储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法及逆变器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法及逆变器控制方法，储能型STATCOM包括：蓄电池组、DC/DC变换器、直流侧电容、DC/AC变换器、滤波器和控制器。在HVDC受端发生接地短路故障时，本发明专利技术可用于抑制因电压跌落导致的换相失败。蓄电池组作为储能环节，DC/DC变换器为直流侧电容提供稳定的直流电压，直流侧电容正常供电时，DC/AC变换器维持受端交流母线电压相对稳定。滤波器用于滤除输出电压电流中的高频谐波分量，储能型STATCOM经升压变压器、断路器和隔离开关接入受端换流母线。此外，本发明专利技术还提出了一种负序补偿控制方法，可以有效的补偿不对称故障引起的电压跌落。本发明专利技术可以应用于高压直流输电受端换流站，有效提升换相失败免疫能力。

Control method of energy storage STATCOM to suppress commutation failure and inverter control method

【技术实现步骤摘要】
储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法及逆变器控制方法
本专利技术涉及高压直流输电换相失败抑制领域，适用于利用储能型STACOM抑制因三相及单相电压跌落引起的换相失败。
技术介绍
电网换相换流器型高压直流输电(LCC-HVDC)采用的换流元件是不具备自关断能力的晶闸管，系统存在换相失败风险。连续换相失败减少了输送的有功功率，引起受端电网频率波动和无功功率的大量消耗，给受端交流系统的稳定运行带来威胁。采用STATCOM装置进行动态无功补偿，增大换相电压时间面积是抑制换相失败的一种可行措施。通常情况下，STATCOM的直流侧电容容值较大，电网故障时接入点电压发生幅值暂降，相位突变，STATCOM和系统间的无功交换受到影响，造成直流侧电容电压发生波动，使得输出的电压中存在较多谐波，反而不利于换相。储能型STATCOM通过储能环节弥补了STATCOM装置的自身损耗，具有比传统STATCOM更加稳定的直流侧，输出电压电流的畸变率更低，在交流电压跌落的情况下仍旧能提供稳定的无功输出。此外，传统STATCOM在进行不平衡补偿时需进行正负序分离后在正负序坐标系下分别控制，较为复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法及逆变器控制方法，有效抑制换相失败的发生。本专利技术所采用的技术方案是：一种储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法，适用于高压直流输电换相失败的抑制；储能型STATCOM系统包括蓄电池组、DC/DC变换器、直流侧电容、逆变器、输出滤波器和控制器；所述蓄电池组经DC/DC变换器连接到直流侧电容；所述逆变器与直流侧电容连接；所述滤波器与逆变器连接，所述控制器与驱动保护电路连接；所述驱动保护电路与所述DC/DC变换器，逆变器连接；所述控制器与采样电路连接；所述控制器主要由锁相环模块、低通滤波器模块、高通滤波器模块、dq变换及其反变换模块，电流内环解耦模块，PI控制模块和PR控制模块组成；该方法包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对蓄电池输出电流ibat、直流侧电容电压Udc、升压变压器一次侧三相电压ucx和逆变器输出三相电流iinvx进行采样；(x＝a,b,c)。2)将步骤1)中采样得到的升压变压器一次侧电压ucx送入PLL中，得到当前电压相位θc；3)DC/DC变换器将直流侧参考电压U*dc和直流侧电容电压Udc做差送入PI控制器，得到DC/DC变换器电流内环指令i*bat，i*bat与蓄电池输出电流ibat做差送入PI控制器，得到DC/DC变换器的驱动信号vdc；4)将步骤2)电压相位θc和ucx送入dq变换模块，得到电压dq轴分量ucd，ucq。将θc和iinvx送入dq变换模块得到逆变器输出电流的dq轴分量iinvd和iinvq。由电压dq轴分量可求得升压变压器一次侧电压有效值Urms，计算公式为：5)将逆变器的有功指令P*转化为d轴电流指令i*invd，具体计算公式如下：q轴电流指令i*invq由将升压变压器一次侧参考电压有效值U*rms与实际电压有效值Urms做差送入PI控制器得到。再将i*invd和i*invq和经过低通滤波的iinvd、iinvq送入电流内环解耦模块，得到uinvd1和uinvq1，具体计算公式如下。其中，ω为PLL输出的电网角频率，Lf为滤波电感，Kp，Ki为PI控制器参数：6)将步骤4)得到的逆变器输出电流的dq轴分量iinvd和iinvq进行高通滤波，得到频率为100Hz左右的逆变器输出电流负序分量i-invd和i-invq。将电流负序分量送入PR控制模块，得到uinvd2和uinvq2。7)将步骤5)和步骤6)的结果相加得到dq轴下的逆变器参考电压输出，即：8)将步骤7)所得uinvd和uinvq旋转变换到abc坐标系下，得到abc坐标系下的参考输出电压vinva，vinvb，vinvc，其计算公式如下：该参考输出电压再经比例缩放和限幅处理即得逆变器驱动信号。9)将步骤3)和步骤2)所得DC/DC变换器的驱动信号vdc和逆变器的驱动信号vinva，vinvb，vinvc传送至驱动保护电路，用来驱动DC/DC变换器和逆变器。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术提出采用储能环节来维持直流侧电容电压稳定，输出无功电流波形相比传统STATCOM畸变率更低，补偿效果更优。抗冲击负荷能力强，还可以起到削峰填谷的作用。在高压直流输电系统受端换流母线发生电压跌落时，能有效抑制换相失败的发生。同时，针对单相电压跌落情况，提出采用PR控制器控制负序输出电流，避免了同时在正负序旋转坐标系下进行控制，在实际控制器中实现起来更简便有效。附图说明图1为本专利技术一实施例储能型STATCOM结构示意图；图2为本专利技术一实施例储能型STATCOM控制器DC/AC部分框图；图3为本专利技术一实施例储能型STATCOM控制器DC/DC部分框图。具体实施方式图1为本专利技术一实施例储能型STATCOM结构示意图，包括蓄电池组、DC/DC变换器、直流侧电容、输出滤波器；所述蓄电池组经DC/DC变换器连接到直流侧电容；所述逆变器与直流侧电容连接；所述滤波器与逆变器连接，所述控制器与驱动保护电路连接；所述驱动保护电路与所述DC/DC变换器，逆变器连接；所述控制器与采样电路连接；控制系统包括控制器、采样电路和驱动保护电路。图2和图3为本专利技术一实施例储能型STATCOM抑制换相失败控制器框图，主要由锁相环模块、低通滤波器模块、高通滤波器模块、dq变换及其反变换模块，电流内环解耦模块，PI控制模块和PR控制模块组成，具体的控制方法包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对蓄电池输出电流ibat、直流侧电容电压Udc、升压变压器一次侧三相电压ucx(x＝a,b,c)和逆变器输出三相电流iinvx(x＝a,b,c)进行采样；2)将步骤1)中采样得到的升压变压器一次侧电压ucx(x＝a,b,c)送入PLL中，得到当前电压相位θc；3)DC/DC变换器将直流侧参考电压U*dc和直流侧电容电压Udc做差送入PI控制器，得到DC/DC变换器电流内环指令i*bat，i*bat与蓄电池输出电流ibat做差送入PI控制器，得到DC/DC变换器的驱动信号vdc；4)将步骤2)电压相位θc和ucx(x＝a,b,c)送入dq变换模块，得到电压dq轴分量ucd，ucq。同理得到逆变器输出电流的dq轴分量iinvd和iinvq。由电压dq轴分量可求得升压变压器一次侧电压有效值Urms，计算公式为：5)将逆变器的有功指令P*转化为d轴电流指令i*invd，具体计算公式如下：Q轴电流指令i*invq由将升压变压器一次侧参考电压有效值U*rms与实际电压有效值Urms做差送入PI控制器得到。再将i*in本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法，储能型STATCOM包括蓄电池组、DC/DC变换器、直流侧电容、逆变器、输出滤波器和控制器；所述蓄电池组经DC/DC变换器连接到直流侧电容；所述逆变器与直流侧电容连接；所述输出滤波器与逆变器连接，所述控制器与驱动保护电路、采样电路连接；所述驱动保护电路与所述DC/DC变换器、逆变器连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)在每个采样周期的起始点，对蓄电池组输出电流i

【技术特征摘要】
1.一种利用储能型STATCOM抑制换相失败的控制方法，储能型STATCOM包括蓄电池组、DC/DC变换器、直流侧电容、逆变器、输出滤波器和控制器；所述蓄电池组经DC/DC变换器连接到直流侧电容；所述逆变器与直流侧电容连接；所述输出滤波器与逆变器连接，所述控制器与驱动保护电路、采样电路连接；所述驱动保护电路与所述DC/DC变换器、逆变器连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)在每个采样周期的起始点，对蓄电池组输出电流ibat、直流侧电容电压Udc、升压变压器一次侧三相电压ucx和逆变器输出三相电流iinvx进行采样；x＝a,b,c；
2)将步骤1)中采样得到的升压变压器一次侧电压ucx送入PLL中，得到当前电压相位θc；
3)将直流侧参考电压U*dc和直流侧电容电压Udc做差，差值送入PI控制器，得到DC/DC变换器电流内环指令i*bat，i*bat与蓄电池组输出电流ibat做差送入PI控制器，得到DC/DC变换器的驱动信号vdc；
4)将当前电压相位θc和ucx送入dq变换模块，得到电压dq轴分量ucd，ucq，将θc和iinvx送入dq变换模块得到逆变器输出电流的dq轴分量iinvd和iinvq；由电压dq轴分量求得升压变压器一次侧电压有效值Urms；
5)将逆变器的有功指令P*转化为d轴电流指令i*invd，具体计算公式如下：



q轴电流指令i*invq由将升压变压器一次侧参考电压有效值U*rms与实际电压有效值Urms做差送入PI控制器得到；将i*invd、i*invq和经过低通滤波的iinvd、iinvq送入电流内环解耦模块，得到uinvd1和uinvq1，具体计算公式如下：



其中，ω为PLL输出的电网角频率，Lf为滤波电感，Kp，Ki为PI控制器参数：
6)将步骤4)得到的逆变器输出电流的dq轴分量iinvd和iinvq进行高通滤波，得到逆变器输出电流负序分量i-invd和i-invq；将电流负序分量送入PR控制器，得到uinvd2和uinvq2；
7)利用uinvd1和uinvq1、uinvd2和uinvq2得到dq轴下的逆变器参考电压输出uinvd、uinvq，即：



8)将步骤7)所得uinvd和uinvq旋转变换到abc坐标系下，得到abc坐标系下的参考输出电压vinva，vinvb，vinvc，其计算公式如下：



该参考输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，陈斌超，周小平，洪乐荣，夏海涛，刘一峰，朱仁龙，尹寒航，邓凌峰，舒钰成，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国家电网有限公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43