一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法

摘要

本发明提供一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，包括以下步骤：计算电网电压和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压；计算静态同步无功补偿装置在输出无功给定突变后的输出电流i(t)；选择最佳容感性的切换点。本发明提供一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，由于保证了切换过程中的输出电流稳定问题，静态同步无功补偿装置输出电流的对称性、谐波含量都有较大改善，提高了静态同步无功补偿装置动态表现。在容感性切换过程中保证了静态同步无功补偿装置电流的正常输出，不会出现短时过流现象，静态同步无功补偿装置性能得到提升。

权利要求

1.一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：计算电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压步骤2：计算静态同步无功补偿装置在输出无功给定突变后的输出电流i(t)；

步骤3：选择最佳容感性的切换点；

所述步骤1中，电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压 分别表示为：其中，Um为电网电压幅值，Um2为静态同步无功补偿装置输出电压的幅值， 为静态同步无功补偿装置输出电压的相角，ω为角频率；

经过拉普拉斯变化之后得到的复频率等效电路下的基尔霍夫电压定律表达式为：其中，s为复变数， 为复频域下等效电路在零时刻后的电流，L为等效电感，R为等效电阻，i(0_)为电流初始值；

于是， 和 又可分别表示为：

2.根据权利要求1所述的静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，其特征在于：所述步骤2中，由式(3)得到复频域下等效电路在零时刻后的电流 有：对求得的 进行拉普拉斯反变换，得到静态同步无功补偿装置的输出电流时域值有：由于存在 R＝0；

由此简化得到静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电流i(t)表达式为：

3.根据权利要求1所述的静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，其特征在于：所述步骤3中，选择在负载无功给定信号稳定后，静态同步无功补偿装置输出电流最大点为最佳容感性的切换点对输出电压进行切换；每两相输出电流相位相差30°。

说明书

一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法。

背景技术

[0002] 级联H桥逆变器型STATCOM的直流稳压问题一直是该领域的重要研究课题。直流稳压效果的好坏直接影响到STATCOM装置自身工作的稳定性，同时对装置输出特性会产生很多影响。由于装置的级联H桥单元各自独立，因此需要通过不同的手段针对不同的工作状态进行稳压控制。在之前的稳压问题研究中，稳态稳压得到了很多关注。而针对动态稳压，由于其过程迅速复杂，且在装置设计时存有较大裕量的情况下问题可以得到一定程度的缓解，因此没有受到太大关注。

[0003] 在静态同步无功补偿装置（STATCOM）的补偿电流出现容性——感性切换时，由于STATCOM的工作特性，其输出电流会发生180°的相位反转，而电压相位则变化很小。在STATCOM正常工作时，装置输出电压和电流互差90°，因此在半个工频周期0.01s内一半时间对电容充电，一半时间对电容放电，直流侧电容电压稳定并存在一定纹波。但如果输出电流发生相位反转，则在接下来的半个工频周期内，STATCOM装置的直流侧电容会被连续充电或放电，这将带来STATCOM运行的不稳定。这种现象将带来一些具体威胁，具体表现为：

[0004] 1、直流侧电容会出现过压或欠压现象，尤其是过压现象。这个电压尖峰如果与开关管的动作带来的d合并，将会带来更具有威胁的过电压，对开关管、直流侧电容造成损坏。

[0005] 2、通过仿真表明，容感性切换之后直流侧电容电压的震荡和恢复时间与震荡初值有关，初值越小，电容电压的震荡幅值和恢复时间也都越小，反之亦然。这种直流电压震荡会对输出电流的谐波含量，对称度都造成一定的影响。

[0006] 3、对于一些切换点，有可能发生过流现象，这主要是三相之间有功的传递和STATCOM与电网的连接电感放电造成的，虽然是短时过流，但合理选择切换点也能确保切换过程中的电流稳定。

[0007] 4、直流侧电容电压的升高，对STATCOM控制器的直流取能带来一定影响，特别是用单个降压开关电源为控制器供电的方式，这种过电压有可能对控制器电源造成破坏，简单的提高开关电源的电压工作范围也会造成成本的增加，并非经济的选择。

发明内容

[0008] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，由于保证了切换过程中的输出电流稳定问题，静态同步无功补偿装置输出电流的对称性、谐波含量都有较大改善，提高了静态同步无功补偿装置动态表现。在容感性切换过程中保证了静态同步无功补偿装置电流的正常输出，不会出现短时过流现象，静态同步无功补偿装置性能得到提升

[0009] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

[0010] 本发明提供一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，所述方法包括以下步骤：

[0011] 步骤1：计算电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压

[0012] 步骤2：计算静态同步无功补偿装置在输出无功给定突变后的输出电流i(t)；

[0013] 步骤3：选择最佳容感性的切换点。

[0014] 所述步骤1中，电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压 分别表示为：

[0015]

[0016] 其中，Um为电网电压幅值，Um2为静态同步无功补偿装置输出电压的幅值， 为静态同步无功补偿装置输出电压的相角，ω为角频率；

[0017] 经过拉普拉斯变化之后得到的复频率等效电路下的基尔霍夫电压定律表达式为：

[0018]

[0019] 其中，s为复变数，L为等效电感，R为等效电阻，i(0_)为电流初始值；

[0020] 于是， 和 又可分别表示为：

[0021]

[0022] 步骤2中，由式（3）得到复频域下等效电路在零时刻后的电流 有：

[0023]

[0024] 对求得的 进行拉普拉斯反变换，得到静态同步无功补偿装置的输出电流时域值 有：

[0025]

[0026] 由于存在 R＝0；

[0027] 由此简化得到静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电流i(t)表达式为：

[0028]

[0029] 所述步骤3中，选择在负载无功给定信号稳定后，静态同步无功补偿装置输出电流最大点为最佳容感性的切换点对输出电压进行切换；每两相输出电流相位相差30°。

[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0031] 1.相比于现有技术，直流电容电压在切换过程中的稳定性、恢复速度都有明显的提高；

[0032] 2.三相之间的有功传递得到稳定，不会出现两相之间有功互传，导致一相电容电压明显升高而另一相电容电压明显偏低；

[0033] 3.通过降低直流电容的波动量，相应降低了静态同步无功补偿装置设计过程中的成本要求；

[0034] 4.由于保证了切换过程中的输出电流稳定问题，静态同步无功补偿装置输出电流的对称性、谐波含量都有较大改善，提高了静态同步无功补偿装置动态表现；

[0035] 5.在容感性切换过程中保证了静态同步无功补偿装置电流的正常输出，不会出现短时过流现象，静态同步无功补偿装置性能得到提升。

附图说明

[0036] 图1是静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法流程图；

[0037] 图2是静态同步无功补偿装置并网运行等效电路图；

[0038] 图3是静态同步无功补偿装置负载切换时等效拉普拉斯运算电路图。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0040] 在STATCOM处于容性——感性切换的过程中，通过合理选择STATCOM控制器无功给定信号的作用时间，从而使STATCOM输出电流的相位翻转发生在理想的位置，进而使切换过程中的有功传递较为稳定，保证了STATCOM直流电容的电压稳定。

[0041] 本发明提供一种静态同步无功补偿装置动态直流稳压方法，所述方法包括以下步骤：

[0042] 步骤1：计算电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压

[0043] 步骤2：计算静态同步无功补偿装置在输出无功给定突变后的输出电流i(t)；

[0044] 步骤3：选择最佳容感性的切换点。

[0045] 所述步骤1中，STATCOM在并网工作时的等效电路和等效拉普拉斯运算电路如图2和图3所示，电网电压 和静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电压 分别表示为：

[0046]

[0047] 其中，Um为电网电压幅值，Um2为静态同步无功补偿装置输出电压的幅值， 为静态同步无功补偿装置输出电压的相角，ω为角频率；

[0048] 经过拉普拉斯变化之后得到的复频率等效电路下的基尔霍夫电压定律表达式为：

[0049]

[0050] 其中，s为复变数，L为等效电感，R为等效电阻，i(0_)为电流初始值；

[0051] 于是， 和 又可分别表示为：

[0052]

[0053] 步骤2中，由式（3）得到复频域下等效电路在零时刻后的电流 有：

[0054]

[0055] 对求得的 进行拉普拉斯反变换，得到静态同步无功补偿装置的输出电流时域值 有：

[0056]

[0057]

[0058] 由于存在 R＝0；

[0059] 由此简化得到静态同步无功补偿装置在负载无功信号突变后的输出电流i(t)表达式为：

[0060]

[0061] 所述步骤3中，选择在负载无功给定信号稳定后，静态同步无功补偿装置输出电流最大点为最佳容感性的切换点对输出电压进行切换；每两相输出电流相位相差30°。

[0062] 同时，虽然STATCOM输出容性或感性额定电流时其电流大小相同，但由于STATCOM输出电压的大小区别，STATCOM的瞬时有功分量大小有区别，由此产生的直流侧纹波大小不同。对应表现为容性状态直流纹波大，感性工作状态直流纹波小。也正因此，当STATCOM由容性向感性切换时瞬时有功分量减小，切换过程中的电容电压尖峰较小，不容易影响STATCOM装置的运行稳定性。对由容性向感性切换时候的切换点进行处理可能反而造成直流电容电压不稳定，因此对由容性向感性切换，可以不必做处理。

[0063] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。