星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法

摘要

本发明公开了一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，其特征在于：通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATSCOM交流侧参考电压指令，实现STATSCOM子模块直流电压的均压；解决了现有技术针对星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制采用基于角度偏差控制思想的均压控制方法、调制比控制法的均压方法、基于并联电阻法的均压控制方法等，存在的如调节范围有限而不适用于大容量的装置、调制比不能随意改变而存在局限性、增加了系统的损耗和成本等问题。

权利要求

1.一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，其特征在于：通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令，实现STATCOM子模块直流电压的均压；

所述通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令的方法包括：

1)检测单相STATCOM第i级级联H桥的直流电压udc_xi，x＝a,b,c，i＝1,2,3,…,n，求和得到级联H桥总直流电压

2)根据步骤1)所得到的级联H桥总直流电压 与第i级级联H桥的直流电压udc_xi相减，得到第i级级联H桥的直流电压误差errxi；

3)根据步骤2)所得的第i级级联H桥的直流电压误差errxi，输入到第i级级联H桥的PI控制器，得到第i级级联H桥的电压变化量Δuxi；

4)根据步骤3)所得的第i级级联H桥的电压变化量Δuxi与交流平衡因子Bf相乘，得到第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi；

5)根据步骤4)所得的第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi，加到STATCOM标幺化的交流侧参考电压mx中，得到最终的第i级H桥交流侧参考电压mxi。

说明书

星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

[0002] 随着分布式发电技术的发展，冲击性负荷和非线性负荷等大量接入电网中，造成配电网中电能质量问题日益严重。无功功率在电力系统运行中扮演着重要角色，如果不能对其进行合理补偿，系统中功率损耗就会增大，导致电力线路和变压器的压降随之增加，上述问题均会对电力系统的安全可靠性运行带来威胁。

[0003] 随着设备容量、电压等级的提高，采用多电平结构的STATCOM逐步取代了传统两电平的STATCOM。静止同步无功补偿器不需要直流电源只需要直流电容进行直流支撑，链式结构非常适用于高压大功率STATCOM领域。

[0004] 对于链式多电平STATCOM，其最大的工作特点在于H桥级联模块的直流侧是互相独立的，因此独立模块的直流电容电压的平衡控制是链式静止同步补偿器需要解决的首要问题；已有文献均衡星形链式STATCOM子模块直流电压的方法主要有基于角度偏差控制思想的均压控制方法、调制比控制法的均压方法、基于并联电阻法的均压控制方法等，上述方法往往存在各自的缺陷，如调节范围有限而不适用于大容量的装置、调制比不能随意改变而存在局限性、增加了系统的损耗和成本等问题。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，以解决现有技术针对星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制采用基于角度偏差控制思想的均压控制方法、调制比控制法的均压方法、基于并联电阻法的均压控制方法等，存在的如调节范围有限而不适用于大容量的装置、调制比不能随意改变而存在局限性、增加了系统的损耗和成本等问题。

[0006] 本发明具体采用以下技术方案：

[0007] 一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令，实现STATCOM子模块直流电压的均压。

[0008] 所述通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令的方法包括：

[0009] 1)检测单相STATCOM第i级级联H桥的直流电压udc_xi(x＝a,b,c，i＝1,2,3,…,n)，求和得到级联H桥总直流电压

[0010] 2)根据步骤1)所得到的级联H桥总直流电压 分别与第i级级联H桥的直流电压udc_xi相减，得到第i级级联H桥的直流电压误差errxi；

[0011] 3)根据步骤2)所得的第i级级联H桥的直流电压误差errxi，输入到第i级级联H桥的PI控制器，得到第i级级联H桥的电压变化量Δuxi；

[0012] 4)根据步骤3)所得的第i级级联H桥的电压变化量Δuxi与交流平衡因子Bf相乘，得到第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi；

[0013] 5)根据步骤4)所得的第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi，加到STATCOM标幺化的交流侧参考电压mx中，得到最终的第i级H桥交流侧参考电压mxi。

[0014] 交流平衡因子Bf的计算公式为：

[0015]

[0016] 本发明有益效果：

[0017] 本发明通过引入交流平衡因子Bf，动态调节STATCOM交流侧参考电压指令，调整有功功率在各H桥功率单元中的分配实现STATCOM子模块直流电压均压，所提控制方法不需要额外的辅助电路，同时并不影响静止同步补偿器的电压、电流控制环节，具有良好的动态和稳态性能，并且实现简单；解决了现有技术针对星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制采用基于角度偏差控制思想的均压控制方法、调制比控制法的均压方法、基于并联电阻法的均压控制方法等，存在的如调节范围有限而不适用于大容量的装置、调制比不能随意改变而存在局限性、增加了系统的损耗和成本等问题。附图说明：

[0018] 图1为星形链式STATCOM示意图；

[0019] 图2为本发明原理图；

[0020] 图3为加入本控制方法的STATCOM系统整体控制框图；

[0021] 图4为A相的级联H桥功率单元的电容电压波形图；

[0022] 图5为A相的交流输出电流与A相第1级H桥单元模块的电容电压波形图；

[0023] 图6为STATCOM稳定运行下A相的交流输出电压、电流波形图。

具体实施方式

[0024] 一种星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法，通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令，实现STATCOM子模块直流电压的均压。

[0025] 所述通过引入交流平衡因子Bf动态调节STATCOM交流侧参考电压指令的方法包括：

[0026] 1)检测单相STATCOM第i级级联H桥的直流电压udc_xi(x＝a,b,c，i＝1,2,3,…,n)，求和得到级联H桥总直流电压

[0027] 2)根据步骤1)所得到的级联H桥总直流电压 分别与第i级级联H桥的直流电压udc_xi相减，得到第i级级联H桥的直流电压误差errxi；

[0028] 3)根据步骤2)所得的第i级级联H桥的直流电压误差errxi，输入到第i级级联H桥的PI控制器，得到第i级级联H桥的电压变化量Δuxi；

[0029] 4)根据步骤3)所得的第i级级联H桥的电压变化量Δuxi与交流平衡因子Bf相乘，得到第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi；

[0030] 5)根据步骤4)所得的第i级级联H桥的PI控制器输出的微调参考电压Δmxi，加到STATCOM标幺化的交流侧参考电压mx中，得到最终的第i级H桥交流侧参考电压mxi。

[0031] 交流平衡因子Bf的计算公式为：

[0032]

[0033] 下面结合附图对本发明进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

[0034] 如图1所示，STATCOM的每相有6个H桥，交流电感L值为30mH，直流电容Cdc值为2mF，开关频率为800Hz，电网线电压为380V。因为星型链式STATCOM为三相对称结构，故选取A相进行分析。

[0035] 实现星形链式STATCOM子模块直流电压均衡控制方法具体过程如图2所示：

[0036] 提取A相STATCOM第i级级联H桥的直流电压udc_ai(i＝1,2,3,…,6)，对其求和得到级联H桥总直流电压

[0037] 将所得到的级联H桥总直流电压 分别与第i级级联H桥的直流电压udc_ai相减，得到每级H桥的直流电压误差errai；

[0038] 将所得的第i级的直流电压误差errai分别输入到PI控制器，得到第i级的电压变化量Δuai；

[0039] 将所得的第i级的电压变化量Δuai，将交流平衡因子Bf分别与之相乘，得到第i级PI控制器输出的微调参考电压Δmai；

[0040] 所述的交流平衡因子Bf的具体计算公式为：

[0041]

[0042] 上式中，ω是基波电压的角频率。

[0043] 所述的交流平衡因子Bf的具体计算公式，公式中 的具体计算公式为：

[0044]

[0045] 上式中，iq*是检测到需要补偿的无功电流幅值，idref与iqref是电压环输出的参考电流iAref、iBref、iCref通过Tabc/dq变换后的值：

[0046]

[0047] 如图2所示，将所得的第i级PI控制器输出的微调参考电压Δmai，分别加到STATCOM标幺化的交流侧参考电压ma中，得到最终的第i级H桥交流侧参考电压mai；

[0048] 上述的STATCOM标幺化的交流侧参考电压ma由下式计算得到：

[0049]

[0050] 上式中，uDN*为是经过电压、电流双闭环调节出的总参考电压。

[0051] 最后将第i级H桥交流侧参考电压mai通过PS-PWM调制器得到STATCOM的触发脉冲信号。

[0052] 系统采用如图3所示STATCOM系统整体控制策略。系统正常启动运行时没有投入本发明所提出的均压控制方法，至t1时刻时加入电压均衡方法。

[0053] 从图4可以看出：在t1时刻以前，系统H桥功率单元的电压虽能基本保持稳定，但各单元之间的电容电压存在静差；当t1时刻之后，第1级H桥单元模块与第5级H桥单元模块的电容电压立即归为均衡，并很快均维持在200V左右稳定运行。

[0054] 然后，当系统运行至t2时刻时旁路了预充电电阻，同时系统发出10A无功电流。从图5可以看出：系统H桥单元的电容电压立即攀升至额定值300V左右稳定运行，并且结合图6可以发现此时系统的交流输出稳定。