到STATCOM中的功率運行范圍。此外，實際運行過程中，STATCOM的運行點主要是由STATCOM系統(tǒng)的有功需求決定的。對于無外部儲能裝置的STATCOM而言，它與電網(wǎng)進行無功功率的交換是雙向流動，但是由于其自身沒有外部能量供應裝置，它必須從電網(wǎng)中吸收有功功率來補償STATCOM系統(tǒng)的損耗，保證STATCOM系統(tǒng)正常工作，因此，有功功率為正值是單向流動的。此時電網(wǎng)注入到STATCOM的功率實際運行范圍都在圓的右半平面（斜線的陰影部分）。而對于有外部儲能裝置的STATCOM，其有功功率可以雙向流動，因此電網(wǎng)注入到STATCOM的功率實際運行范圍落在圓的交叉部分的整個平面中（斜線的陰影部分和交叉線的陰影部分）。STATCOM調(diào)節(jié)線路傳輸功率能力圖3.4STATCOM的無功補償矢量圖在STATCOM并聯(lián)變換器的直流側沒有外部儲能裝置的情況下，STATCOM不能夠產(chǎn)生有功功率，但是它可以通過調(diào)節(jié)其輸入端電網(wǎng)電壓來間接提高線路傳輸功率。本節(jié)將詳細討論STATCOM通過控制其輸入端電網(wǎng)電壓來調(diào)節(jié)線路傳輸功率的能力，在如圖3.1所示的系統(tǒng)中，選擇STATCOM輸入端電網(wǎng)電壓作為參考向量，忽略了STATCOM系統(tǒng)的損耗和傳輸線路上的等效電阻R，則電網(wǎng)注入STATCOM到中的電流為：，此時若，則滯后電壓為90°，即電網(wǎng)向STATCOM注入感性的無功功率，如圖3.4(a)所示；同理，若，則超前電壓為90°，即電網(wǎng)向STATCOM注入容性的無功功率，如圖3.4(b)，可以得到系統(tǒng)接收端的有功功率為：(3-21)一般情況下我們關心的是利用STATCOM來提高線路傳輸功率，因此這里只分析電網(wǎng)向STATCOM注入容性的無功功率的情況，電網(wǎng)向STATCOM注入感性的無功功率的情況與其類似。由式（3-9）~（3-11）可以得到：(3-22)為了分析方便，定義=k，=(1?k)（其中k是阻抗系數(shù)，0≤k≤1），為傳輸線路總的電抗，為系統(tǒng)發(fā)送端到STATCOM輸入端的線路電抗，為STATCOM輸入端到系統(tǒng)接收端的線路電抗，代入式（3-23）可以得到：(3-23)由上式可得：(3-24)將式（3-24）代入（3-22）可以得到：(3-25)這里為無STATCOM時系統(tǒng)接收端接收的最大有功功率，而裝有STATCOM后系統(tǒng)接收端的有功功率變化量為，在給定系統(tǒng)接收端電壓幅值U，傳輸線路電抗、功率角δ和STATCOM的最大允許輸出電流幅值的條件下，的大小只與阻抗系數(shù)k有關，也就是與STATCOM在傳輸線路上的安裝位置有關，由式（3-26）可知，為了得到有STATCOM系統(tǒng)的最大傳輸功率，必須滿足對k的導數(shù)為0，即：(3-26)將式（3-25）代入式（3-27）可得：(3-27)可以求得上述方程的根為：(3-28)考慮實際情況只有k=1/2符合要求，即當STATCOM安裝在傳輸線路的中間時，系統(tǒng)接收端的有功功率可以達到最大，式（3-24）變?yōu)椋?3-29)將上式代入式（3-26）可得系統(tǒng)接收端的最大有功功率為：(3-30)即由于STATCOM而改變的最大傳輸功率為：(3-31)此時電網(wǎng)注入到STATCOM中的容性無功功率為：(3-32)由式（3-31）和（3-32）可知：(3-33)STATCOM正常工作的時候，其輸入端電網(wǎng)電壓的幅值必須為正，由式（2-30）可知在電網(wǎng)向STATCOM注入容性無功功率時，因此δ∈(0,π)時，一定為正；同理分析電網(wǎng)向STATCOM注入感性無功功率的情況可得，若要使為正，系統(tǒng)必須滿足以下條件：(3-34)由式（3-34）可知此時為了保證系統(tǒng)能正常工作，必須嚴格控制的范圍，這一點在實際系統(tǒng)應用中是非常重要的。為了更形象地說明STATCOM對系統(tǒng)的功率控制能力，特在一定的電網(wǎng)參數(shù)下繪制STATCOM的功率特性，首先假定電網(wǎng)參數(shù)如下：δ=π/6,的幅值=1.0pu,的幅值=1.0pu,=1.0pu,的幅值=0.5,相位∠=90o，當阻抗系數(shù)k從0變化到1.0時，可以得到STATCOM補償無功功率和系統(tǒng)接收端的有功功率變化范圍，如圖3.5所示。圖3.5STATCOM的安裝位置對其補償無功功率及系統(tǒng)接收端有功功率的影響可見在電網(wǎng)向STATCOM注入的無功電流一定的情況下，將STATCOM安裝在線路的中間可以取得最好的補償效果，這和上面的分析是一致的。4、STATCOM的控制方法STATCOM作為一種快速可控的動態(tài)無功補償設備，當補償目標以及拓撲結構明確以后，控制方法將對裝置整體補償效果產(chǎn)生重要的影響。因此，為了提高STATCOM的性能，針對控制方法的研究得到了越來越多的關注。按不同的功能和要求,STATCOM的控制從控制策略上講,有3種基本結構:開環(huán)控制、閉環(huán)控制或者兩者結合的復合控制。根據(jù)控制物理量,由無功電流參考值調(diào)節(jié)STATCOM產(chǎn)生所需無功電流的具體控制方法,可以分為直接電流控制和間接電流控制兩大類。按照控制技術來分,主要包括PID控制,PID+PSS控制,逆系統(tǒng)PI控制,微分幾何控制,非線性魯棒控制,模糊控制,遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制等等。以下將介紹幾種主要的控制方式。4.1電流間接控制：STATCOM的電流間接控制方法，就是通過調(diào)節(jié)逆變器輸出交流電壓的幅值與相位，從而實現(xiàn)間接控制STATCOM的交流輸出側電流目前主要有兩種實現(xiàn)的手段：一種方法是δ角控制，實際上是調(diào)節(jié)STATCOM裝置交流側逆變電壓與電網(wǎng)電壓之間的相位差。這種控制方法的主要優(yōu)點是角度控制實現(xiàn)起來比較容易，但是由于STATCOM調(diào)節(jié)逆變器輸出交流電壓的同時直流電容電壓也在變化，所以導致整體調(diào)節(jié)過程緩慢；另一種控制方法是同時控制δ角和θ角，不僅依靠δ角調(diào)節(jié)相位而且還增加了開關器件的導通θ角控制，因此能夠同時調(diào)節(jié)STATCOM逆變電壓的幅值和相位。該控制方法相比單δ角控制的優(yōu)點是直流側電容電壓更加平穩(wěn)，提高了裝置運行的穩(wěn)定性。其缺點是δ角和θ角的聯(lián)合調(diào)節(jié)要求電路參數(shù)測量準確，但是電力系統(tǒng)中參數(shù)在運行中又會發(fā)生變化，因此導致角度之間的配合關系也需要相應地變化。(a)δ角控制(b)δ角和θ角配合控制以上提到的電流間接控制方法都具有開關頻率低、控制方法簡單的優(yōu)點，一般應用在電力系統(tǒng)輸配電等大容量場合。主要原因是目前應用于大容量型STATCOM的功率開關器件工作頻率依然受限，尚無法采用高頻的電流跟蹤控制技術。如日本東京電力250MVar、美國田納西電力100MVar、清華大學50MVar的STATCOM都采用了間接控制方式。除此之外，由于大容量STATCOM的開關頻率低，一般為工頻的兩倍，為了減少諧波只能采用多重化的方法。因此間接控制方法常常需要與多電平、多重化技術相結合以抑制并網(wǎng)電流諧波。對以上內(nèi)容進行總結，可以得到電流間接控制方法的主要缺點：由于間接控制方法是通過控制相位角或者導通角來調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓，因此無法直接對補償電流進行跟蹤控制。而且在調(diào)節(jié)過程中還涉及到電容電壓充放電的暫態(tài)過程，不可避免地會帶來電流控制精度較低并且裝置動態(tài)響應速度較慢的缺點；當電網(wǎng)電壓或補償電流中存在負序不對稱分量時，這些負序不對稱分量又會引起STATCOM直流側電壓的兩倍頻波動，進而導致整個控制系統(tǒng)不穩(wěn)定；間接控制方法對主電路參數(shù)的依賴大，然而這些參數(shù)測量困難并且電力系統(tǒng)參數(shù)又存在著不確定性，最終導致控制器實現(xiàn)困難，目前世界上只有少數(shù)國家掌握此技術。4.2電流直接控制：STATCOM的電流直接控制方法，首先根據(jù)適當?shù)膮⒖茧娏鳈z測方法計算出補償電流指令，然后采用高頻PWM跟蹤技術對補償電流的瞬時值直接進行反饋控制。目前在工程上一般采用比例積分(ProportionIntegration,PI)控制器對電流做瞬時跟蹤控制，并采用正弦脈寬調(diào)制(SinusoialPulseWidthModulation,SPWM)、空間矢量脈寬調(diào)制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SPWM)等算法生成驅動脈沖。采用電流直接控制方法以后，STATCOM具備了對更復雜的指令電流跟蹤控制的能力，可以有效地濾除電網(wǎng)中的基波正序無功以及其他的包括負序、零序、諧波在內(nèi)的全部有害電流，實現(xiàn)動態(tài)補償無功、消除三相不平衡、治理諧波的電能質量綜合補償目標。最終補償?shù)男Ч饕Q于裝置電流檢測方法的精度以及瞬時電流跟蹤環(huán)節(jié)的誤差大小。圖4.1abc坐標下的電流直接控制圖4.2d-q坐標下的電流直接控制電流直接控制的STATCOM可以有兩種控制結構。第一種控制結構如圖4.1所示采用了abc靜止坐標系下的瞬時電流跟蹤方法?？刂葡到y(tǒng)完成兩個功能：其中電壓外環(huán)經(jīng)過PI控制器生成有功電流指令，控制流入STATCOM的有功電流以維持直流側電壓穩(wěn)定；同時指令電流檢測方法計算得到無功電流指令，對系統(tǒng)的無功進行動態(tài)補償。有功和無功指令電流經(jīng)過反變換得到三相瞬時電流指令、、，然后PI控制器對三相瞬時指令信號進行電流跟蹤，跟蹤以后得到調(diào)制信號再經(jīng)過PWM比較環(huán)節(jié)生成驅動逆變器的開關信號。第二種控制結構如圖4.2所示，采用了d—q同步坐標系下的瞬時電流跟蹤方法。該方法將STATCOM輸出的三相電流經(jīng)同步旋轉坐標變換后解耦為電流有功分量以及電流無功分量。然后同樣由電壓外環(huán)得到有功電流指令，同時指令電流檢測方法計算得到無功電流指令。接著在d—q旋轉坐標系下直接用PI控制器對給定的有功和無功指令電流進行跟蹤，再使用dq0—abc反變換得到調(diào)制波，最后經(jīng)過PWM環(huán)節(jié)比較得到逆變器的開關信號。以上兩種控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能是相同的，但是具體的差異體現(xiàn)在電流跟蹤調(diào)節(jié)指令參考信號的形式以及PI控制器的位置和數(shù)量：第一種控制系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)有三個PI控制器，被跟蹤的對象為正弦交流信號；第二種控制系統(tǒng)只有兩個PI調(diào)節(jié)器，被跟蹤的對象為直流信號。相比之下，由于交流信號的變化率較大，而PI控制器只能對直流信號進行穩(wěn)態(tài)無靜差的跟蹤，因此第一種控制系統(tǒng)進行PI調(diào)節(jié)時會有靜態(tài)誤差存在，而減小跟蹤誤差的有效手段，就是進一步提高PWM的開關頻率。電流直接控制方法能夠顯著提高STATCOM的穩(wěn)態(tài)控制精度以及動態(tài)響應速度，此時STATCOM所體現(xiàn)出的外部特性更接近于被控電流源。由于采用了高頻的PWM技術，因此要求主電路電力半導體器件具有較高的開關頻率，導致裝置的開關損耗較大。受到目前電力電子技術水平的限制，只能適用于中小容量的STATCOM，起到改善配電網(wǎng)的電能質量的作用。今后隨著電力電子器件的耐壓等級、額定電流、開關頻率等各項性能的繼續(xù)提高，PWM控制技術的日趨成熟，無功與諧波電流檢測方法的不斷完善，微機控制技術與數(shù)字信號處理技術的不斷進步，采用電流直接控制的STATCOM將逐漸成為研究的熱點以及發(fā)展趨勢。4.3線性PID控制：自20世紀80年代初第一臺實驗性STATCOM投入電網(wǎng)運行以來，所有已公開的實用裝置的控制器設計都是采用經(jīng)典控制理論PID或者引入線路功率的PSS輔助方式來完成，或者進行局部改進的PI控制。同時有關理論也指出，這種控制方法在一定范圍之內(nèi)通過向系統(tǒng)提供有效的電壓支撐，可以維持接入點的電壓基本不變。但是，這