适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法技术

本发明专利技术公开了适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，包括以下步骤：控制直流链电压的平均值为随无功电流幅值而动态变化，通过控制级联H桥静止无功补偿器输出的三次谐波电压或三次谐波电流来控制电容电压，优化电容电压的峰值。本发明专利技术的控制方法可以有效实现在直流链电容电压波动较大的情形下，保证功率开关器件电压不越限，并且SVG不出现过调制情况，有效降低SVG的直流电容容值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气控制
，具体涉及适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法。
技术介绍
无功补偿器可以有效地解决电力系统中常见的电压崩溃问题，提高电压质量。随着电力电子器件的发展，无功补偿器由过去传统的电容器组，电抗器组以及调相机等补偿设备发展到基于绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)的静止无功补偿器(StaticVarGenerator,SVG)。链式结构的SVG通过级联多个H桥模块，能够提高SVG装置的输出电压，因此在中高压大容量无功补偿场合得到广泛应用。传统的链式SVG电容电压控制方法控制所有H桥模块的直流电容电压的均值为恒定值。SVG的直流链电容电压含有低次谐波，其主要成分为二次谐波，因此电容电压二倍频的波动会增加电容电压的幅值，且当H桥模块直流电容的容值较小时会造成设备过压，因此工程上采用较大容值的直流电容作为SVG各H桥模块的直流侧电容。但是采用大容值电容将增加SVG的成本和体积，因此研究SVG系统的新型控制方法可有效降低H桥模块直流链电容容值，降低SVG的成本和体积。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了一种适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，本专利技术应用于基于较小容值电容的链式SVG系统，在直流链电容电压波动较大的运行工况下，可以保证功率开关器件电压不越限，并且SVG不出现过调制现象。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，包括以下步骤：控制H桥模块的直流链电容电压的平均值为随无功电流幅值变化而动态变化，并且通过控制级联H桥静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压或三次谐波电流的大小实现对直流链电容电压的优化控制；优化控制时采用两层控制法，第一层为控制三相电容电压的平均值为参考值，参考值为随无功电流幅值大小而变化的量，第二层为控制同一相内电容电压的平均值与参考值作差后，经过PR调节器调节之后的输出值作为调制波的低次波动分量。进一步的，通过控制级联H桥静止无功补偿器出口三次谐波电压来控制直流链电容电压时，在星形结构的级联H桥静止无功补偿器中，通过控制静止无功补偿器出口电压含设定大小的三次谐波电压来实现直流链电压峰值的优化控制；上述步骤实现降低电容峰值电压的调节效果。进一步的，通过向级联H桥静止无功补偿器出口注入三次谐波电流来控制直流链电容电压时，在三角型结构的级联H桥静止无功补偿器中，通过控制静止无功补偿器输出相电流含设定大小的三次谐波电流来优化电容峰值电压。下面具体阐述补偿原理。进一步的，星形结构的级联H桥静止无功补偿器中，级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压为：v3＝-kNVconvsin3(wt+θ)静止无功补偿器发容性无功时，静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压为：v3＝kNVconvsin3(wt+θ)其中，v3为三次谐波电压，k为三次谐波电压调节系数，其大小为可控量，Vconv为单个H桥的等效输出基波交流电压幅值，θ为电网相电压初相角，w为电网电压角频率。对于星形结构的级联H桥静止无功补偿器，当级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，注入可控的三次谐波电压后，单个H桥的直流电容电压瞬时值为：vdc=VL2+VconvIgXC[(1-k)sin2(wt+θ)-ksin2(2wt+2θ)2]]]>其中VL为电容电压谷值。分析上式可知，静止无功补偿器直流链电容电压包括的直流分量以及二倍频分量跟随无功电流幅值的变化而动态变化。进一步的，分析新型控制方法下的直流电容电压以及静止无功补偿器输出电压的关系可知，静止无功补偿器的调制波形主要包含基频分量、三倍频以及五倍频分量。即：m＝Msin(wt+θ)+M3sin3(wt+θ)+M5sin5(wt+θ)其中m为补偿器调制信号，M、M3、M5分别为调制信号的基频分量、三倍频以及五倍频分量的幅值，则静止无功补偿器输出电压的基频，三倍频以及五倍频分量可表示为：vP=MVave+M-M32V2=Vconvv3=M3Vave-MV2/2=kVconvv5=M5Vave-M3V2/2=0]]>其中V2为电容电压的二次谐波幅值。依据上式可知，通过控制调制信号含有的三倍频分量以调节补偿器输出三倍频分量。而调制波中注入的三次谐波会导致输出电压包含五倍频分量，进而通过调制信号中注入五次谐波以消除三次谐波产生的五次谐波。直流链电压控制采取两层控制法，如图2所示，第一层即控制三相电容电压的平均值为参考值，参考值为随无功电流幅值大小而变化的量。第一层控制输出调制波的基波分量以及五倍频分量；第二层控制为同一相内电容电压的平均值与参考值作差后，再经过控制器调节之后的输出值作为调制波的三倍频波动分量。对于星形结构的级联H桥静止无功补偿器，当级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，电容电压参考值主要包含直流分量以及二倍频波动分量，且可表达成：vdc_refx=Vave-V2cos2(wt+θ)=VL2+(1-k)VconvIgXC+VL2-VL2+(1-k)VconvIgXC-VL2cos2(wt+θ),x=A,B,C]]>电容电压峰值为：VM=VL2+(1-k)VconvIgXC]]>则通过优化k值以及VL的大小可最小化电容电压峰值，电容最小电压VL以及k的大小可表述为：1)H≤1时：k＝0，并且VL取值为：VL=1-HVconv]]>其中H为：H=IgXcVconv]]>2)时：k和VL分别为:k=H2+8H-(H+2)2;]]>VL＝Vmin其中Vmin为允许的最低电容电压。进一步的，对于星形结构的级联H桥静止无功补偿器，当级联H桥静止无功补偿器发容性无功时，电容电压参考值可表达成：vdc_refx=Vave+V2cos2(wt+θ)=VM+VM2-(1+k)VconvIgXC2+VM-VM2-(1+k)VconvIgXC2cos2(wt+θ),x=A,B,C]]>其中VM和k值可表述为：1)VM和k分别为：VM=(10H+64)(H+1)9;]]>k=H+19]]>2)VM和k分别为：VM=H(8-H)2;]]>k=1-H2]]>进一步的，在角形连接级联H桥静止无功补偿器中，控制静止无功补偿器发感性无功时注入的三次谐波电流为：i3＝-TIgcos(3wt+θ)静止无功补偿器发容性无功时，注入的三次谐波电流为：i3＝TIgcos(3wt+θ)其中，i3为三次谐波电流，T为三次谐波电流调节系数，其大小为可控量，θ为电网相电压初相角，w为电网电压角频率，Ig为SVG输出相电流幅值。进一步的，对于角形结构的级联H桥静止无功补偿器，当级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，注入可控的三次谐波电流后，电容电压参考值为：vdc_refx=Vave-V2cos2(wt+θ)=VL2+(1-T)VconvIgXC+VL2-VL2+(1-T)VconvIgXC-VL2cos2(wt+θ),x=A,B,C]]>其中T值和VL大小可表述为：1)H≤1：T＝0，并且VL取值为：VL=1-HVconv]]>其中H为：H=I本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，包括以下步骤：控制H桥模块的直流链电容电压的平均值为随无功电流幅值变化而动态变化，并且通过控制级联H桥静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压或三次谐波电流的大小实现对直流链电容电压的优化控制；优化控制时采用两层控制法，第一层为控制三相电容电压的平均值为参考值，参考值为随无功电流幅值大小而变化的量，第二层为控制同一相内电容电压的平均值与参考值作差后，经过PR调节器调节之后的输出值作为调制波的低次波动分量。

【技术特征摘要】
1.适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，包括以下步骤：控制H桥模块的直流链电容电压的平均值为随无功电流幅值变化而动态变化，并且通过控制级联H桥静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压或三次谐波电流的大小实现对直流链电容电压的优化控制；优化控制时采用两层控制法，第一层为控制三相电容电压的平均值为参考值，参考值为随无功电流幅值大小而变化的量，第二层为控制同一相内电容电压的平均值与参考值作差后，经过PR调节器调节之后的输出值作为调制波的低次波动分量。2.如权利要求1所述的适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，通过控制级联H桥静止无功补偿器出口三次谐波电压来控制直流链电容电压时，在星形结构的级联H桥静止无功补偿器中，通过控制静止无功补偿器出口电压含设定大小的三次谐波电压来实现直流链电压峰值的优化控制。3.如权利要求1所述的适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，通过向级联H桥静止无功补偿器出口注入三次谐波电流来控制直流链电容电压时，在三角型结构的级联H桥静止无功补偿器中，通过控制静止无功补偿器输出相电流含设定大小的三次谐波电流来优化电容峰值电压。4.如权利要求1所述的适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，星形结构的级联H桥静止无功补偿器中，级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压为：v3＝-kNVconvsin3(wt+θ)静止无功补偿器发容性无功时，静止无功补偿器出口注入的三次谐波电压为：v3＝kNVconvsin3(wt+θ)其中，v3为三次谐波电压，k为三次谐波电压调节系数，其大小为可控量，Vconv为单个H桥的等效输出基波交流电压幅值，θ为电网相电压初相角，w为电网电压角频率。5.如权利要求1所述的适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，静止无功补偿器的调制波形主要包含基频分量、三倍频以及五倍频分量，即：m＝Msin(wt+θ)+M3sin3(wt+θ)+M5sin5(wt+θ)其中m为补偿器调制信号，M、M3、M5分别为调制信号的基频分量、三倍频以及五倍频分量的幅值。通过控制调制信号含有的三倍频分量以控制静止无功补偿器每相输出的三次谐波量且通过调制信号中注入五倍频分量以消除静止无功补偿器产生的五次谐波。则静止无功补偿器输出电压的基频，三倍频以及五倍频分量可表示为：vP=MVave+M-M32V2=Vconvv3=M3Vave-MV2/2=kVconvv5=M5Vave-M3V2/2=0]]>其中V2为电容电压的二次谐波幅值。6.如权利要求4所述的适用于级联H桥静止无功补偿器的新型控制方法，其特征是，对于星形结构的级联H桥静止无功补偿器，当级联H桥静止无功补偿器发感性无功时，电容电压参考值主要包含直流分量以及二倍频波动分量，且可表达成：vdc_refx=Vave-V2cos2(wt+θ)=VL2+(1-k)VconvIgXC+VL2-VL2+(1-k)VconvIgXC-VL2cos2(wt+θ),x=A,B,C]]>其中，Vave为电容电压的直流分量，V2为二倍频波动分量幅值，Vconv为H桥输出的基波交流电压幅值，k为三次谐波电压调节系数，VL为电容电压最小值,Ig为SVG输出相电流幅值,w为电网电压角频率，θ为电网相电压初相角,XC为H桥容抗；电容电压峰值为：VM=VL2+(1-k)VconvIgXC]]>则通过优化k值以及VL的大小可最小化电容电压峰值，电容最小电压VL以及k的大小可表述为：1)H≤1时：k＝0，并且VL取值为：VL=1-HVconv]]>其中H为：H=IgXcVconv]]>2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，葛雪峰，王盼瑞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37