基于有功电压矢量叠加的级联statcom电容电压平衡控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，包括上层控制步骤和下层控制步骤。本发明的电容电压平衡控制方法对于电容电压的偏移，能迅速给出控制信号，响应速度快，且不同模块之间的控制信号相互独立，系统稳定性高。
【专利说明】基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制 方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统电能质量无功补偿中的静止同步补偿器（STATCOM)，特别涉 及一种基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法。
【背景技术】
[0002] 级联静止同步补偿器是一种能够发出或吸收无功的并接在电网上的无功补偿装 置，相对于传统的变压器多重化结构的STATCOM，具有无需变压器接入、占地面积小、可控性 高、能冗余运行等优点而得到日益广泛的研宄与应用。
[0003] 链式STATCOM直流侧电容彼此相互独立，每个模块间的串并联损耗、开关损耗、触 发延时等又存在差异，致使链式STATCOM直流侧电容电压不平衡的问题，进而导致STATCOM 输出电压畸变率变高。电压不平衡严重时还会威胁装置的安全运行。因此直流侧电容电压 的平衡控制是STATCOM装置安全可靠运行的关键技术之一。
[0004] 目前已有的电容电压平衡控制策略可分为两类：一类是依靠外部平衡电路，也称 硬件策略，来实现，例如：基于交流母线能量交换平衡方法、基于直流母线能量交换的平衡 方法。但普遍存在的问题是硬件的增加导致成本的提升、系统设计更为复杂、控制更为繁 重。另一类是依靠自身平衡控制算法，也称软件策略，来实现，例如：轮换触发脉冲的平衡控 制方法、控制逆变单元电压输出角的平衡控制方法。但存在移相范围小、平衡范围窄，算法 复杂的不足。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对级联静止同步补偿器直流电容电压不平衡现象，提供一种 基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，对于电容电压的偏移，能 迅速给出控制信号，响应速度快，且不同模块之间的控制信号相互独立，系统稳定性高。
[0006] 实现上述目的的技术方案是：
[0007] -种基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，包括上层控 制步骤和下层控制步骤，其中：
[0008] 所述上层控制步骤为无功功率的控制过程，系统向STATCOM提供一定有功功率以 补充装置损耗，级联STATCOM采用载波相移调制技术，检测负载电流作为无功电流的参考 值，STATCOM的输出电流作为实际反馈值，经过直接电流反馈解耦控制得出调制比和相位 角；
[0009] 所述下层控制步骤为电容电压平衡的控制过程，对于各级联模块，当一个级联模 块的电容电压实际反馈值大于电压参考值时，则叠加一与电流方向同相的电压，该级联模 块发出一定的有功功率，从而使得电容电压下降；当一个级联模块的电容电压实际反馈值 小于电压参考值时，则叠加与电流反相的电压，该级联模块吸收一定有功功率，从而电压升 高；对于N级联的STATCOM，对于前N-1个级联模块，直接由电压参考值和实际反馈值计算 出矢量叠加的数值，对于第N个级联模块的矢量电压叠加值，则由前N-1个的矢量叠加值求 和取反，可以实现有功功率在各级联模块间按需分配以实现电容电压的平衡，每个级联模 块由于叠加了不同的电压矢量，则调制比和相位角需重新计算，并使用经过重新计算的新 的调制比和新的相位角生成三相PWM调制信号，三相PWM调制信号经过比较器与相移三角 载波比较后触发驱动级联H桥，此时每个级联模块使用不同的调制比和相位角，每个级联 模块的输出电压不同相。
[0010] 上述的基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，其中，所 述下层控制步骤中，每个级联模块的新的调制比和新的相位角的计算步骤为：将每个级联 模块的电容电压实际反馈值与电压参考值做差计算出电压偏移量，再用所述上层控制步骤 中的调制比和相位角计算出每个级联模块的新的调制比和新的相位角。
[0011] 上述的基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，其中，对 于两级联的STATC0M，先绘出叠加有功电压矢量后的相量图，并根据矢量关系图，推导出每 个级联模块的新的调制比的表达式和新的相位角的表达式：
【权利要求】
1. 基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方法，其特征在于，包括 上层控制步骤和下层控制步骤，其中： 所述上层控制步骤为无功功率的控制过程，系统向STATC0M提供一定有功功率以补 充装置损耗，级联STATC0M采用载波相移调制技术，检测负载电流作为无功电流的参考值， STATCOM的输出电流作为实际反馈值，经过直接电流反馈解耦控制得出调制比和相位角； 所述下层控制步骤为电容电压平衡的控制过程，对于各级联模块，当一个级联模块的 电容电压实际反馈值大于电压参考值时，则叠加一与电流方向同相的电压，该级联模块发 出一定的有功功率，从而使得电容电压下降；当一个级联模块的电容电压实际反馈值小于 电压参考值时，则叠加与电流反相的电压，该级联模块吸收一定有功功率，从而电压升高； 对于N级联的STATC0M，对于前N-I个级联模块，直接由电压参考值和实际反馈值计算出矢 量叠加的数值，对于第N个级联模块的矢量电压叠加值，则由前N-I个的矢量叠加值求和取 反，可以实现有功功率在各级联模块间按需分配以实现电容电压的平衡，每个级联模块由 于叠加了不同的电压矢量，则调制比和相位角需重新计算，并使用经过重新计算的新的调 制比和新的相位角生成三相PWM调制信号，三相PWM调制信号经过比较器与相移三角载波 比较后触发驱动级联H桥，此时每个级联模块使用不同的调制比和相位角，每个级联模块 的输出电压不同相。
2. 根据权利要求1所述的基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控制方 法，其特征在于，所述下层控制步骤中，每个级联模块的新的调制比和新的相位角的计算步 骤为：将每个级联模块的电容电压实际反馈值与电压参考值做差计算出电压偏移量，再用 所述上层控制步骤中的调制比和相位角计算出每个级联模块的新的调制比和新的相位角。
3. 根据权利要求1或2所述的基于有功电压矢量叠加的级联STATCOM电容电压平衡控 制方法，其特征在于，对于两级联的STATC0M，先绘出叠加有功电压矢量后的相量图，并根据 矢量关系图，推导出每个级联模块的新调制比的表达式和新的相位角的表达式：
其中，Mi为每个级联模块的新的调制比，a,为每个级联模块的新的相位角，M为所述上 层控制步骤中的的调制比，a为所述上层控制步骤中的的相位角，Vi为每个级联模块的电 容电压实际反馈值，为每个级联模块的电压参考值。
【文档编号】H02J3/18GK104505844SQ201510009059
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月8日 优先权日:2015年1月8日
【发明者】姚钢, 周荔丹, 王伟峰, 潘瑾, 廖文, 解蕾 申请人:国网上海市电力公司, 上海交通大学