风电场环境下级联statcom直流电容电压平衡控制方法
【专利摘要】由于风能具有随机性和间歇性等特点，风电场并网环境下的级联STATCOM各模块直流侧电压波动更为明显。本发明通过分析有功功率均等分配原理，基于其直流侧电压主要靠从系统中吸收一定的有功功率来支撑，提出有功功率均等分配来控制其各模块直流侧电压的平衡，通过控制其交流侧吸收的有功功率来控制其直流侧电压的大小。利用分层协调控制实现级联STATCOM的有功无功调节，上层通过解耦实现总体控制，下层通过模块控制器实现有功功率均等分配控制。仿真和实验结果表明，该方法可以有效地稳定风电场环境下级联STATCOM直流侧电压，具有较高的工程实用价值。
【专利说明】风电场环境下级联STATCOM直流电容电压平衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明旨在提供一种级联STATCOM的直流侧电容电压平衡控制方法，特别适合应用于风电场这种电压波动较为剧烈的环境下，响应速度快，平衡效果好。
【背景技术】
[0002]级联STATCOM投入到风电场中可以有效地稳定风电场并网电压，提高风电场低电压穿越能力，具有非常广阔的应用前景。2007年第22期的《电工技术学报》中《用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性》一文介绍了应用STATCOM技术可以改善风电场的电能质量和提高风电场稳定性。然而级联STATCOM各逆变桥直流侧电容相互独立，其直流侧电压难以平衡，特别在电压波动比较剧烈的风电场中，其直流侧电压的不平衡将更加严重，直接危及到装置安全稳定运行，故迫切需要对其直流侧电压进行平衡控制。2003年第23期的《中国电机工程学报》中《链式STATCOM的数学模型》一文指出逆变桥并联损耗、开关损耗以及开关器件触发脉冲的微小差异是造成稳态电容电压不平衡的主要原因。
[0003]目前，已有一些文献针对级联STATCOM的直流侧电压均衡提出了相应的控制方法。2011年第26期的《电工技术学报》中《链式STATCOM直流电容电压分布式控制》一文利用分布式控制来均压，该方法在闭环控制下耦合性低，便于链节扩展。2004年第24期的《中国电机工程学报》中《基于链式逆变器的±50 Mvar静止同步补偿器的直流电压平衡控制》一文提出通过外部能量交换的直流电压平衡控制方法，该方法可以简化控制程序的算法，但需要额外的硬件电路和控制系统，无疑增加了系统的成本和复杂性。2004年第19期的《电工技术学报》中《大容量链式STATCOM 150Hz优化PWM控制策略的研究》一文通过选择合适的冗余矢量均压，将直流侧电压高(低)的开关状态与直流侧电压降低(升高)的开关状态进行交换，改变电容的充放电时间，该方法易于实现，所需硬件资源少，但算法较为复杂。2009年第29期的《中国电机工程学报》中《链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制》一文提出通过叠加一个与电流同相位或者反相位的有功电压矢量来平衡直流侧电压，该方法在实用的同时又受到稳定工作区域的限制。
【发明内容】
[0004]本文基于以上研究，提出有功功率均等分配来控制级联STATCOM直流侧电容电压平衡，特别适合在风电场这种电压波动比较剧烈的场合。仿真和实验结果表明，该方法可以有效地稳定风电场中级联STATCOM直流侧电压，响应速度快，控制特性好，输出电压的谐波含量少，便于模块化设计，具有较高的工程实用价值。
[0005]有功功率均等分配原理:由于流经级联STATCOM各模块的电流为同一电流i，所以各模块吸收的有功功率大小为:
【权利要求】
1.本发明主要提出有功功率均等分配来平衡级联STATCOM直流电容电压，具体原理和做法如下: 第一步，由于级联STATCOM各逆变桥需要消耗一定的有功功率，而且这种损耗基本是固定的但是各桥却不相同，故维持各模块直流侧电容电压所需要的有功功率APi=P1-Psi(1=1, 2，…，N)，Pi为第i个模块交流侧吸收的有功功率，Psi为第i个逆变桥的有功损耗；第二步，为了保证各模块直流侧电容电压的稳定，需有各桥的APi都相等假定为ΛΡ，则各桥交流侧吸收的有功功率Pi= △ P+Psi，故通过计算可以得到各桥交流侧所需的有功电压大小 Uedi (i=l,2, -,N)； 第三步，就单个模块而言，通过比较其直流侧电压与给定值，可以得到其交流侧实际的有功电压大小udi (i=l,2,…，N)； 第四步，通过比较Uedi和Udi后得到各模块交流侧需要合成电压的有功分量Au-(i=l,2,…，N)的大小，最后得出交流侧需要合成的电压Aucd (i=l,2,…，N)的大小；具体控制框 图如说明 书附图1所示。
【文档编号】H02J3/38GK103474984SQ201310079336
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】李圣清, 徐文祥, 栗伟周, 曾欢悦, 李永安 申请人:湖南工业大学