专利名称：一种基于盘型电抗器的statcom及控制方法
技术领域：
本发明涉及无功补偿领域，具体涉及ー种基于盘型电抗器的STATC0M，还涉及ー种基于盘型电抗器的STATCOM的控制方法，适用于三相电网的无功补偿。
背景技术：
随着现代エ业的高速发展，大功率电カ电子装置、电弧炉等非线性负载得到了广泛应用，同时也给电网带来了越来越严重的无功问题和谐波污染，使电网电压和电流波形发生畸变，电能质量下降并威胁电网的安全。所以，柔性交流输电系统对现代人类社会的发展具有十分重要的意义，而SVC(Static Vat Compensator)和STATCOM(STATicsynchronous COMpensator)是柔性交流输电系统的基础技术和关键设备。现代STATCOM (STATic synchronous COMpensator)的主电路拓扑多米用链式结 构，用IGBT (或IGCT、IEGT)组成全桥整流逆变的链接单元，用多个链接单元组成链接串，将三个链接串分别与三个连接电抗器串联后按三角形(或星形)连接，再接至电网，用以向电网注入无功补偿和谐波抑制电流。连接电抗器STATCOM (STATic synchronousCOMpensator)中的关键部件，传统的连接电抗器多采用以下两种形式一种是空心电抗器，这种连接电抗器的体积、重量都很大，耗用大量的有色金属铝或铜，且在工作时产生很严重的电磁污染；另ー种连接电抗器是采用开有机械气隙的铁芯电抗器，这种连接电抗器的震动和噪音都很大，而且其电感L的线性度也不好。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于盘型电抗器的STATC0M，还提供的一种基于盘型电抗器的STATCOM的控制方法，该装置体积小，重量轻，成本低，运行震动和噪音小，线性度好。为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施一种基于盘型电抗器的STATCOM,包括信号采集及处理模块，用于实时采集三相电网的电压电流信息、STATCOM交流侧输出电流信息和STATCOM直流侧电压信息；主控模块，用于通过对信号采集及处理模块采集到的信号进行运算获得CPS-SPWM触发信号；驱动模块，用于根据CPS-SPWM触发信号产生驱动功率转换模块的触发驱动脉冲；功率转换模块，用于根据触发驱动脉冲生成三相链接串电压；以及盘型电抗器模块，用于在三相链接串电压作用下生成无功补偿电流。如上所述的盘型电抗器模块为三个单相盘型电抗器或ー个三相盘型电抗器。如上所述的单相盘型电抗器包括铁芯和由扁平绝缘导体盘绕而成的盘状线圈，铁芯设置有矩形气隙孔，铁芯由硅钢片叠紧并焊接而成，硅钢片为一次成形或者由子硅钢片拼接而成，盘状线圈设置在铁芯的矩形气隙孔内，盘状线圈的直径与铁芯的矩形气隙孔的长度适配，盘状线圈的厚度与铁芯的矩形气隙孔的宽度适配。如上所述的矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接。如上所述的三相盘型电抗器包括由开设有第一矩形气隙孔、第二矩形气隙孔、第三矩形气隙孔的铁芯和由扁平绝缘导体盘绕而成的盘状线圈，铁芯由硅钢片叠紧并焊接而成，硅钢片由子硅钢片拼接而成；第一矩形气隙孔、第二矩形气隙孔和第三矩形气隙孔内均设置有盘状线圈，第一矩形气隙孔的长度、第二矩形气隙孔的长度和第三矩形气隙孔的长度均与盘状线圈的直径适配，第一矩形气隙孔的宽度、第二矩形气隙孔的宽度和第三矩形气隙孔的宽度均与盘状线圈的厚度适配。如上所述的第一矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在第一矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接；第二矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在第 ニ矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联；第三矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圏，设置在第三矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接。如上所述的功率转换模块包括A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块，A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块均由至少2个链接単元串联构成，链接単元包括由IGBT或IGCT或IEGT构成的全桥电路和设置在链接单元直流侧的直流电容器。如上所述的A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块分别与盘型电抗器模块中对应的三相串联后构成三角形或者星形连接到三相电网。一种基于盘型电抗器的STATCOM的控制方法，包括以下步骤步骤I、实时提取三相电网相电流Isa、Isb和Is。，对其进行处理并实施abc/dqo坐标变换，得出dq坐标下的电网无功电流I〗，并将电网无功电流^作为指令电流；步骤2、设置STATCOM中一个链接串中的各个链接单元的直流侧电压和的目标值 和提取该链接串中的各个链接単元直流侧实际电压和vd。，并通过直流侧电压调节器得
到有功指令电流步骤3、从STATCOM的交流侧提取STATCOM输出的三相补偿电流Iea、Icb和I。。，对三相补偿电流ImUc*和Icc进行abc/dqo坐标变换，得到STATCOM在dq坐标下的有功电流Id、无功电流Iq ;步骤4、提取三相电网电压信号Vsa、Vsb和Vs。，并经数字锁相环后得到abc/dqo坐标变换所需0角信号，通过abc/dqo坐标变换获取dq坐标下的电网电压的有功分量Vsd ;步骤5、根据Iq' G、Id、Iq、Vsd和0角信号生成STATCOM所需的在dq坐标下的输出有功电圧Vd无功电压Vも、调制比M和相位控制角5 ；步骤6、通过调制比M和相位控制角5生成PWM调制波和移相三角载波，并根据PWM调制波和移相三角载波生成CPS-SPWM触发脉冲；步骤7、通过CPS-SPWM触发脉冲驱动功率转换模块，控制驱动功率转换模块中的各个功率开关管的通断，产生链接串电压，三组链接串电压通过盘型电抗器后向三相电网注入补偿电流。
如上所述的\な是基于以下公式
权利要求
1.一种基于盘型电抗器的STATCOM，其特征在于，包括 信号采集及处理模块(I )，用于实时采集三相电网的电压电流信息、STATCOM交流侧输出电流信息和STATCOM直流侧电压信息； 主控模块(2)，用于通过对信号采集及处理模块(I)采集到的信号进行运算获得CPS-SPWM触发信号； 驱动模块(3)，用于根据CPS-SPWM触发信号产生驱动功率转换模块(4)的触发驱动脉冲； 功率转换模块(4)，用于根据触发驱动脉冲生成三相链接串电压；以及 盘型电抗器模块(5 )，用于在三相链接串电压作用下生成无功补偿电流。
2.根据权利要求I所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的盘型电抗器模块(5)为三个单相盘型电抗器或一个三相盘型电抗器。
3.根据权利要求2所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的单相盘型电抗器包括铁芯和由扁平绝缘导体盘绕而成的盘状线圈，铁芯设置有矩形气隙孔，铁芯由硅钢片叠紧并焊接而成，硅钢片为一次成形或者由子硅钢片拼接而成，盘状线圈设置在铁芯的矩形气隙孔内，盘状线圈的直径与铁芯的矩形气隙孔的长度适配，盘状线圈的厚度与铁芯的矩形气隙孔的宽度适配。
4.根据权利要求3所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的三相盘型电抗器包括由开设有第一矩形气隙孔、第二矩形气隙孔、第三矩形气隙孔的铁芯和由扁平绝缘导体盘绕而成的盘状线圈，铁芯由硅钢片叠紧并焊接而成，硅钢片由子硅钢片拼接而成；第一矩形气隙孔、第二矩形气隙孔和第三矩形气隙孔内均设置有盘状线圈，第一矩形气隙孔的长度、第二矩形气隙孔的长度和第三矩形气隙孔的长度均与盘状线圈的直径适配，第一矩形气隙孔的宽度、第二矩形气隙孔的宽度和第三矩形气隙孔的宽度均与盘状线圈的厚度适配。
6.根据权利要求5所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的第一矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在第一矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接；第二矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在第二矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联；第三矩形气隙孔为两个且均设置有盘状线圈，设置在第三矩形气隙孔中的两个盘状线圈之间并联连接。
7.根据权利要求2所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的功率转换模块(4)包括A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块，A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块均由至少2个链接单元串联构成，链接单元包括由IGBT或IGCT或IEGT构成的全桥电路和设置在链接单元直流侧的直流电容器。
8.根据权利要求7所述的一种基于盘型电抗器的STATC0M，其特征在于所述的A相链接串模块、B相链接串模块和C相链接串模块分别与盘型电抗器模块(5)中对应的三相串联后构成三角形或者星形连接到三相电网。
9.根据权利要求I所述的一种基于盘型电抗器的STATCOM的控制方法,其特征在于,包括以下步骤步骤I、实时提取三相电网相电流Isa、Isb和Is。，对其进行处理并实施abc/dqo坐标变换，得出dq坐标下的电网无功电流I〗，并将电网无功电流I〗作为指令电流； 步骤2、设置STATCOM中一个链接串中的各个链接单元的直流侧电压和的目标值％和提取该链接串中的各个链接单元直流侧实际电压和Vd。，并通过直流侧电压调节器得到有功指令电流rd; 步骤3、从STATCOM的交流侧提取STATCOM输出的三相补偿电流Iea、Icb和I。。，对三相补偿电流Iea、Icb和I。。进行abc/dqo坐标变换，得到STATCOM在dq坐标下的有功电流Id、无功电流Ia ; 步骤4、提取三相电网电压信号Vsa、Vsb和Vs。，并经数字锁相环后得到abc/dqo坐标变换所需0角信号，通过abc/dqo坐标变换获取dq坐标下的电网电压的有功分量Vsd ; 步骤5根据I〗、和0角信号生成STATCOM所需的在dq坐标下的输出有功电圧Vcd无功电压V q、调制比M和相位控制角5 ； 步骤6、通过调制比M和相位控制角5生成PWM调制波和移相三角载波，并根据PWM调制波和移相三角载波生成CPS-SPWM触发脉冲； 步骤7、通过CPS-SPWM触发脉冲驱动功率转换模块(4)，控制驱动功率转换模块(4)中的各个功率开关管的通断，产生链接串电压，三组链接串电压通过盘型电抗器后向三相电网注入补偿电流。
10.根据权利要求9所述的一种基于盘型电抗器的STATCOM的控制方法,其特征在于，所述的VtTd是基于以下公式 所述的Wq是基于以下公式 其中，Kp SPI控制器的比例系数、Ki为积分系数，CO为基波角频率，L为连接电抗器的电感量，S为积分算子， 所述的调制比M是基于以下公式所述的相位控制角S是基于以下公式 其中，N为一个链接串中所包含的链接单元个数，Vdc为链接单元直流侧电压。
全文摘要
本发明涉及一种基于盘型电抗器的STATCOM及控制方法，STATCOM包括用来实时采集三相电网的电压电流信息及STATCOM交流侧输出电流和直流侧电压信息并对所采集的信息进行处理的信号采集及处理模块、对所采集的信息进行坐标变换和运算获取所需的CPS-SPWM触发信号的主控模块、产生触发脉冲的驱动模块、由三个全桥链接串组成的功率转换模块、新型盘型电抗器模块等。本发明中使用了盘型电抗器，与空芯电抗器相比，大大减小了体积、重量和电磁污染，与传统的开口铁芯电抗器相比，大大减小了震动和噪声，显著改善了电感L的线性度。可以动态补偿电力系统中的无功电流、抑制谐波，有效地改善电力系统的电能质量和电压稳定水平。
文档编号H02J3/18GK102810869SQ20121024406
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月15日 优先权日2012年7月15日
发明者王宏英, 毕平劲, 范少春, 梅震, 罗运成 申请人:湖北三环发展股份有限公司