静止无功补偿器及基于模型预测的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种静止无功补偿器及基于模型预测的控制方法，基于静止无功补偿器的改进拓扑，基于模型预测的控制方法在获取到静止无功补偿器中任一功率子模块的直流侧和交流侧的电参数后，根据电参数预测功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数，并根据开关系数控制H桥的桥臂开关。基于此，基于与传统静止无功补偿器不同的电路结构，通过基于模型预测的控制方法进行线性控制，避免了静止无功补偿器中交流测与直流侧线性叠加造成的过调制问题。交流测与直流侧线性叠加造成的过调制问题。交流测与直流侧线性叠加造成的过调制问题。

【技术实现步骤摘要】
静止无功补偿器及基于模型预测的控制方法


[0001]本专利技术涉及高压配电网
，特别是涉及一种静止无功补偿器及基于模型预测的控制方法。

技术介绍

[0002]越来越多的高新产业与高附加值行业的出现，对电能质量提出了更高的要求，优质电力园区是针对区域性高品质供电问题的有效解决方案。一旦配电网的馈线上出现短路中断和暂降，将会造成重大经济损失。
[0003]基于双回路供电和多种电能质量治理装置配合运行的拓扑，需由固态切换开关控制两路晶闸管投切，实现主备电源的切换，从而解决电压跌落和中断问题。但其晶闸管投切时间较长，约20ms左右，在此过程中负载供电将出现短时中断，给敏感用户造成损失。基于配电网馈线互联的静态无功补偿器可避免常规开关倒闸操作引起的供电中断，还能缓解电压骤降，谐波等现象，对正常运行时的电能质量进行改善。然而，传统的静态无功补偿器需要较多开关管，提高了静止无功补偿器的成本。而改变传统静态无功补偿器的开关管设计，则会改变对传统静态无功补偿器的信号调制方式，叠加的直流调制信号会使整体调制信号的峰值增加，导致传统静态无功补偿器使用的线性控制方法无法满足其控制需求。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对传统静止无功补偿器结构还存在的不足，提供一种静止无功补偿器及基于模型预测的控制方法。
[0005]一种静止无功补偿器，包括多个级联的功率子模块：
[0006]功率子模块包括：
[0007]由四个桥式开关构成的H桥；
[0008]第一电感；
[0009]第二电感；
[0010]超级电容，一端通过第一电感连接H桥的上桥臂公共端，另一端通过第二电感连接H桥的下桥臂公共端；
[0011]其中，一功率子模块的下桥臂公共端连接下一功率子模块的上桥臂公共端以构成级联结构。
[0012]上述的静止无功补偿器，包括多个级联的功率子模块，各功率子模块包括由四个桥式开关构成的H桥、第一电感、第二电感和超级电容。其中，一功率子模块的下桥臂公共端连接下一功率子模块的上桥臂公共端以构成级联结构；超级电容一端通过第一电感连接H桥的上桥臂公共端，另一端通过第二电感连接H桥的下桥臂公共端。基于此，通过第一电感和第二电感构成升降压变换器，节省开关的使用以降低成本并提升可靠性。同时，通过控制H桥桥式开关既可实现超级电容的充放电，又可实现使H桥输出交流电压方波。直流侧通过调整H桥的占空比可对升降压变换器传输的能量进行控制；还可通过控制各功率子模块的
移相角，以控制静态无功补偿器输出的电压，并最大程度消除谐波。
[0013]在其中一个实施例中，功率子模块还包括：
[0014]直流链电容，一端连接H桥的电源电压端，另一端连接H桥的接地端。
[0015]在其中一个实施例中，桥式开关包括IGBT。
[0016]一种电压暂降处理装置，包括：
[0017]主电源，连接第一馈线；
[0018]备用电源，连接第二馈线；
[0019]静止无功补偿器，一端连接交流母线的对应相，另一端用于接地；
[0020]第一受控开关，一端连接第一馈线的对应相，另一端连接交流母线的对应相；
[0021]第二受控开关；一端连接第二馈线的对应相，另一端连接交流母线的对应相。
[0022]上述的电压暂降处理装置，基于静止无功补偿器的特性，通过第一受控开关与第二受控开关的通断控制，实现交流母线的电源切换，以主电源、备用电源或静止无功补偿器作为交流母线的电源，保证交流母线对所带负载的供电稳定。
[0023]在其中一个实施例中，第一受控开关包括多相第一晶闸管开关；
[0024]第一晶闸管开关包括：
[0025]一组反并联晶闸管，一侧用于连接第一馈线的对应相，另一侧用于连接交流母线的对应相。
[0026]在其中一个实施例中，第二受控开关包括多相第二晶闸管开关；
[0027]第二晶闸管开关包括：
[0028]一组反并联晶闸管，一侧用于连接第二馈线的对应相，另一侧用于连接交流母线的对应相。
[0029]在其中一个实施例中，第一晶闸管开关或第二晶闸管开关还包括：
[0030]均压电路，连接反并联晶闸管。
[0031]在其中一个实施例中，还包括：
[0032]连接电抗器；
[0033]其中，静止无功补偿器通过连接电抗器连接交流母线的对应相。
[0034]一种基于模型预测的控制方法，应用于如上述任一实施例的静止无功补偿器，包括步骤：
[0035]获取静止无功补偿器中任一功率子模块的直流侧和交流侧的电参数；
[0036]根据电参数预测功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数；
[0037]根据开关系数控制H桥的桥臂开关。
[0038]上述的基于模型预测的控制方法，在获取到静止无功补偿器中任一功率子模块的直流侧和交流侧的电参数后，根据电参数预测功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数，并根据开关系数控制H桥的桥臂开关。基于此，基于与传统静止无功补偿器不同的电路结构，通过基于模型预测的控制方法进行线性控制，避免了静止无功补偿器中交流测与直流侧线性叠加造成的过调制问题。
[0039]在其中一个实施例中，电参数包括功率子模块的有功功率、无功功率、直流侧功率、直流侧电阻、直流侧电感、直流侧电流、直流侧电压、交流侧功率、交流侧电阻、交流侧电流、交流侧电感和交流侧电压；
[0040]根据电参数预测功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数的过程，包括步骤：
[0041]根据有功功率、无功功率、直流侧功率、交流侧功率、交流侧电压和直流侧电压，计算交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值；
[0042]将直流侧电压、交流侧电流、直流侧电流、交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值代入预设成本函数，获得收敛的直流链电容电压、超级电容电流和交流端口电流；
[0043]根据直流链电容电压、超级电容电流、交流端口电流、直流侧电压、直流侧电阻、直流侧电感、直流侧电流交流侧电阻、交流侧电感、交流侧电流和超级电容计算开关系数。
[0044]在其中一个实施例中，根据有功功率、无功功率、直流侧功率、交流侧功率、交流侧电压和直流侧电压，计算交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值的过程，如下式：
[0045][0046]其中，表示有功功率，表示无功功率，P
dc1
表示直流侧功率，表示交流侧功率，v
ac
表示交流侧电压，v
dc2
表示直流侧电压，表示交流端口电流参考值，表示超级电容端口电流参考值。
[0047]在其中一个实施例中，将直流侧电压、交流侧电流、直流侧电流、交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值代入预设成本函数，获得收敛的直流链电容电压、超级电容电流和交流端口电流的过程，如下式：
[0048][0049]其中，v
dc1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静止无功补偿器，其特征在于，包括多个级联的功率子模块：所述功率子模块包括：由四个桥式开关构成的H桥；第一电感；第二电感；超级电容，一端通过所述第一电感连接所述H桥的上桥臂公共端，另一端通过所述第二电感连接所述H桥的下桥臂公共端；直流链电容，一端连接所述H桥的电源电压端，另一端连接所述H桥的接地端；其中，一功率子模块的下桥臂公共端连接下一功率子模块的上桥臂公共端以构成级联结构。2.一种电压暂降处理装置，其特征在于，包括：主电源，连接第一馈线；备用电源，连接第二馈线；静止无功补偿器，一端连接交流母线的对应相，另一端用于接地；第一受控开关，一端连接第一馈线的对应相，另一端连接交流母线的对应相；第二受控开关；一端连接第二馈线的对应相，另一端连接交流母线的对应相。3.一种基于模型预测的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1或权利要求2所述的静止无功补偿器，包括步骤：获取所述静止无功补偿器中任一功率子模块的直流侧和交流侧的电参数；根据所述电参数预测所述功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数；根据所述开关系数控制所述H桥的桥臂开关。4.根据权利要求3所述的基于模型预测的控制方法，其特征在于，所述电参数包括所述功率子模块的有功功率、无功功率、直流侧功率、直流侧电阻、直流侧电感、直流侧电流、直流侧电压、交流侧功率、交流侧电阻、交流侧电流、交流侧电感和交流侧电压；所述根据所述电参数预测所述功率子模块中H桥的两个桥臂开关的开关系数的过程，包括步骤：根据所述有功功率、所述无功功率、所述直流侧功率、所述交流侧功率、所述交流侧电压和所述直流侧电压，计算交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值；将所述直流侧电压、所述交流侧电流、所述直流侧电流、所述交流端口电流参考值和所述超级电容端口电流参考值代入预设成本函数，获得收敛的直流链电容电压、超级电容电流和交流端口电流；根据所述直流链电容电压、所述超级电容电流、所述交流端口电流、所述直流侧电压、所述直流侧电阻、所述直流侧电感、所述直流侧电流所述交流侧电阻、所述交流侧电感、所述交流侧电流和超级电容计算所述开关系数。5.根据权利要求4所述的基于模型预测的控制方法，其特征在于，所述根据所述有功功率、所述无功功率、所述直流侧功率、所述交流侧功率、所述交流侧电压和所述直流侧电压，计算交流端口电流参考值和超级电容端口电流参考值的过程，如下式：
其中，表示所述有功功率，表示所述无功功率，P
dc1
表示所述直流侧功率，表示所述交流侧功率，v
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马智远，莫文雄，王勇，许中，栾乐，周凯，徐硕，张群峰，伍衡，熊俊，叶志峰，肖天为，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：