一种用于级联STATCOM的分层控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于级联STATCOM的分层控制方法，包括以下步骤：在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组；通过所述上层控制器将所初始参数组经由通信链路传输到用于控制级联STATCOM系统中的各个子模块的各个底层控制器；在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给各个子模块，以启动所述级联STATCOM系统进行工作，同时采集各个子模块被启动后输出的电压和电流；基于实时检测的电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输出。

A Hierarchical Control Method and System for Cascaded STATCOM

The invention discloses a hierarchical control method for cascaded STATCOM, which includes the following steps: generating an initial parameter group in the upper controller to start the cascaded STATCOM system; transmitting the initial parameter group through the upper controller to the bottom controller of each sub-module used to control the cascaded STATCOM system through the communication link; and In the controller, the initial PWM modulation signal is generated based on the received initial parameter group and sent to each sub-module in real time as control instruction to start the cascaded STATCOM system and collect the output voltage and current of each sub-module after being started. The value of voltage and current based on real-time detection is further calculated by control to obtain the real-time PWM modulation signal. PWM real-time modulation signal is used to control the voltage output of the corresponding connected sub-module.

【技术实现步骤摘要】
一种用于级联STATCOM的分层控制方法及系统
本专利技术涉及电力电子系统控制领域，具体说涉及一种用于级联STATCOM的分层控制方法及系统。
技术介绍
静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator，简称STATCOM)是一种典型的由电力电子器件组成的逆变器。其前端直流侧没有直流电源，仅依靠直流电容支撑直流侧电压。STATCOM通常应用于电力系统无功补偿场合，以维持电力系统的电压稳定性。在中高压电力系统中，由于单个电力电子器件的耐压和过流能力受限，通常采用模块化多电平技术。通过模块之间的级联来减少单个电力电子器件的开关应力。与传统钳位型多电平变换器相比，这种级联STATCOM具有各个子模块相互独立，易拓展，结构简单等优点，在中高压无功补偿领域得到了广泛应用。在中高压级联STATCOM中，各个子模块之间的协同控制是至关重要的。在现有的研究中，主要是通过集中式框架完成所有的控制目标。在这种情况下，需要一个集中式控制器来采集所有模块的输出电压电流信号、直流侧电容电压信号和并网侧大电网电压信号，并进行处理和给定参考信号，从而实现所有模块的电容电压均衡、模块间无功补偿均衡、电网电压频率同步。由于传输信号是交流周期信号，因此需要高带宽通信来完成。另外，由于采集信息量过大，尤其在一些特高压级联模块个数非常多的情况下，要求集中式控制器具备非常强大的处理能力，因此限制了现有级联STATCOM的应用规模。同时，由于一个集中式控制器管理所有子模块，当单个子模块存在通信丢包或延时，容易造成整个级联STATCOM的通信故障。由于单点故障问题的存在大大影响了整体系统的可靠性。为了克服集中式控制框架的问题，减少级联STATCOM对通信带宽的要求、降低对集中式处理器处理能力的过高要求、提高由于通信故障引发整体系统的可靠性等，亟需研究新颖的控制框架以提高级联STATCOM的灵活性和可靠性，从而推动级联STATCOM的应用规模并进一步降低其应用成本。
技术实现思路
针对上述提到的技术问题，本专利技术提供了一种级联STATCOM分层控制方法，所述控制方法包括以下步骤：在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组；通过所述上层控制器将所述初始参数经由通信链路传输到用于控制所述级联STATCOM系统中的各个子模块的各个底层控制器，其中，所述各个底层控制器与所述各个子模块对应连接；在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给所述各个子模块，以启动所述级联STATCOM系统进行工作，同时采集所述各个子模块被启动后输出的电压和电流；基于实时检测的所述电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用所述PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输出；在检测到所述子模块中的所述电压和电流出现异常情况时，自动切断所述子模块与所述系统的连接，并向所述上层控制器发送故障报告消息；所述上层控制器接收所述故障报告消息，重新产生初始参数组并通过通信链路传输给所述各个底层控制器，以重新分配所述级联STATCOM系统中剩余的各个STATCOM子模块所承担的电压输出。根据本专利技术的用于级联STATCOM的分层控制方法的一个实施例，优选的是，所述初始参数组中包括初始启动电压值、初始启动相角值和额定无功功率参考值。根据本专利技术的一个实施例，在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组中，还包括以下子步骤：基于所获取的电网上的电压幅值和相角值来生成所述初始启动电压值和初始启动相角值；基于全局系统优化调度分配来得到额定无功功率参考值。根据本专利技术的一个实施例，在产生PWM实时调制信号的步骤中，还包括以下子步骤：根据从所述子模块的后端输出采集的电压和电流计算出所述子模块的当前无功功率，以确定输出电压的相角参考值；根据从所述子模块的前端直流电容上采集的电压值和前端直流电容上的电压参考值计算出所述子模块的当前有功功率输出以确定输出电压的幅值参考值；将所述相角参考值与所述幅值参考值进行合成以得到要控制所述子模块输出的电压参考值；基于所述电压参考值获得所述底层控制器要发出的PWM实时调制信号。根据本专利技术的用于级联STATCOM的分层控制方法，优选的是，在根据从所述子模块的前端直流电容上采集的电压值和前端直流电容上的电压参考值计算出所述子模块的当前有功功率输出以确定输出电压的幅值参考值的步骤中，根据下式获得要控制的所述子模块的输出电压幅值：其中，Vi表述为第i个STATCOM模块的输出电压幅值参考值，V0是上层控制器提供的初始启动电压值，Vdci是第i个STATCOM模块的前端直流电容电压，V*dc是前端直流电容电压参考值，kp是一个正的控制增益，Vg是实时电网电压幅值，Vg*是额定状态下电网电压幅值，Nfew代表参与补偿电网电压波动的模块个数，一般取Nfew≈10％N～20％N，N代表所述STATCOM模块的级联个数。根据本专利技术的用于级联STATCOM的分层控制方法，在根据从所述子模块的后端输出采集的电压和电流计算出所述子模块的当前无功功率，以确定输出电压的相角参考值的步骤中，根据下式获得要控制的所述子模块的输出相角参考值：其中，ωi表示为第i个STATCOM模块的输出电压角频率参考值，ω*表示为电网的额定角频率，kq是一个正的控制增益，Q*是所述上层控制器提供的额定无功功率参考，Vi表述为第i个STATCOM模块的输出电压幅值参考值，V*是根据稳态分析得到的单个模块额定工作状态的输出电压幅值。在本专利技术的一个实施例中，优选的是，采用虚拟电阻或添加实际电阻将级联STATCOM的各个子模块与电网间的连接阻抗重塑成阻性特性，其中，阻性并网阻抗下的每个STATCOM模块的输出功率特性表示为：其中，Pi和Qi表示第i个STATCOM模块的输出有功功率和无功功率，|Zline|为并网阻抗模值，Vg和δg是电网的电压幅值和相角。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于控制级联STATCOM的系统，其特征在于，包括：上层控制器，其用以产生启动所述级联STATCOM系统的初始参数组，并将所述初始参数组通过通信方式传送；多个底层控制器，其与所述上层控制器通信连接并分别与级联STATCOM的各个子模块对应硬线连接，其用以：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给所述各个子模块，以启动所述级联STATCOM系统进行工作，同时采集所述各个子模块被启动后输出的电压和电流；基于实时检测的所述电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用所述PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输出；在检测到所述子模块中的所述电压和电流出现异常情况时，自动切断所述子模块与所述系统的连接，并向所述上层控制器发送故障报告消息；其中，所述上层控制器还包括故障处理单元，其用以接收所述故障报告消息，重新产生初始参数组并通过通信链路传输给所述各个底层控制器，以重新分配所述级联STATCOM系统中剩余的各个STATCOM子模块所承担的电压输出。根据本专利技术的用于控制级联STATCOM的系统，其特征在于，所述底层控制器包括：无功频率控制单元，其用以根据从所述子模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组；通过所述上层控制器将所述初始参数经由通信链路传输到用于控制所述级联STATCOM系统中的各个子模块的各个底层控制器，其中，所述各个底层控制器与所述各个子模块对应连接；在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给所述各个子模块，以启动所述级联STATCOM系统进行工作，同时采集所述各个子模块被启动后输出的电压和电流；基于实时检测的所述电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用所述PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输出；在检测到所述子模块中的所述电压和电流出现异常情况时，自动切断所述子模块与所述系统的连接，并向所述上层控制器发送故障报告消息；所述上层控制器接收所述故障报告消息，重新产生初始参数组并通过通信链路传输给所述各个底层控制器，以重新分配所述级联STATCOM系统中剩余的各个STATCOM子模块所承担的电压输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组；通过所述上层控制器将所述初始参数经由通信链路传输到用于控制所述级联STATCOM系统中的各个子模块的各个底层控制器，其中，所述各个底层控制器与所述各个子模块对应连接；在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给所述各个子模块，以启动所述级联STATCOM系统进行工作，同时采集所述各个子模块被启动后输出的电压和电流；基于实时检测的所述电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用所述PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输出；在检测到所述子模块中的所述电压和电流出现异常情况时，自动切断所述子模块与所述系统的连接，并向所述上层控制器发送故障报告消息；所述上层控制器接收所述故障报告消息，重新产生初始参数组并通过通信链路传输给所述各个底层控制器，以重新分配所述级联STATCOM系统中剩余的各个STATCOM子模块所承担的电压输出。2.如权利要求1所述的用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，所述初始参数组中包括初始启动电压值、初始启动相角值和额定无功功率参考值。3.如权利要求2所述的用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，在上层控制器中产生用以启动所述级联STATCOM系统的初始参数组中，还包括以下子步骤：基于所获取的电网上的电压幅值和相角值来生成所述初始启动电压值和初始启动相角值；基于全局系统优化调度分配来得到额定无功功率参考值。4.如权利要求3所述的用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，在产生PWM实时调制信号的步骤中，还包括以下子步骤：根据从所述子模块的后端输出采集的电压和电流计算出所述子模块的当前无功功率，以确定输出电压的相角参考值；根据从所述子模块的前端直流电容上采集的电压值和前端直流电容上的电压参考值计算出所述子模块的当前有功功率输出以确定输出电压的幅值参考值；将所述相角参考值与所述幅值参考值进行合成以得到要控制所述子模块输出的电压参考值；基于所述电压参考值获得所述底层控制器要发出的PWM实时调制信号。5.如权利要求4所述的用于级联STATCOM的分层控制方法，其特征在于，在根据从所述子模块的前端直流电容上采集的电压值和前端直流电容上的电压参考值计算出所述子模块的当前有功功率输出以确定输出电压的幅值参考值的步骤中，根据下式获得要控制的所述子模块的输出电压幅值：其中，Vi表述为第i个STATCOM模块的输出电压幅值参考值，V0是上层控制器提供的初始启动电压值，Vdci是第i个STATCOM模块的前端直流电容电压，V*dc是前端直流电容电压参考值，kp是一个正的控制增益，Vg是实时电网电压幅值，Vg*是额定状态下电网电压幅值，Nfew代表参与补偿电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙尧，侯小超，粟梅，韩华，柳张杰，施光泽，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43