一种基于电网电压前馈控制的角型STATCOM及其控制方法与流程

本发明属于柔性交流输电技术领域，具体涉及一种基于电网电压前馈控制的角型statcom及其控制方法。

背景技术：

近年来随着电力电子开关技术的进步和现代控制理论应用的日益成熟，无功补偿技术中的静止同步补偿器(staticsynchronouscompensator，statcom)逐步兴起。statcom具有补偿系统感性和容性无功、提高系统功率因数、改善电能智能、提高电力系统稳定性等多重功能，是柔性交流输电系统(flexibleactransmissionsystems，facts)的重要成员。statcom相当于可控的无功功率电源，其无功电流可快速跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需的无功功率，对电网的无功功率实现动态无功补偿。

链式statcom分为角型和星型结构，高压大容量statcom普遍采用角型链式结构，其显著特点是，三相之间相互独立，便于实现分相控制，利于对电网进行不平衡补偿。

一般来说，链式角型statcom其整体控制策略采用电压外环、电流内环的控制策略，在得到整个链式三角形连接statcom的总的输出电压后，以pwm信号形式输出。为了提高statcom在电网暂态情况下的电流控制性能，控制系统普遍采用电网电压前馈控制方法。

就已有资料来看，由于控制系统本身的原因，使得直采电网电压存在一定的相角延迟，故控制系统一般在电流内环的输出量上增加一个前馈控制量，而这个前馈控制量是基于电网电压相角补偿的前馈项，即采用电网压锁相出的幅值、相角，并考虑控制系统延时等效的补偿相角，反算出电网电压前馈项。这种前馈方法理论上可以使statcom在电网稳态时解锁冲击电流为0。

在实际运行的过程中发现，反算出电网电压的前馈项需要至少半个周波的时间。但是，在电网暂态情况下，电网电压可能变化较快，在计算出电网电压相角补偿的前馈项时，此时电网电压的幅值、相角已发生变化，包含着畸变谐波成份，故锁相环输出的电压幅值、相角已不准确，相比于真实电网电压来讲偏差较大，降低了statcom在该工况下的电流控制性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电网电压前馈控制的角型statcom及其控制方法，用以解决在电网暂态情况下基于电网电压相角补偿的前馈项的前馈控制使得statcom电流控制性能不好的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种基于电网电压前馈控制的角型statcom控制方法，在电流内环的输出量上叠加一个前馈控制器的输出量，在statcom解锁前判断电网处于稳态还是暂态：

若电网处于稳态，将基于电网电压相角补偿的前馈项作为前馈控制器的输出量，在控制系统稳定后，切换为基于直采电网电压的前馈项作为前馈控制器的输出量；

若电网处于暂态，将基于直采电网电压的前馈项作为前馈控制器的输出量。

进一步地，电网处于稳态的条件为：电网电压的幅值在0.95p.u.～1.05p.u.内持续1秒；所述电网处于暂态的条件为：电网电压的幅值在0.95p.u.～1.05p.u.以外；其中，p.u.为电网电压的标幺值。

进一步地，所述基于电网电压相角补偿的前馈项为：

uff1＝umag*sin(ωt+δθ)

其中，uff1为基于电网电压相角补偿的前馈控制器的输入量，umag为对应相的电压幅值，ωt为相角，δθ为补偿的相角。

进一步地，所述基于直采电网电压的前馈项为：

uff2＝usample

其中，uff2为基于直采电网电压的前馈控制器的输入量，usample为经过标幺处理后的电网电压数字信号。

进一步地，在控制系统稳定后，使补偿的相角(δθ)按照设定速率减小，当减小到0时，切换为基于直采电网电压的前馈项作为前馈控制器的输出量。

本发明的一种基于电网电压前馈控制的角型statcom，包括statcom主回路和前馈控制器，所述前馈控制器的输出量叠加到电流内环的输出量上，所述前馈控制器的输出量为：在statcom解锁前判断电网处于稳态还是暂态：

若电网处于稳态，前馈控制器的输出量为基于电网电压相角补偿的前馈项，在控制系统稳定后，为基于直采电网电压的前馈项；

若电网处于暂态，前馈控制器的输出量为基于直采电网电压的前馈项。

进一步地，电网处于稳态的条件为：电网电压的幅值在0.95p.u.～1.05p.u.内持续1秒；所述电网处于暂态的条件为：电网电压的幅值在0.95p.u.～1.05p.u.以外；其中，p.u.为电网电压的标幺值。

进一步地，所述基于电网电压相角补偿的前馈项为：

uff1＝umag*sin(ωt+δθ)

其中，uff1为基于电网电压相角补偿的前馈控制器的输入量，umag为对应相的电压幅值，ωt为相角，δθ为补偿的相角。

进一步地，所述基于直采电网电压的前馈项为：

uff2＝usample

其中，uff2为基于直采电网电压的前馈控制器的输入量，usample为经过标幺处理后的电网电压数字信号。

进一步地，在控制系统稳定后，使补偿的相角(δθ)按照设定速率减小，当减小到0时，切换为基于直采电网电压的前馈项作为前馈控制器的输出量。

本发明的有益效果：

本发明的基于电网电压前馈控制的角型statcom及其控制方法，在statcom解锁前，根据电网电压的状态来设计不同的前馈控制器：

若电网处于稳态，前馈控制器的输出量为基于电网电压相角补偿的前馈项，在控制系统稳定后，切换为基于直采电网电压的前馈项，此时，可实现在电网稳态情况下解锁时冲击电流最小；

若电网处于暂态，前馈控制器的输出量为基于直采电网电压的前馈项，此时，电网电压采样延时较小、控制系统延时较小，前馈失真较小，可以获得更好的电流控制性能，更好的反映电网电压的真实情况，提高电网暂态情况下的电流控制性能。

总体来说，本发明结合上述两种前馈项的优点，避其缺点，提高statcom的性能。

附图说明

图1是降压式角型链式statcom的主回路结构示意图；

图2是本发明的角型链式statcom的ab相控制策略示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

本发明的基于电网电压前馈控制的角型statcom控制方法实施例：

下面以降压式角型链式statcom为例来对本发明作详细说明，如图1所示，降压式角型链式statcom主回路结构示意图如图1所示，主要由降压变、角内连接电抗和换流链组成。角型链式statcom一般采用分相控制策略，对三相进行独立控制。

对于ab相来说，采用单相锁相环对35kv侧ab相进行锁相，输出ab相的电压幅值为umag，相角为ωt，则uab＝umag*sin(ωt)。由于控制系统存在一定的延时，其等效为δθ，即statcom的换流链输出电压时刻，实际的ab相电压为uab＝umag*sin(ωt+δθ)。因此，基于电网电压相角补偿的前馈项需要考虑补偿相角，即uab＝umag*sin(ωt+δθ)。bc相、ca相的控制原理与ab相相同。

对于ab相，本发明的角型链式statcom控制方法如图2所示。整体来说，本发明是在电流内环的输出量mcur_ctrl上叠加一个前馈控制器的输出量mff_ctrl，前馈控制器根据电网电压的状态来进行相应的设计。

statcom在解锁前先判断电网电压的状态，即是处于暂态还是稳态。具体判断方法为：若电网电压幅值在0.95p.u.～1.05p.u.内持续1秒，则认为电网处于稳态；若判定电网电压幅值在0.95p.u.～1.05p.u.外，则认为电网处于暂态。其中，p.u.为电网电压的标幺值。

1)若statcom在电网电压稳态时解锁，首先采用基于电网电压相角补偿的前馈项，即将uff1作为前馈控制器的输出量mff_ctrl，以实现无冲击并网。但是，为应对突发的电网暂态情况，控制系统不能一直采用基于电网电压相角补偿的前馈项，在控制系统稳定以后，平滑切换为基于直采电网电压的前馈项。

由于电网电压采样延时、控制系统延时是固有存在的，若statcom在电网稳态解锁也采用基于电网电压的前馈项，将会有较大的冲击电流产生，故在刚开始解锁时采用基于电网电压相角补偿的前馈项。

在控制系统稳定时，使得补偿的相角δθ按照设定的速率缓慢减小到0，以实现平滑切换。当δθ＝0时，uab＝umag*sin(ωt)，基于电网电压相角补偿的前馈项与基于直采电网电压的前馈项相等，此时便可以实现二者的平滑切换。因此，当采用基于电网电压相角补偿的前馈项并网稳定运行后，例如，并网运行5s后，控制系统稳定，将δθ按照斜率0.5°/s缓慢减少直至为0，此时可切换为基于直采电网电压的前馈项，即此时前馈控制器的输出量mff_ctrl是以uff2为输入量的前馈控制器的输出量。

2)若statcom在电网暂态时解锁，此时直接采用基于直采电网电压的前馈项，即将uff2作为前馈控制器的输出量mff_ctrl以提高电流控制性能。

本发明的基于电网电压前馈控制的角型statcom实施例：

本发明的基于电网电压前馈控制的角型statcom，包括statcom主回路和前馈控制器，前馈控制器的输出量叠加到电流内环的输出量上，前馈控制器的输出量为：

在statcom解锁前判断电网处于稳态还是暂态：

若电网处于稳态，前馈控制器的输出量为基于电网电压相角补偿的前馈项，在控制系统稳定后，为基于直采电网电压的前馈项；

若电网处于暂态，前馈控制器的输出量为基于直采电网电压的前馈项。

本发明的基于电网电压前馈控制的角型statcom，其实质在于该statcom采用了上述实施例中描述的基于电网电压前馈控制的角型statcom的控制方法，具体的控制方法与过程已在上述实施例中介绍的足够清楚明白，故对该角型statcom不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。