静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法技术

本发明专利技术公开了一种静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法，采用将H桥级联型静止无功补偿器每相等效为一个模块；确定滤波电抗的值和等效模块稳定工作时直流侧电压允许的最大值；由最小等效电容容值曲线确定等效模块直流侧电容的最小等效容抗值；等效模块直流侧电容的等效容抗设计为最小等效容抗的0.85～0.98倍；由最小等效电容容值曲线确定与等效容抗相对应的直流侧电压最大值；确定等效模块直流侧电压均值的范围；确定每相级联的模块数目，并确定每个模块直流侧电压均值的范围和电容容抗。为电容容值和电压均值的设计提供了一种定量的设计方法，与电力电子技术的研究奠定了基础，具有推广使用的价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子工程
，尤其涉及一种应用于三相对称系统的H桥级联型静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法。
技术介绍
星型连接的H桥级联型静止无功补偿器逐渐应用于我国6kV、10kV和35kV输配电网，其具有动态响应速度快，输出电流谐波含量低等优点，是电网进行基波无功补偿的先进技术。H桥级联型静止无功补偿器采用单相级联结构，其易于适应不同的电网电压，但其由于单相电路中的二倍频瞬时无功量使得直流侧电容电压具有波动量，需要较大容量的电容对二倍频瞬时无功量进行缓冲。由于电解电容具有高功率密度的特点，其被H桥级联型静止无功补偿器所广泛采用；但电解电容耐受纹波电流的能力较弱，无功补偿器稳态工作时直流侧电压波动分量幅值一定时，为满足纹波电流要求需要多组电容并联，增大了所需电容的容量。目前，直流侧电容为了适应电压和纹波电流要求，需采用多个单体电容串并联，H桥级联型静止无功补偿器对直流侧串并联所形成的电容等效容值的选取，文献多依据直流侧电容电压的波动率来确定电容的等效容值，直流侧电压的波动率多在15％以内。在正常工作时，直流侧电压的均值选取，相内各模块直流侧电压均值的和等于容性工况下静止无功补偿器输出相电压的峰值。薄膜电容相较电解电容，其耐受纹波电流的能力远强于电解电容，耐压能力也高于电解电容，且其具有更高的可靠性等优点。H桥级联型静止无功补偿器采用薄膜电容取代电解电容时，减小薄膜电容的等效容值有利于控制装置体积和成本。薄膜电容等效容值减小，直流侧电压均值一定，波动分量幅值将增大，会造成器件电压应力增加；但考虑直流侧电压波动分量也具有一定的调制输出能力，可以通过降低直流侧电压均值以达到降低直流侧电压峰值的目的，进而减缓薄膜电容等效容值减小所产生的器件电压应力上升的问题。杨文博等在《电力系统自动化》2015年39卷16期《降低模块化多电平换流器子模块电容值的控制方法》一文中，提供了在模块化多电平变流器中可通过减小模块电容容值的控制方法，其调制环节中对电容波动电压进行利用，然后降低直流侧电压均值的控制值，但该文尚没有涉及电容容值和直流侧电压均值的定量选取。因此考虑星型H桥级联型静止无功补偿器采用薄膜电容并减小电容等效容值时，电容容值和直流侧电压均值的定量选取方法，应进行深入的分析。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种应用于三相对称系统的H桥级联型静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术包括以下步骤：(1)将H桥级联型静止无功补偿装置每相等效为一个模块；(2)确定滤波电抗的值和等效模块稳定工作时直流侧电压允许的最大值；(3)由最小等效电容容值曲线确定等效模块直流侧电容的最小等效容抗值；(4)等效模块直流侧电容的等效容抗设计为最小等效容抗的0.85～0.98倍；(5)由最小等效电容容值曲线确定与等效容抗相对应的直流侧电压峰值；(6)确定等效模块直流侧电压均值的范围；(7)确定每相级联的模块数目，并确定每个模块直流侧电压均值的范围和电容等效容抗。具体的，步骤(3)(5)中最小等效电容容值曲线的解析关系如下：其中：为最小电容等效容值的标幺值，为等效模块直流侧电压最大值的标幺值，为滤波电抗的标幺值。具体的，步骤(6)中等效模块直流侧电压均值范围的解析关系如下：其中，式中，为等效模块采用电容为等效容抗时直流侧电压均值的标幺值，为等效模块采用电容为等效容抗时直流侧电压峰值的标幺值，为等效模块采用电容的等效容抗标幺值，为等效模块直流侧电压均值的标幺值。具体的，每个模块直流侧电压均值和电容等效容抗的确定方法如下：式中：n为每相模块数。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法，与现有技术相比，采用薄膜电容，在不提升器件耐压的同时减小了直流侧电容的等效容值，为电容容值和电压均值的设计提供了一种定量的设计方法，本专利技术的技术方案与电力电子技术的研究奠定了基础，具有推广使用的价值。附图说明图1(a)为级联型静止无功补偿器结构示意图。图1(b)为级联型静止无功补偿器子模块结构示意图。图2为电容电压与级联型静止无功补偿器输出电压范围关系图(m＝1)。图3为电容电压最大值与电容阻抗关系图(zL*＝0.15)。图4(a)为静止无功补偿器补偿无功指令功率与实际输出无功功率仿真波形。图4(b)为静止无功补偿器三相电网电压仿真波形。图4(c)为静止无功补偿器三相输出电流仿真波形。图4(d)为静止无功补偿器各相直流侧电压仿真波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：本专利技术包括以下步骤：(1)将H桥级联型静止无功补偿装置每相等效为一个模块；(2)确定滤波电抗的值和等效模块稳定工作时直流侧电压允许的最大值；(3)由最小等效电容容值曲线确定等效模块直流侧电容的最小等效容抗值；(4)等效模块直流侧电容的等效容抗设计为最小等效容抗的0.85～0.98倍；(5)由最小等效电容容值曲线确定与等效容抗相对应的直流侧电压峰值；(6)确定等效模块直流侧电压均值的范围；(7)确定每相级联的模块数目，并确定每个模块直流侧电压均值的范围和电容等效容抗。具体的，步骤(3)(5)中最小等效电容容值曲线的解析关系如下：其中：为最小等效电容容值的标幺值，为等效模块直流侧电压峰值的标幺值，为滤波电抗的标幺值。具体的，步骤(6)中等效模块直流侧电压均值范围的解析关系如下：其中，式中，为等效模块采用电容为等效容抗时直流侧电压均值的标幺值，为等效模块采用电容为最小等效电容容抗时直流侧电压峰值的标幺值，为等效模块采用电容为等效容抗时直流侧电压峰值的标幺值，为等效模块采用电容的等效容抗标幺值，为等效模块直流侧电压均值的标幺值。具体的，每个模块直流侧电压均值和等效电容容抗的确定方法如下：式中：n为每相模块数下面对该专利技术的原理进行描述。图1为星型连接的H桥级联型静止无功补偿器(以下简称静止无功补偿器)主电路拓扑示意图。图中Ls近似为电网等效阻抗；isa、isb、isc分别为网侧三相电流；ia、ib、ic分别为静止无功补偿器三相输出电流；iLa、iLb、iLc分别为负载三相电流；usa、usb、usc分别为公共连接点(Pointofcommoncoupling,PCC)相对于N点的电压；L为滤波电抗电感值。由图1列写基尔霍夫电压方程可得其中，uxN为a、b、c点到N点的电压。忽略静止无功补偿器调制中开关动作产生的高频分量，仅对基波分量进行分析，式(1)的相量方程可表示为Usx＝jωLIx+UxN(x＝a,b,c)(2)其中，Usx、Ix、UxN分别表示usx、ix、uxN中基波分量的相量，ω为基波角频率。忽略装置损耗，静止无功补偿器运行时Ix滞后或超前Usx90°，故式(2)的有效值应满足UxN＝Usx±ωLIx(x＝a,b,c)(3)其中，Usx、Ix、UxN分别表示Usx、Ix、UxN有效值。式(3)为静止无功补偿器输出交流电压最大和最小值。为便于分析，将图1中静止无功补偿器每相N个模块等效为一个模块，并以A相为例对电容容值与脉宽调制输出范围的关系进行解析。采用单极倍频SPWM，设调制输出的参考电压为uref＝Usin(ωt)(4)式中U为参考电压幅值，则调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将H桥级联型静止无功补偿装置每相等效为一个模块；(2)确定滤波电抗的值和等效模块稳定工作时直流侧电压允许的最大值；(3)由最小等效电容容值曲线确定等效模块直流侧电容的最小等效容抗值；(4)等效模块直流侧电容的等效容抗设计为最小等效容抗的0.85～0.98倍；(5)由最小等效电容容值曲线确定与等效容抗相对应的直流侧电压峰值；(6)确定等效模块直流侧电压均值的范围；(7)确定每相级联的模块数目，并确定每个模块直流侧电压均值的范围和等效电容容抗。

【技术特征摘要】
1.一种静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将H桥级联型静止无功补偿装置每相等效为一个模块；(2)确定滤波电抗的值和等效模块稳定工作时直流侧电压允许的最大值；(3)由最小等效电容容值曲线确定等效模块直流侧电容的最小等效容抗值；(4)等效模块直流侧电容的等效容抗设计为最小等效容抗的0.85～0.98倍；(5)由最小等效电容容值曲线确定与等效容抗相对应的直流侧电压峰值；(6)确定等效模块直流侧电压均值的范围；(7)确定每相级联的模块数目，并确定每个模块直流侧电压均值的范围和等效电容容抗。2.根据权利要求1所述的静止无功补偿器直流侧电容容值与电压均值选取方法，其特征在于：步骤(3)(5)中最小等效电容容值曲线的解析关系如下：zCmin*=8(udcmax*-1-zL*)1+zL*≤udcmax*≤1+2zL*]]>其中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜少通，李玉东，谭兴国，赵铁英，杨明，冯高明，韦延方，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41