基于均压电容的链式STATCOM直流侧电压控制方法及控制电路，包括三相星形连接逆变器、均压电容、n个双向开关器件、传感器和微处理器；传感器检测三相逆变器各个逆变电路模块的输出电压，并输出至微处理器，微处理器控制n个双向开关器件的导通与关断，直至每相的直流侧电容电压平衡。本发明专利技术通过附加小容量的辅助电路，实现对链式STATCOM各直流侧电容的能量进行重新分配，使其电容电压保持稳定和均衡，有效且可靠地解决了限制该结构STATCOM在高压大容量场合使用的关键问题，从而简化了控制程序和调节器设计，大大提高了系统的可靠性，显著地降低了均压控制的成本，从而促使链式STATCOM可靠地应用于中高压大容量电力装备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电能质量治理研究领域，特别涉及中高压的链式STATCOM的直流侧电压控制方法及控制电路。
技术介绍
链式STATCOM具有电平数量多、谐波含量小、无源器件小、扩展性能好等显著优势；在输配电系统中发挥着补偿无功，提高系统电压的稳定性，改善系统的运行性能等重要作用，是解决高压大容量领域电能质量问题的有效手段，是柔性交流输电系统(FlexibleAC Transmission System, FACTS)的核心技术之一。 链式STATCOM的优良性能与现有的系统控制策略都是建立在每个功率模块具有完美的一致性的基础之上的，这就要求每个功率模块必须具有一致的直流侧电压。但实际系统中，由于开关器件的寄生参数、工作状态等的差异性，不同功率模块需要吸收或发出的有功功率会有所不同，因此就会出现部分模块的直流侧电压跌落较快，另外一部分模块的直流侧电压降低较慢，即直流侧电压不平衡现象。因此，必须附加额外的控制来保障直流侧电压稳定而不跌落，且直流侧电压始终保持相等。直流侧电压不均衡的原因归纳起来主要有两方面一是模块参数的不一致性；二是功率单元工作状态的不一致性，此两种原因导致了功率单元消耗能量且耗能的数量不一致。现有的直流侧电压控制策略也可以分为两大类第一类是硬件方法，基本思想是通过硬件电路来补给直流侧电容消耗的能量。已见诸报道的方法有并联电阻法、交流母线能量交换法、直流母线能量交换法等，这一类方法使用的硬件电路主要有PWM整流电路、二极管整流桥、逆变器和隔离变压器的组合，不同方法之间的差异主要体现在电路拓扑、能量来源以及能量流动的路径，其中最经典的方法是使用移相多绕组变压器加二极管整流器方案，它是目前直流侧电容电压控制的主流方法。硬件方法均压、稳压的效果很好，但成本高、体积大、效率低且不便于扩展。部分硬件的设计困难、生产不便、控制复杂，而且还会导致装置的功率因数变低。第二类是软件方法，采用闭环控制思想，对功率模块的直流侧电压进行测量，根据电压或者功率的偏差进行PI调节，从而获取功率模块的驱动信号。这种方法对硬件的依赖较小，仅需传感器检测电压、电流信号，成本低、体积小。但PI调节器设计、调试复杂。随着功率模块数量的增加，PI控制环随之增加，使得常常需要凭借调试经验才能完成的PI参数设计无法完成。并且各控制环之间的耦合复杂度也随模块数量的增加而急剧增加，系统调试困难，可靠性很差，限制了系统的扩展。因此，在实际装置中的应用还很少。此外，软件方法的实质是调节了每个功率模块的脉冲宽度或者相角，也就是改变了 CPS-SPWM调制方法的输出脉冲信号。改变脉冲宽度或者相角使得CMI输出电压波形变得不对称，引入了更多的谐波；当功率模块数很多、不一致性差异越大的时候，这种方法引入的谐波频率会越低，相角的调节范围也越小，因此可应用的范围很有限。本专利技术结合了硬件方法效果优异、软件方法成本低廉等优点，采用均压电容与分层控制思想复合使用的链式STATCOM直流侧电压控制策略。该方案只需要添加小容量的辅助电路，配合简单的控制程序即可实现各直流侧电容电压的稳定、均衡，省去了大量的高精度检测元件，而无需复杂、脆弱的电压闭环控制，从而简化了控制程序和调节器设计，大大提高了系统的可靠性和易实现性，显著地降低了电压均衡控制的成本，从而促使链式STATCOM可靠地应用于中高压大容量电力装备。以下给出检索的相关文献[I]刘文华，宋强，滕乐天.基于链式逆变器的50MVA静止同步补偿器的直流侧电压平衡控制[J].中国电机工程学报.2004，24 (4) =145-150.[2]魏文辉.链式止同步补偿器的主电路及动态控制策略的研究[D].清华大学博士学位论文，2004. [3]许胜.基于四象限双H桥变流器级联型大容量DSTATC0M关键技术的研究[D].东南大学博士学位论文，2009.[4]戴河，陈晶晶，宫力 采用多DSP的级联型DSTATC0M分散控制策略[J].高电压技术.2010,36 (11) =2821-2826.[5]邱燕慧.串联多电平电能质量控制器直流侧电压控制方法的研究.[D]西安交通大学硕士学位论文，2010.[6]刘钊，刘邦银，段善旭.链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制[J].中国电机工程学报.2009，29 (30) 7-12.[7]Chen Junling, Yin Zhizhu, Wang Ping et al. Capacitor voltage balancingcontrol of cascaded multilevel inverter for high-power active power filters[C].Proceedings of the 2008 IEEE DRPT, 2008:1683-1687.[8] Fu ji i K, De Doncker R ff. A Novel DC-I ink Voltage Control ofPffM-Switched Cascade Cell Multi-Level Inverter Applied to STATCOM[C].Proceedings of the 2005IEEE IAS, 2005. 961-967.[9]Yanhui Qiu, Yingjie He, Ji njun Liu, Fang Zhuo. A DC Voltage ControlMethod of Cascaded H-bridge Inverter for Power Quality Conditioner[C]. ISIE2010, Bari.[10]Yingjie He, Yanhui Qiu, Jinjun Liu, Fang Zhuo. A Comprenhensive Studyof Voltage Balancing Problem of Cascaded H-bridge Inverter for Power QualityConditioner[C], Proc. of IEEE IPEC2010.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于均压电容与分层控制思想复合使用的链式STATCOM直流侧电容电压控制策略。该方案只需要添加小容量的辅助电路，配合简单的控制程序即可实现各直流侧电容电压的稳定、均衡，从而完全省去复杂的电压闭环控制，显著降低均压控制的硬件成本，可靠地控制链式STATCOM各功率模块直流侧电容电压，使其稳定、均衡，确保系统在高压大容量用电环境下高效、可靠地工作。下面从拓扑设计和控制实现两方面进行阐述I)拓扑设计三相链式结构逆变器，通过三个进线电感与三相电网相接；逆变器各相由n个拥有独立直流侧电容的2H桥逆变电路模块串联构成，模块数量n根据电网电压等级确定，一般取n > em/ud。，其中em为电网电压幅值，Udc为每个功率模块的直流侧电容电压期望值；每相各使用I个均压电容，大小与功率模块的直流侧电容相近，用来在各功率模块的直流侧上搬移不平衡的能量，使各模块的直流侧电容电压达到平衡状态；3 X 2 X n个双向开关器件，用于控制连接均压电容与各个独立的2H桥逆变电路模块直流侧电容。2)控制实现 a)通过电流传感器检测补偿对象的三相负载电流；本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于均压电容的链式STATCOM直流侧电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)拓扑设计：三相星形连接逆变器，通过三个进线电感与三相电网相接；逆变器各相由n个拥有独立直流侧电容的2H桥逆变电路模块串联构成；每相各使用1个均压电容，其两端通过双向开关器件与n个所述逆变电路模块的直流侧电容两端均分别连接，通过双向开关器件控制其与n个所述直流侧电容的导通与关断；2)控制实现：a）通过电流传感器检测补偿对象的三相负载电流；b）对检测的负载电流进行瞬时无功变换，得到需要补偿的各相电流成分；c）通过锁相环节运算得到三相电网电压的相位信息，并将其与预定幅值相乘得到基波有功电流成分；d）将以上b）和c）得到的电流成分相叠加作为最终的控制指令，控制三相逆变器的输出电流；e）生成所述双向开关器件的驱动信号，以轮换连接均压电容与直流侧电容，使不平衡的能量在各功率模块的直流侧电容之间重新分配，直至每相的直流侧电容电压平衡。
【技术特征摘要】
1.基于均压电容的链式STATCOM直流侧电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤 1)拓扑设计 三相星形连接逆变器，通过三个进线电感与三相电网相接；逆变器各相由n个拥有独立直流侧电容的2H桥逆变电路模块串联构成；每相各使用I个均压电容，其两端通过双向开关器件与n个所述逆变电路模块的直流侧电容两端均分别连接，通过双向开关器件控制其与n个所述直流侧电容的导通与关断； 2)控制实现 a)通过电流传感器检测补偿对象的三相负载电流； b)对检测的负载电流进行瞬时无功变换，得到需要补偿的各相电流成分； c)通过锁相环节运算得到三相电网电压的相位信息，并将其与预定幅值相乘得到基波有功电流成分； d)将以上b)和c)得到的电流成分相叠加作为最终的控制指令，控制三相逆变器的输出电流； e)生成所述双向开关器件的驱动信号，以轮换连接均压电容与直流侧电容，使不平衡的能量在各功率模块的直流侧电容之间重新分配，直至每相的直流侧电容电压平衡。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于e)中所述电压平衡是指各个直流侧电容的电压基本相等、或者两两电压偏移量Au在规定的范围内。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于通过等时遍历法或者最值比较法来生成所述双向开关器件的驱动信号。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：卓放，熊连松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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