基于双频回路的级联制造技术

本发明专利技术提出一种基于双频回路的级联

【技术实现步骤摘要】
基于双频回路的级联STATCOM在电网不平衡下的参数设计及控制方法


[0001]本专利技术属于高压大功率电力电子
，涉及一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计及控制方法
。

技术介绍

[0002]近年来，光伏和风力发电等分布式能源的大规模接入对电力系统的安全稳定运行造成影响，而级联
STATCOM
具有模块化，扩展能力强的特点，在电力系统中对于改善电能质量，增强电力系统稳定性上具有明显优势
。
[0003]然而当电网电压不平衡时，级联
STATCOM
相间会产生不平衡有功功率，进而导致三相级联子模块直流电压不平衡
。
针对不平衡工况下进行无功补偿产生的直流电压不平衡的问题，一般采用零序电压注入的方式以重新分配三相级联模块的有功功率，实现直流电压平衡
。
但这种方式的不平衡补偿能力有限，随着电网电压不平衡程度加深，所需零序电压幅值增长过快，很容易超出系统调制范围
。
基于双频回路的级联
STATCOM
，通过相间
RLC
谐振回路传输不平衡功率，可以保证补偿器在较高电网电压不平衡度的情况下稳定运行
。
本专利技术提出一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计及控制方法
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提出基于双频回路的级联
STATCOM<br/>提供参数设计方法，为这种类型的静止无功补偿器的设计和制造提供理论依据；提出在控制回路中加入移相角前馈控制以实现系统在电网不平衡下的快速响应
。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：基于双频回路的级联
STATCOM
，包括三相级联
H
桥变流器
、
三相并网电感
、RLC
谐振电路
。
所述三相级联
H
桥变流器采用星型连接方式，通过三相并网电感接入电网
。
三相变流器每相链节包含若干个功率单元子模块，且每个功率单元子模块为一个
H
桥全桥功率模块并联一个电容
。
所述
RLC
谐振电路有两组，分别接入
AB
两相与
BC
两相之间，且谐振电路位于并网电感靠近变流器的一侧
。
[0006]基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，设计参数包括三相并网电感
L
f
，谐振电路电阻
R
r
，谐振电路电感
L
r
，谐振电路电容
C
r
，系统开关频率
ω
s
，谐振量谐振频率
ω
r
以及谐振电路阻抗角
θ
r
。
[0007]具体的，所述参数设计步骤如下：
[0008]首先确定电路设计指标，包括系统直流侧电压，电网电压以及频率，级联
STATCOM
补偿容量，电网不平衡度等；
[0009]根据约束1确定谐振频率
ω
r
与开关频率
ω
s
，所述约束1为频率约束，其具体为：
[0010]ω
f
＜＜
ω
r
＜＜
ω
s
[0011]其中，
ω
f
为基波频率，上式不等关系一般取
10
倍～
15
倍关系
。
[0012]根据约束2以及约束3确定并网电感
L
f
的上下限，并根据系统要求确定
L
f
取值，所述
约束2为电流纹波约束，其具体为：
[0013][0014]其中，
L
f
为并网电感；
Δ
I
为电流纹波；
V
dc
为直流侧总电压；
f
s
为变换器开关频率；
Δ
I
max
为设计允许电流纹波最大值
。
[0015]所述约束3为
PWM
调制度约束，其具体为：
[0016][0017]其中，
E
为网侧交流电压幅值；
I
为并网电流幅值；
M
f
，
M
r
分别为基频分量调制度和谐振分量调制度
。
[0018]所述基频分量调制度
M
f
和谐振分量调制度
M
r
具体为：
[0019][0020]其中，
V
f
为基频调制电压幅值，
V
r
为谐振电压幅值
。
[0021]根据约束4确定谐振电路电阻
R
r
取值，所述约束4为电阻损耗约束，其具体为：
[0022][0023]其中，
loss
r
代表谐振电路电阻损耗导致的系统效率下降比例，
loss
rmax
代表设计允许的谐振电路电阻损耗导致系统效率降低的最大值，
P
rloss
代表谐振电路电阻产生的有功功率损耗，
S
为系统无功补偿容量
。
[0024]验证
R
r
取值是否满足条件1，若不满足，重新进行并网电感
L
f
以及谐振电路电阻
R
r
的设计，若满足条件1则根据谐振电路相间最大传输功率平均值确定谐振电路最优阻抗角
θ
rp
取值；
[0025]所述条件1为阻抗匹配条件，其具体为：
[0026][0027]根据谐振电路最优阻抗角
θ
rp
得到关系式1，然后根据关系式1确定谐振电路总阻抗
Z
r
取值；
[0028]所述最优阻抗角
θ
rp
，其具体计算过程为：
[0029]计算谐振量在相间最大可以传输的功率平均值
Δ
P
adjmax
：
[0030][0031]其中，
I
r
为谐振电流幅值，
V
r
为谐振电压幅值，
θ
r
为谐振电路阻抗角
。
[0032]为了尽可能大的传输相间功率，上式对
θ
r
求偏导，得到最优阻抗角
θ
rp
。
最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述参数包括三相并网电感
L
f
，谐振电路电阻
R
r
，谐振电路电感
L
r
，谐振电路电容
C
r
，系统开关频率
ω
s
，谐振量谐振频率
ω
r
以及谐振电路阻抗角
θ
r
。2.
根据权利要求1所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述基于双频回路的级联
STATCOM
包括：三相级联
H
桥变流器和
RLC
谐振电路
。
其中三相级联
H
桥变流器采用星型连接方式，
RLC
谐振电路设置在
AB
两相和
BC
两相之间，然后通过三相并网电感接入电网
。3.
根据权利要求1所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，具体设计步骤如下：确定电路设计指标，包括系统直流侧电压，电网电压以及频率，级联
STATCOM
补偿容量，电网不平衡度等；根据约束1确定谐振频率
ω
r
与开关频率
ω
s
；根据约束2以及约束3确定并网电感
L
f
的上下限，并根据系统要求确定
L
f
取值；根据约束4确定谐振电路电阻
R
r
取值；验证
R
r
取值是否满足条件1，若不满足，重新进行并网电感
L
f
以及谐振电路电阻
R
r
的设计，若满足条件1则根据谐振电路相间最大传输功率平均值确定谐振电路最优阻抗角
θ
rp
取值；根据谐振电路最优阻抗角
θ
rp
得到关系式1，然后根据关系式1确定谐振电路总阻抗
Z
r
取值；验证
Z
r
取值是否满足条件2，若不满足，则重新进行谐振电路电阻
R
r
的设计，若满足条件2则根据条件1确定谐振电路电容
C
r
取值；根据关系式1确定谐振电路电感
L
r
的取值；验证谐振电路电感
L
r
是否满足条件3，若满足则参数设计完成，若不满足则重新对谐振电路电容
C
r
进行取值，然后重复谐振电路电感
L
r
的设计
。4.
根据权利要求3所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述约束1为频率约束，其具体为：
ω
f
＜＜
ω
r
＜＜
ω
s
其中，
ω
f
为基波频率，上式不等关系一般取
10
倍～
15
倍关系
。5.
根据权利要求3所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述约束2为电流纹波约束，其具体为：其中，
L
f
为并网电感；
Δ
I
为电流纹波；
V
dc
为直流侧总电压；
f
s
为变换器开关频率
。
所述约束3为
PWM
调制度约束，其具体为：其中，
E
为网侧交流电压幅值；
I
为并网电流幅值；
M
f
，
M
r
分别为基频分量调制度和谐振分量调制度，
M
r
一般不超过
20
％
。
所述基频分量调制度
M
f
和谐振分量调制度
M
r
具体为：其中，
V
f
为基频调制电压幅值，
V
r
为谐振电压幅值
。6.
根据权利要求3所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述约束4为电阻损耗约束，其具体为：其中，
loss
r
代表谐振电路电阻损耗导致的系统效率下降比例，
loss
rmax
代表设计允许的谐振电路电阻损耗导致系统效率降低的最大值，
P
rloss
代表谐振电路电阻产生的有功功率损耗，
S
为系统无功补偿容量
。7.
根据权利要求3所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述条件1为阻抗匹配条件，其具体为：
8.
根据权利要求3所述的一种基于双频回路的级联
STATCOM
在电网不平衡下的参数设计方法，其特征在于，所述谐振电路最优阻抗角
θ
rp
具体计算过程为：计算谐振量在相间最大可以传输的功率平均值
Δ
P
adjmax
：其中，
I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：季振东，刘卫龙，许光强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：