一種新型級(jí)聯(lián)statcom變流單元容錯(cuò)方法
【專利說(shuō)明】一種新型級(jí)聯(lián)STATCOM變流單元容錯(cuò)方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型級(jí)聯(lián)STATCOM的變流單元容錯(cuò)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及科技水平的快速發(fā)展，電能質(zhì)量成為電力部門和電力用戶共 同關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是隨著各種電子裝置和精密設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得用戶希望供電企業(yè) 能夠提供高效優(yōu)質(zhì)的電能。而電力系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、電弧爐尤其是電力電子裝置 廣泛應(yīng)用，工業(yè)領(lǐng)域中很多企業(yè)日耗電量巨大，負(fù)荷呈非線性和沖擊性，引發(fā)了多種電能質(zhì) 量問(wèn)題，主要包括功率因數(shù)低、諧波含量高、三相不平衡、功率沖擊、電壓閃變和電壓波動(dòng)。
[0003] STATCOM作為較為有效的調(diào)壓手段，它的無(wú)功電流輸出可在很大電壓變化范圍內(nèi) 恒定，在電壓低時(shí)仍能提供較強(qiáng)的無(wú)功支撐，并且可從感性到容性全范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。此 外，STATCOM還可以抑制電壓閃變，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。
[0004] 目前高壓STATCOM多采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，但是隨著級(jí)聯(lián)數(shù)量的增加，系統(tǒng)發(fā)生故障的 概率也會(huì)增加。所以級(jí)聯(lián)STATCOM必須要有相應(yīng)的冗余措施。目前常用的冗余方法主要有 以下缺陷：
[0005] 1.采用冷預(yù)備冗余容錯(cuò)方式，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，預(yù)備Η橋投入運(yùn)行時(shí)需要一個(gè)充 電過(guò)程，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差，其動(dòng)態(tài)特性如圖1所示，故障發(fā)生瞬間的電容電壓波形如圖2 所示。
[0006] 2.使用熱預(yù)備冗余容錯(cuò)方式，當(dāng)采用直流母線法實(shí)現(xiàn)的高壓STATC0M，直流側(cè)電 壓由二極管整流提供，故障時(shí)為了保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須切除非故障相相同位置的Η 橋，因此系統(tǒng)Η橋利用率不高，故障時(shí)刻電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性如圖3所示，故障發(fā)生瞬間的電容電 壓波形如圖5所示。
[0007] 3.使用熱預(yù)備冗余容錯(cuò)方式，采用交流母線法實(shí)現(xiàn)的高壓STATC0M，直流側(cè)電壓 有DC/DC變換器提供，故障時(shí)為了保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，常通過(guò)故障相模塊升壓以保障系 統(tǒng)的正常運(yùn)行，這增加了直流側(cè)器件的選型成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的STATCOM -種新型的冗余容錯(cuò)方式，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn) 故障時(shí)，可以不切除非故障相相同位置Η橋模塊，且不需要提升故障相非故障Η橋模塊的電 壓，以達(dá)到提高Η橋利用率以及降低Η橋器件選型成本的目的。
[0009] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明的冗余容錯(cuò)技術(shù)主要包括以下步驟：
[0010] 1.檢測(cè)三相負(fù)載電流，計(jì)算并提取負(fù)載側(cè)無(wú)功電流，用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功功率。
[0011] 2.故障前，將各Η橋直流側(cè)電壓之和與設(shè)定電壓值送入ΡΙ控制器，得到直流側(cè)電 壓控制有功分量，通過(guò)指令有功分量的控制，使變流單元吸收電網(wǎng)有功功率，實(shí)現(xiàn)直流側(cè) 電壓的平穩(wěn)。
[0012] 3.故障后，旁路故障Η橋，將各相Η橋直流側(cè)電壓送入故障冗余控制器，輸出指令 有功分量以抑制變流單元的三相耦合特性，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的各相電壓穩(wěn)定。
[0013] 4.將檢測(cè)提取的電網(wǎng)無(wú)功電流與輸出指令有功分量通過(guò)前饋解耦環(huán)節(jié)得到指令 電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)變流單元的間接電流控制。
[0014] 5.根據(jù)系統(tǒng)的故障運(yùn)行狀態(tài)，故障前坐標(biāo)變換法將指令電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為三相調(diào)制 信號(hào)，故障后將指令電壓信號(hào)送入調(diào)制參數(shù)修正模塊以實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的參數(shù)修正。
[0015] 6.最后通過(guò)載波移相調(diào)制方式使變流單元輸出三相電壓，以補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率。
[0016] 本發(fā)明提供的故障冗余容錯(cuò)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
[0017] 1.適用于能量雙向流動(dòng)的級(jí)聯(lián)STATC0M設(shè)備，故障時(shí)，通過(guò)故障冗余控制器實(shí)現(xiàn) 了系統(tǒng)各相電壓的解耦控制，從而抑制了三相電網(wǎng)之間的耦合特性。首先從主體上控制了 STATC0M系統(tǒng)各相Η橋模塊直流側(cè)總電壓，并在均壓模塊的配合下保證了各Η橋模塊電壓的 恒定。實(shí)現(xiàn)了先整體粗調(diào)后局部細(xì)調(diào)的思想。
[0018] 2.根據(jù)鏈節(jié)的故障狀態(tài)，修正變流單元輸出電壓的調(diào)制比與輸出電壓相角，保證 變流單元輸出三相對(duì)稱的線電壓，相比常用冗余容錯(cuò)方式，該方法提高了故障狀態(tài)下系統(tǒng) 無(wú)功補(bǔ)償容量。
[0019] 3.由于故障前后各Η橋模塊直流側(cè)電壓不變，所以與常用熱預(yù)備冗余方法相比減 小了 Η橋單元的器件選型成本。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 以下結(jié)合附圖與具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明
[0021] 圖1是冷預(yù)備方式下故障瞬間電網(wǎng)特性曲線
[0022] 圖2是冷預(yù)備方式下故障瞬間電容電壓曲線
[0023] 圖3是熱預(yù)備方式下故障瞬間電網(wǎng)特性曲線
[0024] 圖4是熱預(yù)備方式下故障瞬間電網(wǎng)特性曲線
[0025] 圖5是本發(fā)明故障冗余控制器原理圖
[0026] 圖6是本發(fā)明調(diào)制參數(shù)修正示意圖
[0027] 圖7是本發(fā)明故障瞬間各相電壓曲線
[0028] 圖8是本發(fā)明故障瞬間各Η橋電壓曲線
[0029] 圖9是本發(fā)明故障瞬間輸出線電壓曲線
[0030] 圖10是本發(fā)明故障瞬間電網(wǎng)特性曲線
[0031 ] 圖11是Α相故障瞬間各Η橋直流側(cè)電壓波形
[0032] 圖12是故障瞬間的電網(wǎng)特性曲線
[0033] 圖13是故障瞬間的變流單元輸出線電壓波形
[0034] 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程
[0035] 圖5是本發(fā)明的級(jí)聯(lián)Η橋控制器的控制原理圖，參照?qǐng)D5所示的控制原理圖，Λ Id 為直流側(cè)電壓指令有功電流調(diào)節(jié)值，△ Iq為系統(tǒng)提取得到負(fù)載無(wú)功電流量，通過(guò)前饋解耦 環(huán)節(jié)得到變流單元輸出電壓指令Vd和Vq，對(duì)Vd和Vq進(jìn)行坐標(biāo)變換得到變流單元的三相輸 出電壓調(diào)制波Va、Vb、Vc。最后通過(guò)載波移相調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)變流單元的調(diào)制輸出。
[0036] -種新型級(jí)聯(lián)STATC0M變流單元容錯(cuò)方法具體故障容錯(cuò)步驟如下：
[0037] 1.故障前將各Η橋直流側(cè)電壓之和與設(shè)定電壓值送入PI控制器，得到直流側(cè)電壓 控制有功分量，通過(guò)指令有功分量的控制Δ Id，使變流單元吸收電網(wǎng)有功功率，實(shí)現(xiàn)變流單 元直流側(cè)總電壓的平穩(wěn)。故障時(shí)，系統(tǒng)首先旁路故障Η橋單元，然后將各Η橋直流側(cè)電壓與 設(shè)定電壓值送入故障冗余控制器。圖6是本發(fā)明的故障冗余控制原理圖。Udci為變流單元 的相電壓，Udci_SET為變流單元相電壓設(shè)定值，兩者送入PI控制器進(jìn)行控制，輸出調(diào)節(jié)量 與各相電網(wǎng)相角正弦值做乘積運(yùn)算，產(chǎn)生與三相電網(wǎng)電壓同相位的電流調(diào)節(jié)量ΔΠ ，對(duì)