專利名稱：一種鏈?zhǔn)饺切芜B接statcom直流母線相間均壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電網(wǎng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，特別涉及面向電網(wǎng)無功負(fù)序抑制的一種鏈?zhǔn)饺切芜B接STATC0M直流母線相間均壓控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，無功補(bǔ)償成為電力部門和電力用戶共同關(guān)注的熱點(diǎn)。電力系統(tǒng)中的無功功率補(bǔ)償裝置從最早的電容器發(fā)展到今天，歷經(jīng)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止型無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止型無功發(fā)生器(STATCOM)。與傳統(tǒng)的以TCR為代表的SVC裝置相比，STATCOM的調(diào)節(jié)速度更快，運(yùn)行范圍更寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù) 等措施后可減少補(bǔ)償電流中諧波的含量。更重要的是，STATCOM使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比SVC中使用的電抗器和電容元件要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。鏈?zhǔn)絊TATCOM采用級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，多個H橋模塊串聯(lián)之后經(jīng)連接電抗器接入電網(wǎng)系統(tǒng)，H橋模塊直流側(cè)只需并聯(lián)電解電容，省去了獨(dú)立的直流電壓源，結(jié)構(gòu)簡單，非常適合應(yīng)用于中壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，目前得到了廣泛的應(yīng)用。在中壓電網(wǎng)中有很多大容量的三相不平衡負(fù)荷，例如電力電弧爐等，這些負(fù)荷帶來的電壓、電流不平衡會給電力系統(tǒng)和電力用戶造成多種危害。采用A型連接的鏈?zhǔn)絊TATCOM非常適合補(bǔ)償不平衡負(fù)載，輸出負(fù)序電流對電網(wǎng)的負(fù)序無功進(jìn)行補(bǔ)償。理想條件下，鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM的開關(guān)器件和無源器件在工作的過程中不存在能量損耗，STATCOM和電力系統(tǒng)之間并不進(jìn)行有功功率的交換，只進(jìn)行無功功率的交換，各個H橋模塊的直流母線電壓只存在2次波動，一個電網(wǎng)周期內(nèi)的平均值并不改變。然而，實(shí)際的鏈?zhǔn)絊TATCOM總是存在損耗，這些損耗就會導(dǎo)致直流母線電壓的下降，由于三相之間的損耗存在差異性，各相直流母線電壓也會存在較大的差異。而且，當(dāng)鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM需要補(bǔ)償負(fù)序電流時，各相直流母線電壓會出現(xiàn)明顯偏移。如果不加以控制，直流電壓偏高的相超額工作，此相的開關(guān)器件存在過壓損壞的危險，而直流電壓較低的相又常常欠額工作，此相的效用不能充分的發(fā)揮。對于鏈?zhǔn)絊TATCOM三相之間直流母線電壓均衡控制，以傳統(tǒng)的dq解耦控制為基礎(chǔ)，各相根據(jù)自己直流母線電壓與參考值的差值，在d軸上疊加一個微調(diào)量，q軸的值共用原值，這樣可以保證三相直流母線電壓相等，并且可以輸出給定的無功功率。為了實(shí)現(xiàn)在每相的d軸上疊加微調(diào)量，需要建立三個虛擬的dqo-abc變換，變換后每相都有對應(yīng)于A、B、C相的三個值，各相只需取與該相對應(yīng)的值，而忽略其他兩個值即可；d軸微調(diào)量的補(bǔ)償器是整定d軸占空比到直流母線電壓的傳遞函數(shù)得到的，可以保證足夠的幅值和相位裕量。根據(jù) Chong Han(Chong HanAlex Q. Huang. A Generalized Control Strategy of Per-PhaseDC Voltage Balancing for Cascaded Multilevel Converter-based STATCOM[C]. PowerElectronics Specialists Conference, Orlando, USA, 2007.)提到的方法，當(dāng)三相直流母線電壓不相等時，各相微調(diào)自己d軸量來調(diào)節(jié)從電網(wǎng)中吸收的有功功率，這樣會造成三相吸收的有功電流幅值不相等，含有負(fù)序分量；當(dāng)變流器需要補(bǔ)充負(fù)序無功時，變流器又會向電網(wǎng)注入大量的負(fù)序電流來達(dá)到自身直流母線電壓平衡；因此該方法是通過犧牲電能質(zhì)量為代價來達(dá)到均衡三相直流母線電壓的目的。Yidan Li(Yidan Li,Bin ffu. A Novel DC Voltage Detection Technique in theCHB Inverter-Based STATCOM[J]. IEEE Trans, on Industry Electronics,2008,23 (3)1613-1619.)采用輸出交流電壓相位微調(diào)法對三相吸收的有功功率進(jìn)行調(diào)整，該方法需要三個電壓環(huán)分別控制三相直流母線電壓，該方法存在如下問題當(dāng)三相直流母線電壓嚴(yán)重不平衡時，三相的輸出電流的幅值不相等，含有負(fù)序分量并且相位不再是依次相差120°，直流母線電壓均衡的實(shí)現(xiàn)是以向電網(wǎng)注入負(fù)序電流為代價的；當(dāng)電網(wǎng)要求補(bǔ)償負(fù)序電流時，為了維持直流母線電壓的均衡，電能質(zhì)量控制器將會向電網(wǎng)注入負(fù)序電流，因此補(bǔ)償負(fù)序功率的能力很差。Akagi H(Akagi H, Inoue S, Yoshii T. Control and perfoemance ofa transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration[J] IEEE Trans.On Industry Applications, 2007,43 (4) :1041-1049.)建立 dq 解稱的控制體系，用于控制總體的有功和無功功率，然后檢測各相的直流側(cè)電壓，與指令值比較，差值送入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出作為相變流器交流輸出電流的微調(diào)幅度，dq解耦控制的d軸指令電流疊加上各相的微調(diào)電流作為各相的指令輸出電流幅值，然后乘以各相的相位作為各相總的輸出電壓指令，經(jīng)過微調(diào)后的各相輸出電壓可以調(diào)節(jié)三個單相與電力系統(tǒng)交換的有功功率，進(jìn)而保證三相之間直流母線電壓的平衡。Laxman Maharjan, Shigenori Inoue, HirofumiAkagi. A Transformerless Energy Storage System Based on a Cascade Multilevel PWMConverter With Star Configuration[J] IEEE Trans, onlndustry Electronics,2008,44(5) :1621-1630.的控制方法和上述方法類似，這兩種方法同樣存在不足當(dāng)三相電壓嚴(yán)重不均衡時，經(jīng)過三相均衡控制的微調(diào)作用，三相變流器交流輸出電壓的幅值相差較大，含有較大的負(fù)序成分，這部分負(fù)序電壓又會產(chǎn)生負(fù)序電流注入電網(wǎng)，因此該方法是以犧牲電能質(zhì)量為代價來達(dá)到三相直流母線電壓的均衡的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，以達(dá)到不通過犧牲電能質(zhì)量為代價來達(dá)到三相之間直流母線電壓平衡，在鏈?zhǔn)絊TATCOM需要補(bǔ)償負(fù)序無功時，變流器達(dá)到自身相間直流母線電壓平衡不會向電網(wǎng)注入額外大量負(fù)序電流。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，包括以下步驟在三相電源和非線性負(fù)載之間連接鏈?zhǔn)絊TATC0M，鏈?zhǔn)絊TATCOM的主電路采用三角形連接方式，通過向三角形連接的三相輸出零序分量指令，在三角形連接的三相附加零序環(huán)流使三相直流母線電壓達(dá)到平衡，不額外向電網(wǎng)注入負(fù)序電流；在總的有功功率控制下，零序分量指令的輸出使得三相直流母線電壓的相間平衡控制，再通過每相內(nèi)部各模塊直流母線電壓的控制以及輸出補(bǔ)償電流的跟蹤控制，得到整個鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM總的輸出指令電壓，將其輸出。
所述的零序分量指令的輸出為I)檢測鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM的AB、BC、CA三相所有H橋單元模塊直流側(cè)電壓udc_abi>Udc bci>Udc cai (i = 1，2. . . N)，得3N個直流側(cè)電壓值，計算各相N個H橋單元模塊直流側(cè)電壓的和Kcm、并對這3個值求平均，得三相直流側(cè)電壓之和的平均值
權(quán)利要求
1.一種鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟 在三相電源和非線性負(fù)載之間連接鏈?zhǔn)絊TATC0M，鏈?zhǔn)絊TATCOM的主電路采用三角形連接方式，通過向三角形連接的三相輸出零序分量指令，在三角形連接的三相附加零序環(huán)流使三相直流母線電壓達(dá)到平衡； 在總的有功功率控制下，零序分量指令的輸出使得三相直流母線電壓的相間平衡控制，再通過每相內(nèi)部各模塊直流母線電壓的控制以及輸出補(bǔ)償電流的跟蹤控制，得到整個鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM總的輸出指令電壓，將其輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，其特征在于，所述的零序分量指令的輸出為 1)檢測鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM的AB、BC、CA三相所有H橋單元模塊直流側(cè)電壓Udcabi,udcbci>udccai(i = 1,2... N)，得3N個直流側(cè)電壓值，計算各相N個H橋單元模塊直流側(cè)電壓的和Usbucm、，并對這3個值求平均，得三相直流側(cè)電壓之和的平均值<; 2)將W=與鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM的AB相直流側(cè)電壓之和經(jīng)過單路減法器相比較，其輸出經(jīng)過單路比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)整，單路比例積分器的輸出Δ/二； 將<與鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM的BC相直流側(cè)電壓之和<廠經(jīng)過單路減法器相比較，其輸出經(jīng)過單路比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)整，單路比例積分器的輸出Δ/二 ； 3)通過鎖相環(huán)得到<6的相位及其正弦值和余弦值； 4)通過下式得到附加零序環(huán)流的參考值匕/: C = h sin(仞)+ Iq COS(仞)(13) 其中 /d=V^/ocos(0)=K Iq=拉L-拽·Μ:+「2·0V3(12) 5)檢測AB、BC、CA各相的電流IabUbc^ica,并通過dqO變換得到實(shí)際零序電流值i°，將零序環(huán)流的參考值匕/與實(shí)際零序電流值i°經(jīng)過單路減法器相比較，其輸出經(jīng)過單路比例調(diào)節(jié)器調(diào)整，單路比例調(diào)節(jié)器的輸出作為鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM控制系統(tǒng)中零序分量指令。
3.如權(quán)利要求2所述的鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，其特征在于，所述的附加零序環(huán)流的參考值匕/通過以下步驟得到 4.I)零序電流頻率的確定 設(shè)電網(wǎng)電壓為 us = 42U · sin(iyi + ψ)(I) 其中U是電網(wǎng)電壓的有效值；Ψ =0,-120° ,120°分別代表三相電網(wǎng)電壓的初相位； 零序電流為 fref = yj2I° sin( oi + θ)(2) 其中θ代表零序電流相對于電網(wǎng)A相電壓的相位，η代表零序電流的次數(shù)；零序電流對單相變流器功率的影響為
4.如權(quán)利要求I所述的鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，其特征在于，所述的鏈?zhǔn)絊TATCOM包括多個H橋單元模塊和多個進(jìn)線電感，H橋單元模塊由直流側(cè)儲能元件和電壓源型PWM變換器組成。
5.如權(quán)利要求I所述的鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，其特征在于，所述的直流側(cè)儲能元件由電力電容器串并聯(lián)構(gòu)成，電壓源型PWM變換器為全控器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鏈?zhǔn)饺切芜B接STATCOM直流母線相間均壓控制方法，在三相電源和非線性負(fù)載之間連接鏈?zhǔn)絊TATCOM，鏈?zhǔn)絊TATCOM的主電路采用三角形連接方式，通過向三角形連接的三相輸出零序分量指令，在三角形連接的三相附加零序環(huán)流使三相直流母線電壓達(dá)到平衡，不額外向電網(wǎng)注入負(fù)序電流。
文檔編號H02J3/18GK102638049SQ20121010340
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者付亞彬, 何英杰, 劉進(jìn)軍, 杜思行 申請人:西安交通大學(xué)