一種級(jí)聯(lián)型星形連接statcom直流母線相間均壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及一種級(jí)聯(lián)型星形連接STATCOM直流母線 相間均壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活對電能的質(zhì)量和可靠性的要求越來越 高。而電力系統(tǒng)中各種沖擊性無功負(fù)荷(如異步電機(jī)、電弧爐、乳鋼機(jī)等)會(huì)引起電網(wǎng)電壓波 動(dòng)，閃變和功率因數(shù)降低，為了改善電壓質(zhì)量，無功功率補(bǔ)償技術(shù)被廣泛使用。靜止同步補(bǔ) 償器(STATCOM)作為新一代的無功補(bǔ)償裝置，因其調(diào)節(jié)速度快、體積小、成本低的優(yōu)勢越來 越受到廣泛關(guān)注。
[0003] 受到電力電子器件應(yīng)力的限制，高壓大容量STATCOM-般采用變壓器多重化和多 電平兩種技術(shù)，多電平技術(shù)具有成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，成為高壓大容量的首要選擇，被廣 泛應(yīng)用。級(jí)聯(lián)H橋多電平結(jié)構(gòu)，除了輸出電壓諧波小，開關(guān)頻率低，電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)外，還 具有結(jié)構(gòu)簡單、器件少、模塊化等優(yōu)點(diǎn)成為近年來的研究熱點(diǎn)。級(jí)聯(lián)STATCOM直流側(cè)電容相 互獨(dú)立，在理想情況下，直流側(cè)不存在有功功率消耗，故三相之間直流電壓能保持均衡。但 是實(shí)際上三相之間的損耗差異與電網(wǎng)電壓不平衡，造成三相功率流不均衡，進(jìn)一步造成三 相直流電壓不均衡，從而導(dǎo)致電容或開關(guān)器件存在過壓損壞的風(fēng)險(xiǎn)，影響了設(shè)備的安全運(yùn) 行。
[0004] 針對級(jí)聯(lián)型星形連接STATCOM三相之間直流母線電壓均衡控制，已有一些文獻(xiàn)提 出 了角軍決方案 ° Akag i，H i r 〇 fum i 等人在 "Co n t r 〇 1 and performance of a transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration?〃Industry Applications，IEEE Transactions on 43 ? 4(2007): 1041-1049 ?" 中提出一種有功電流調(diào) 節(jié)的均壓方案，該方法采用比例調(diào)節(jié)器，穩(wěn)態(tài)情況下三相直流電壓存在穩(wěn)態(tài)誤差，在電網(wǎng)電 壓不平衡下，穩(wěn)態(tài)誤差變大。Betz，R.E?等在"Symmetry Compensation using a H-Bridge Multilevel STATCOM with Zero Sequence Injection?〃Industry Applications Conference，2006?41st IAS Annual Meeting.Conference Record of the 2006 IEEE IEEE ,2006:1724-1731."中提出基于零序電壓注入的方法來實(shí)現(xiàn)三相之間電壓均衡，但是 該方法均壓能力弱，在三相損耗差異比較大或電網(wǎng)電壓不平衡度較大時(shí)，直流電壓需要很 寬的裕量來防止過調(diào)制。季振東等在"零序和負(fù)序電壓注入的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電 壓平衡控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013,21期(21):9-17."提出一種基于負(fù)序電壓注入的 方法，該方法涉及反三角函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算復(fù)雜，并且需要額外的電壓檢測裝置檢測STATCOM 輸出電壓。Lee，Chia-tse等在"Average Power Balancing Control of a STATCOM Based on the Cascaded H-Bridge PWM Convener With Star Configuration?"中提出基于負(fù)序 電流注入的方法，該方法在求取負(fù)序電流給定過程中，涉及逆矩陣計(jì)算，對控制器形成大量 的資源消耗。Han，Chong等人在A Generalized Control Strategy of Per-Phase DC Voltage Balancing for Cascaded Multilevel Converter-based STATCOM."Power Electronics Specialists Conference，2007.PESC 2007.IEEEIEEE，2007:1746-1752?中 提出獨(dú)立微調(diào)三相d軸調(diào)制波的均壓方法，該均壓方法與電流控制之間有耦合關(guān)系，降低了 電流環(huán)的穩(wěn)態(tài)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明目的：
[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種級(jí)聯(lián)型星形連接STATC0M直流母線相間均 壓控制方法。 技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0007] 級(jí)聯(lián)型STAT⑶M的主電路每相由N個(gè)H橋模塊串聯(lián)而成，三相以星形方式連接，在 STATC0M的三相輸出電壓中疊加負(fù)序分量，負(fù)序電壓可產(chǎn)生負(fù)序電流，負(fù)序電壓與正序電 流、負(fù)序電流與正序電壓分別作用可改變每相的功率流分配，實(shí)現(xiàn)三相直流母線相電壓均 衡；
[0008] STATC0M輸出電壓的正序與負(fù)序分量由其輸出的調(diào)制波正序與負(fù)序分量決定，電 流環(huán)的控制輸出為調(diào)制波的正序分量，相間均壓環(huán)控制輸出將產(chǎn)生調(diào)制波的負(fù)序分量;在 三相所有直流電壓的控制下，根據(jù)STATC0M的A、B兩相直流電壓與其參考值的偏差，在調(diào)制 波中直接產(chǎn)生用于相間均壓的負(fù)序分量，且又不影響其中的正序分量，實(shí)現(xiàn)與電流環(huán)控制 的解耦，然后去除調(diào)制波中的零序分量，調(diào)制波的零序分量對控制無用且會(huì)增加過調(diào)制的 風(fēng)險(xiǎn)，最后調(diào)制波再通過每相內(nèi)部各模塊直流電壓均衡控制，得到各模塊輸出指令電壓。具 體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0009] 步驟1，檢測級(jí)聯(lián)星形連接STAT⑶M的A、B、C三相所有H橋模塊直流側(cè)電壓Ud-、 Udcbi、Udcci (i = 1，2…N)，得至lj3N個(gè)直流電壓值，計(jì)算各相N個(gè)H橋模塊直流電壓的和Udca、Udcb、 Udcc，并對這3個(gè)值求平均，得三相直流側(cè)電壓之和的平均值Udcref ;
[0010] 步驟2,將Udcref與級(jí)聯(lián)星形連接STATC0M的A相各模塊直流電壓之和udca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，單路比例積分調(diào)節(jié)器輸出A相d軸微調(diào) 量 A dda;
[0011] 同樣，將Udcref與級(jí)聯(lián)星形連接STATC0M的B相各模塊直流電壓之和Udcb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，單路比例積分調(diào)節(jié)器輸出B相d軸微調(diào) 量 A ddb〇
[0012] 步驟3,分別求取A (^與A cU的相反數(shù)后經(jīng)過單路加法器，得到C相d軸的微調(diào)量 A ddc；
[0013] 步驟4,將步驟2與3求得的三相d軸微調(diào)量A dda、A ddb、A ddc分別疊加到電流環(huán)控 制輸出的d軸調(diào)制波dcd上，得到三相新的d軸調(diào)制波dcda、d cdb、dcdc;
[0014] 步驟5,通過鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓A相的相位及其正弦值與sin(wt)與余弦值cos (wt)；
[0015] 步驟6，將cUa與電流環(huán)控制輸出的q軸調(diào)制波dcq經(jīng)過dq到abc坐標(biāo)變換后，取A相調(diào) 制波dfa輸出，其計(jì)算表達(dá)式如下：
[0016] dfa = dcda ? COS( 〇 t)-dcq ? sin( 〇 t)
[0017]同樣，將cUb與電流環(huán)控制輸出的q軸調(diào)制波cU經(jīng)過dq到abc坐標(biāo)變換后，取B相調(diào) 制波dfb輸出，其計(jì)算表達(dá)式如下：
[0019]同樣，將cU。與電流環(huán)控制輸出的q軸調(diào)制波cU經(jīng)過dq到abc坐標(biāo)變換后，取C相調(diào) 制波dfc輸出，其計(jì)算表達(dá)式如下：
[0021]步驟7,去除調(diào)制波中的零序分量：
[0022]步驟7.1，計(jì)算三相調(diào)制波中的零序分量為：
[0024] 步驟7.2，去除零序分量后的調(diào)制波的表達(dá)式為：
[0025] da = dfa-df〇
[0026] db = dfb~df〇
[0027] dc = dfc-df〇
[0028]步驟8,將相間均壓輸出的調(diào)制波da、db、dc再通過每相內(nèi)部各模塊直流電壓均衡控 制，得到各模塊輸出指令電壓。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0030] (1)不涉及反三角函數(shù)、逆矩陣等復(fù)雜運(yùn)算，計(jì)算簡單，無需消耗大量的控制器資 源；
[0031] (2)實(shí)現(xiàn)了與電流控制的解耦，在實(shí)現(xiàn)均壓的同時(shí)，不影響電流控制的穩(wěn)定性；
[0032] (3)除去了輸出調(diào)制波的零序分量，降低了過調(diào)制的風(fēng)險(xiǎn)，增加了 STATC0M運(yùn)行的 可靠性；
[0033 ] (4)同時(shí)搭建了容量為15kVar，每相5個(gè)H橋模塊串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對本發(fā)明中的方 法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的正確、可靠性，為工程應(yīng)用提供了很好的參考 價(jià)值。
【附圖說明】
[0034]附圖1為級(jí)聯(lián)星形連接的STATC0M主電路結(jié)構(gòu)；
[0035]附圖2為級(jí)聯(lián)星形連接的STATC0M總的系統(tǒng)控制框圖；
[0036]附圖3為三相之間直流電壓均衡控制框圖；
[0037]附圖4為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明提供的一種級(jí)聯(lián)型星形連接STATC0M直流母線相間均壓控制方法，通過向 STATC0M輸出疊加負(fù)序電壓實(shí)現(xiàn)三相之間直流電壓的均衡。下面結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖