链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制系统及方法，包括：电网同步相位快速开环检测模块、全局直流电压控制模块、正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块、正序电流解耦控制模块、负序分离及负序电压计算模块、功率模块平均直流电压控制及电压指令合成、移相载波调制模块。本发明专利技术利用先进的电网相位开环同步控制方法来应对电网电压相位的随机扰动，对链式STATCOM装置的输出电压以及电网电压的相序进行实时分离，公开了正负序分量协调控制所需满足的相移角、调制比两方面的关系，给出了链式STATCOM装置在电网电压不平衡条件下的正负序分量协调控制方法。

Positive and negative sequence coordinated control system and method of chain STATCOM in unbalanced grid voltage

The invention discloses a positive and negative sequence coordinated control system for the chain type STATCOM in the power grid voltage imbalance, including the synchronous phase fast open loop detection module, the global DC voltage control module, the positive sequence reactive power compensation current calculation module, the positive sequence reactive power instruction current calculation module and the positive sequence current decoupling control module. Block, negative sequence separation and negative sequence voltage calculation module, power module average DC voltage control and voltage command synthesis, phase shift carrier modulation module. This invention uses the advanced phase open loop synchronous control method to deal with the random disturbance of the voltage phase of the power grid. The output voltage of the chain STATCOM device and the phase sequence of the power grid voltage are separated in real time. The relationship between the phase shift angle and the modulation ratio of the positive and negative sequence component coordination control is disclosed, and the chain type S is given. Coordinated control of positive and negative sequence components of TATCOM device under unbalanced grid voltage conditions.

【技术实现步骤摘要】
链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制系统及方法
本专利技术属于电能质量治理领域，特别涉及一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法。
技术介绍
链式STACOM的控制要求装置能够快速地响应负载的无功需求，同时还要保证装置自身的安全稳定运行。特别是应用于公共电网时，装置必须能够承受系统故障的冲击，在系统恢复的过程中持续稳定运行，并且提供及时有效的动态无功支撑。如果STATCOM装置只进行正序电压控制，那么10％左右的电网负序电压就会导致装置输出电流超过器件的最大关断电流，当电网发生严重不对称故障引起系统电压迅速下降时，如果没有相应的控制，也会导致STATCOM装置过流，这些工况均会威胁装置的安全运行。链式STATCOM装置的控制策略主要有：电流解耦控制、有功无功解耦控制以及非线性控制等等，这些研究大多是基于系统为三相对称的条件下。然而，雷击、操作过电压、不对称短路故障以及负荷不对称突变等各种扰动，将导致电网电压不对称，进而影响STATCOM的正常运行。若不针对不对称工况进行有效控制，装置将会产生不平衡电流，导致系统损耗增大，运行性能下降，严重时装置可能发生故障保护而退出运行，甚至会直接导致装置损坏。开关函数法深入分析了电网电压不平衡对链式STATCOM的不良影响。然而，电网不平衡运行期间，却恰恰是装置发挥无功支撑作用的关键时刻。此时，应当首先考虑装置本身的持续安全稳定性，其次才是使装置发挥作用，为系统提供稳定可靠的无功支撑。当电网电压不平衡时，现有的做法通常是在电网恢复正常前先退出运行以保护装置，等待重新投入。然而，大容量STATCOM装置并网合闸过程比较复杂，在短时间的故障过程中频繁的投切不利于其安全运行，因此希望STATCOM在电网电压不平衡时仍然能够并网工作。在此基础上，反馈线性化滑模控制方法被用来实现正负序完全解耦，然而该方法计算复杂，参数整定困难，无法应用于工业装置。基于等效电纳变换法的星形链式STATCOM的零序电压计算方法在两相静止坐标系下完成不平衡电流跟踪控制，但没有考虑目前常用的Y型连接方式。
技术实现思路
当电网电压不平衡时，针对电网平衡工况设计的控制策略将使STATCOM仅输出正序电压，电网电压中的负序分量可能会造成装置过流而退出运行，本专利技术的目的在于提供一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法，该方法实现了对链式STATCOM输出电压的正负序分离与协调控制，通过将装置的输出电压分解为正序和负序两部分控制，实现了完整的链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制。本专利技术技术方案进行如下说明。一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序分量协调控制系统，包括电网同步相位快速开环检测模块、全局直流电压控制模块、正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块、正序电流解耦控制模块、负序分离模块、负序电压计算模块、功率模块平均直流电压控制模块和电压指令合成及移相载波调制模块；所述的电网同步相位快速开环检测模块，用于根据霍尔电压传感器检测的电网电压，得到电网电压的实时相位θ；所述的正序无功补偿电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测STATCOM输出的三相电流ica、icb、icc，得到dq坐标系下STATCOM输出的正序补偿电流i+cd、i+cq；所述的正序无功指令电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测到的三相负载电流ila、ilb、ilc，并将q轴输出的信号作为链式STATCOM装置的正序无功补偿电流指令值i+qref；所述的全局直流电容电压控制模块，用于根据3N个霍尔电压传感器检测STATCOM各个功率单元的直流侧电容电压值，N为每相的功率单元数量，利用直流电容电压控制算法得到链式STATCOM装置的d轴正序补偿电流指令值i+dref；所述的正序电流解耦控制模块，用于根据正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块及全局直流电容电压控制模块的输出电流信号，利用正序电流解耦控制算法得到STATCOM装置在dq坐标系下的正序输出电压指令值u+cd、u+cq；所述的负序分离模块，用于根据检测到的电网电压及相位θ得到dq坐标系下电网的负序电压u-sd、u-sq；所述的负序电压计算模块，用于根据负序分离模块和正序电流解耦控制模块的输出电压信号，生成协调控制策略下的负序分量信号；所述的电压指令合成及移相载波调制模块，用于根据正序电流解耦控制模块、负序电压计算模块以及模块平均电压直流控制模块的输出信号生成逆变器的PWM控制信号，进行链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制。一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法，包括以下步骤：(1)利用霍尔电压传感器检测电网电压，并通过电网同步相位快速开环检测模块检测电网电压的实时相位θ；(2)利用霍尔电流传感器检测STATCOM输出的三相电流ica、icb、icc，并将其输入到正序无功补偿电流计算模块，得到dq坐标系下STATCOM输出的正序补偿电流i+cd、i+cq；(3)利用霍尔电流传感器检测三相负载电流ila、ilb、ilc，并将其输入到正序无功指令电流计算模块，并将q轴输出的信号作为链式STATCOM装置的q轴正序无功补偿电流指令值i+qref；(4)利用3N个霍尔电压传感器检测STATCOM各个功率单元的直流侧电容电压值，并将其输入到全局直流电容电压控制模块，N为装置每相的功率单元数量，利用直流电容电压控制算法即可计算得到链式STATCOM的d轴正序有功补偿电流指令值i+dref；(5)将步骤(1)～(4)的输出电流信号作为正序电流解耦控制模块的输入信号，利用正序电流解耦控制算法得到STATCOM装置在dq坐标系下的正序输出电压指令值u+cd、u+cq；(6)将检测到的电网电压及其相位θ经负序分离模块得到dq坐标系下电网的负序电压u-sd、u-sq；(7)将步骤(5)、(6)的输出信号作为负序电压计算模块的输入信号，得到协调控制策略下的负序分量；(8)将步骤(5)、(7)以及模块平均电压直流控制模块的输出，作为电压指令合成及移相载波调制模块的输入信号，生成逆变器的PWM控制信号，进行链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制。步骤(2)中，正序无功补偿电流计算模块的表达式如下：步骤(3)中，正序无功指令电流计算公式如下：步骤(4)中，将检测到的3N个H桥模块的直流电容电压进行求和运算udc_sum，再将其与3N倍的直流电容电压指令值3N·udc_ref做差，最后将该偏差电压值通过PI调节器进行运算之后，得到dq坐标系下的d轴正序补偿电流指令值i+dref；其中，udc_ai、udc_bi、udc_ci分别为实际采样到的A、B、C三相中每相第i个模块的直流电容电压，N为每相H桥模块的个数。步骤(5)中，正序电流解耦控制算法具体计算公式如下：其中，U+c为逆变器输出的正序电压，δ+为逆变器输出的正序电压超前于电网正序电压的相移角。步骤(6)中，负序分离模块的具体计算公式如下：其中，U-s为电网负序电压，β负序分量与正序分量之间的相位差。所述的负序电压计算模块的计算公式如下：其中，U+c为逆变器输出的正序电压，U—s为电网的负序电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序分量协调控制系统，其特征在于：包括电网同步相位快速开环检测模块、全局直流电压控制模块、正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块、正序电流解耦控制模块、负序分离模块、负序电压计算模块、功率模块平均直流电压控制模块和电压指令合成及移相载波调制模块；所述的电网同步相位快速开环检测模块，用于根据霍尔电压传感器检测的电网电压，得到电网电压的实时相位θ；所述的正序无功补偿电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测STATCOM输出的三相电流ica、icb、icc，得到dq坐标系下STATCOM输出的正序补偿电流i+cd、i+cq；所述的正序无功指令电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测到的三相负载电流ila、ilb、ilc，并将q轴输出的信号作为链式STATCOM装置的正序无功补偿电流指令值i+qref；所述的全局直流电容电压控制模块，用于根据3N个霍尔电压传感器检测STATCOM各个功率单元的直流侧电容电压值，N为每相的功率单元数量，利用直流电容电压控制算法得到链式STATCOM装置的d轴正序补偿电流指令值i+dref；所述的正序电流解耦控制模块，用于根据正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块及全局直流电容电压控制模块的输出电流信号，利用正序电流解耦控制算法得到STATCOM装置在dq坐标系下的正序输出电压指令值u+cd、u+cq；所述的负序分离模块，用于根据检测到的电网电压及相位θ得到dq坐标系下电网的负序电压u‑sd、u‑sq；所述的负序电压计算模块，用于根据负序分离模块和正序电流解耦控制模块的输出电压信号，生成协调控制策略下的负序分量信号；所述的电压指令合成及移相载波调制模块，用于根据正序电流解耦控制模块、负序电压计算模块以及模块平均电压直流控制模块的输出信号生成逆变器的PWM控制信号，进行链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制。...

【技术特征摘要】
1.一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序分量协调控制系统，其特征在于：包括电网同步相位快速开环检测模块、全局直流电压控制模块、正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块、正序电流解耦控制模块、负序分离模块、负序电压计算模块、功率模块平均直流电压控制模块和电压指令合成及移相载波调制模块；所述的电网同步相位快速开环检测模块，用于根据霍尔电压传感器检测的电网电压，得到电网电压的实时相位θ；所述的正序无功补偿电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测STATCOM输出的三相电流ica、icb、icc，得到dq坐标系下STATCOM输出的正序补偿电流i+cd、i+cq；所述的正序无功指令电流计算模块，用于根据霍尔电流传感器检测到的三相负载电流ila、ilb、ilc，并将q轴输出的信号作为链式STATCOM装置的正序无功补偿电流指令值i+qref；所述的全局直流电容电压控制模块，用于根据3N个霍尔电压传感器检测STATCOM各个功率单元的直流侧电容电压值，N为每相的功率单元数量，利用直流电容电压控制算法得到链式STATCOM装置的d轴正序补偿电流指令值i+dref；所述的正序电流解耦控制模块，用于根据正序无功补偿电流计算模块、正序无功指令电流计算模块及全局直流电容电压控制模块的输出电流信号，利用正序电流解耦控制算法得到STATCOM装置在dq坐标系下的正序输出电压指令值u+cd、u+cq；所述的负序分离模块，用于根据检测到的电网电压及相位θ得到dq坐标系下电网的负序电压u-sd、u-sq；所述的负序电压计算模块，用于根据负序分离模块和正序电流解耦控制模块的输出电压信号，生成协调控制策略下的负序分量信号；所述的电压指令合成及移相载波调制模块，用于根据正序电流解耦控制模块、负序电压计算模块以及模块平均电压直流控制模块的输出信号生成逆变器的PWM控制信号，进行链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制。2.一种链式STATCOM在电网电压不平衡时的正负序协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用霍尔电压传感器检测电网电压，并通过电网同步相位快速开环检测模块检测电网电压的实时相位θ；(2)利用霍尔电流传感器检测STATCOM输出的三相电流ica、icb、icc，并将其输入到正序无功补偿电流计算模块，得到dq坐标系下STATCOM输出的正序补偿电流i+cd、i+cq；(3)利用霍尔电流传感器检测三相负载电流ila、ilb、ilc，并将其输入到正序无功指令电流计算模块，并将q轴输出的信号作为链式STATCOM装置的q轴正序无功补偿电流指令值i+qref；(4)利用3N个霍尔电压传感器检测STATCOM各个功率单元的直流侧电容电压值，并将其输入到全局直流电容电压控制模块，N为装置每相的功率单元数量，利用直流电容电压控制算法即可计算得到链式STATCOM的d轴正序有功补偿电流指令值i+dref；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，李俊鹏，王交通，陈文献，杨洋，沙鹏，王琳，孙荣，熊连松，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司安康供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11