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一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法

阅读：986发布：2021-02-25

IPRDB可以提供一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，将所有换流链中任意两相换流链的平均直流电压与所有链节直流电压的平均值相减得到两相换流链的平均直流电压偏差，该偏差经过比例积分调节器得到对应相换流链的有功功率偏差；将其结合换流器输出的正序电流的有效值和相位经过零序电压指令运算得到换流器的零序电压指令，最后通过乘法运算得到三相换流链的零序电压指令，其作为换流链平均直流电压控制的调制波电压参考值控制换三相流链输出构成闭环控制。该方法根据任意两相平均直流电压偏差调节零序电压，可保证三相功率满足要求，有效解决换流链平均直流电压不平衡的问题，具有原理简单明确、性能优良、适用范围广、实用性强等优点。，下面是一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于：该控制方法是将所有换流链中任意两相换流链的平均直流电压与所有链节直流电压的平均值相减得到两相换流链的平均直流电压偏差，经过比例-积分调节器，通过两相换流链的平均直流电压偏差得到对应相换流链的有功功率偏差；有功功率偏差结合换流器输出的正序电流的有效值和相位经过零序电压指令运算环节，得到换流器的零序电压指令，进而通过乘法运算得到三相换流链的零序电压指令；三相换流链的零序电压指令作为换流链平均直流电压控制的调制波电压参考值控制换三相流链输出构成闭环控制。

2.如权利要求1所述的基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于：所述零序电压指令运算环节为：将有功功率偏差与换流器输出的正序电流的有效值和相位代入下式中求取换流器的零序电压指令uN，再将该指令uN平均分配到三相换流链中，得到三相换流链的零序电压指令：式中，为任意两相换流链的有功功率偏差；Ip、为正序电流的有效值和相位，ω为基波角频率，t为时间。

3.如权利要求1所述的基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于：所述乘法运算是用换流器的零序电压uN乘以1/3，所得值分别作为三相换流链的零序电压指令uN_a，uN_b，uN_c，即三相换流链的零序电压指令uN_a、uN_b、uN_c相等。

说明书全文

一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力电子装置控制技术领域，具体涉及一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，可应用于链式换流器的直流电压控制方法。

背景技术

[0002] 链式换流器在工程中应用广泛，其由多个单相换流链构成，每个单相静止同步补偿器中包括单相换流链，每个单相换流链由至少一个单相模块(即图1中的级联模组1......n)构成，每个单相模组包括至少一个链节，链节与链节之间可通过串联或并联相连接，每个链节包括H桥型电压源换流器。

[0003] 链式换流器具有诸多优点，可以实现独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题，在系统受到扰动时，更好地提供电压支撑。其所有链接的基本单元结构完全相同，可以实现模块化设计，便于扩容和维护，并避免了因开关器件直接串并联使用而产生的问题。链式换流器采用普通变压器接入系统，避免了多重化变压器带来的问题，减小了占地面积，降低了装置成本。此外，多电平链式换流器输出的谐波可忽略，不需要滤波器。

[0004] 然而，链式结构引发的问题是直流侧电容电压波动剧烈及直流电容电压不平衡，协调控制难度较大。直流电压平衡控制通常从能量角度着手，控制换流链间及链节之间的能量平衡，而调节电容并联损耗及变直流电压控制方法瞬态响应较慢，调节范围受限且损耗较大。针对链式换流器直流电压平衡问题，工程中通常采用三级直流电压控制，第一级为全局平均直流电压控制，解决装置整体直流侧电压的稳定问题；第二级控制为换流链平均直流电压控制，实现相间直流侧电压平衡；第三级控制为链节直流电压控制，实现链节平衡。上述直流电压平衡控制方法可以通过PI调节器构成id和iq的电流闭环，使其在d轴和q轴方向上保持恒定，通过控制链式换流器交换的有功和无功功率达到平衡电容电压目的。但实现三级直流控制时若控制量或反馈量选择不当将导致控制的速度和精度无法满足实际要求。其中第二级换流链平均直流电压控制决定换流器能否实现三相平衡，并影响第三级控制的效果和速度。采用无功电流反馈量进行三相平衡控制，控制原理不明确，控制效果不明显。所述内容提出基于零序电压的换流链平均直流电压控制策略，具有控制目标明确，响应速度快，控制效果良好等优点。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的提出一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，该控制方法通过调节任意两相的功率偏差达到补偿各相换流链平均直流电压不平衡的目的。

[0006] 本发明的基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法是通过下述技术方案实现的：

[0007] 一种基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法，其特征在于：该控制方法是将所有换流链中任意两相换流链的平均直流电压与所有链节直流电压的平均值相减得到两相换流链的平均直流电压偏差，经过比例-积分调节器，通过两相换流链的平均直流电压偏差得到对应相换流链的有功功率偏差；有功功率偏差结合换流器输出的正序电流的有效值和相位经过零序电压指令运算环节，得到换流器的零序电压指令，进而通过乘法运算得到三相换流链的零序电压指令；三相换流链的零序电压指令作为换流链平均直流电压控制的调制波电压参考值控制换三相流链输出构成闭环控制。

[0008] 其中，所述零序电压指令运算环节为：将有功功率偏差与换流器输出的正序电流的有效值和相位代入下式中求取换流器的零序电压指令uN，再将该指令uN平均分配到三相换流链中，得到三相换流链的零序电压指令uN_a，uN_b，uN_c：

[0009]

[0010] 式中，为任意两相换流链的有功功率偏差；Ip、为正序电流的有效值和相位，ω为基波角频率，t为时间。

[0011] 其中，所述乘法运算是用换流器的零序电压uN乘以1/3，所得值分别作为三相换流链的零序电压指令uN_a，uN_b，uN_c，即三相换流链的零序电压指令uN_a、uN_b、uN_c相等。

[0012] 本发明的控制方法具有以下优点：

[0013] 1)根据任意两相直流电压平均值偏差调节零序电压，即可保证三相功率满足要求；

[0014] 2)采用该种控制方法的链式STATCOM控制原理简单明确，控制性能优良；

[0015] 3)所述控制方法适用于采用链式级联H桥换流器的其他FACTS装置，适用范围宽广；

[0016] 4)所述控制方法有效地解决了换流链平均直流电压不平衡的问题，具有很强的工程实用价值。

附图说明

[0017] 图1是级联H桥链式STATCOM主电路拓扑结构图；

[0018] 图2是本发明的链式换流器平均直流电压控制框图；

[0019] 图3是链式换流器零序电压指令运算的实现框图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明的控制方法作进一步详细的说明。

[0021] 所述内容中的系统电压，链接直流电压，换流器输出电流均由测量环节获得。在电气量信号用于实现控制目标时，已进行滤波处理和归算。

[0022] 为了更清楚的阐述本发明的基于零序电压的换流链平均直流电压的控制方法的工作原理，现以级联H桥型STATCOM换流器系统为例进行分析说明，该STATCOM结构如附图1所示。每相由N个具有独立直流电容的级联型单相逆变器串联而成，三相换流链采用星型接法，中性点不接地。

[0023] 附图2为本发明的基于零序电压的链式换流器平均直流电压控制方法整体示意图。该控制方法是：将三相换流链中A、B两相换流链的平均直流电压Vdc_ave_a、Vdc_ave_b与所有链节直流电压的平均值Vdc_ave相减得到的偏差量通过比例-积分调节器，可得到A、B两相换流链的有功功率偏差有功功率偏差与测量所得的正序电流的有效值和相位Ip、φp经过零序电压指令运算环节，得到三相换流链的零序电压指令uN；三相换流链的零序电压指令uN_a，uN_b，uN_c均等于uN/3，uN_a，uN_b，uN_c作为换流链平均直流电压控制的三相调制波电压参考值控制换流器输出以实现闭环控制。图中，Vdc_ave_a、Vdc_ave_b、Vdc_ave_c分别为换流链ABC三相平均直流电压值，Vdc_ave为全局平均直流电压平均值，Vdc_ave_a、Vdc_ave_b、Vdc_ave_c由采样得到各相换流链单个链节的直流电压求平均值得到，Vdc_ave由所有链节的直流电压求平均值得到。

[0024] 图3给出了图2中零序电压指令运算环节的实现框图，具体实现方法如下：

[0025] 设定H桥型STATCOM换流器系统电压usA、usB、usC为：

[0026]

[0027] 上式中，U为交流侧系统电压有效值，ω为基波角频率，t为时间。

[0028] 中性点电压un为：

[0029]

[0030] 上式中，UN为中性点电压的有效值，φN为中性点电压的相位。由于换流器采用星型接线方式且中性点不接地，故零序电压完全叠加到中性点电压之上，即换流器中性点电压等于零序电压。

[0031] 忽略负序分量干扰的条件下，假设流入换流器的电流iA、iB、iC为：

[0032]

[0033] 上式中，Ip、φp为测量所得的正序电流的有效值和相位；

[0034] 输入换流器的有功功率为：

[0035]

[0036] 将式(1-1)～(1-3)代入式(1-4)得到A、B、C三相的有功功率、无功功率分别如(1-5)，(1-6)所示：

[0037]

[0038]

[0039] 式(1-5)和(1-6)中φpN为正序电流和零序电压的相位差。改变零序电压相位φN将导致φpN变化，故由式(1-5)和(1-6)可知，通过调节零序电压的大小和相位可以改变三相之间的功率分配。

[0040] 假设要维持三相直流电压平衡，三相换流器所需吸收的功率分别为进一步表示为：

[0041]

[0042] 式中，为三相换流链的有功功率偏差，

[0043] 为了保证输出换流器输入和输出功率平衡，联立式(1-5)～(1-7)得到：

[0044]

[0045]

[0046] 通过式(1-8)可以确定即通过有功、无功指令P*、Q*可以确定正序电流的有效值和相位指令

[0047] 通过式(1-9)可以得到，只要根据任意两项电压偏差调节零序电压的幅值和相位，就可以保证第三相功率也满足要求，这个过程和正序电流的调节无关，也和第三相功率无关。因此该控制原则为只能调节两相，以下以AB两相调节为例。

[0048] 将式(1-9)展开得到：

[0049]

[0050] 根据瞬时无功理论：

[0051]

[0052] 上式中，Id、Iq分别为正序电流的有功和无功分量，将式(1-11)代入式(1-10)得到A相换流链的有功功率偏差

[0053]

[0054] 同理可以得到B相换流链的有功功率偏差

[0055]

[0056] 联立式(1-12)和式(1-13)得到两式中的UNsin(φN)、UNcos(φN)：

[0057]

[0058] 由于：

[0059]

[0060] 将式(1-15)代入式(1-14)得到：

[0061]

[0062] 由式(1-2)可得：

[0063] uN＝UNsin(ωt)cos(φN)+UNcos(ωt)sin(φN) (1-17)

[0064] 将式(1-16)代入式(1-17)并化简得到：

[0065]

[0066] 因此，根据式(1-18)得到换流器的零序电压，再经过乘法运算得到三相换流链的零序电压指令，该乘法运算是用换流器的零序电压uN乘以1/3，所得值分别作为三相换流链的零序电压指令uN_a，uN_b，uN_c；三相换流链的零序电压指令作为换流链平均直流电压控制的调制波电压参考值控制换三相流链输出构成闭环控制，从而实现控制换流链平均直流电压达到平衡。

[0067] 最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，结合上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员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，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

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