一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法与流程

本发明属于电能质量治理的无功补偿技术领域，尤其涉及一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法。

背景技术：

随着分布式能源系统的普及，如光伏发电，电池，风力涡轮机和其它应用在分布式系统中的非线性负荷，更加重视电能质量。

电能是一个国家发展水平和综合国力的重要标志之一，作为现代社会的支柱能源和经济命脉是我们日常生产、生活不可或缺的。作为交流电力系统设计和运行中的一个要因素，无功功率与电力系统的经济运行和安全稳定息息相关。由于电力电子设备的大量使用，给公用电网的电能质量造成了严重的污染。特别是二极管整流电路由于结构简单、成本较低等优点,运用最广泛,给电网带来的谐波污染问题也最严重。采用配电网静止同步补偿器对负荷电流进行补偿能从源头上治理谐波，改善电能质量。

配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)具有补偿无功功率、动态抑制谐波和三相不平衡的功能,在配电网中颇受关注并取得了显著的研究成果，由于D-STATCOM在补偿电压源型非线性负载时会发生谐波放大效应,因此,在不采取额外措施的情况下D-STATCOM不能很好的补偿电压源型非线性负载，并且D-STATCOM并网运行对电力系统和用户的影响的研究相对较少。

因此现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法，本发明在不平衡条件下，有功功率振荡产生在直流侧导致电流纹波。为消除直流纹波，引入一种使用Kq指标的控制方法，通过调节Kq，消除有功功率振荡。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法，包括以下步骤：

分析D-STATCOM系统的运行与控制，通过D-STATCOM系统的等效图、电压相位图和潮流方程与改变角δ来控制有功功率传输，同时改变电压幅值来控制无功功率；

分析与选择适合的电流控制方法控制D-STATCOM的输出电流，分析不平衡条件下D-STATCOM的运行与控制，对单个D-STATCOM进行瞬时功率分析，根据潮流方程得出有功功率输出和无功功率输出，进行相应的控制。

在并联D-STATCOM系统中，进行控制，保证总的无功功率振荡为0。

功率控制方式为二级功率控制，通过比较不平衡峰值电流与D-STATCOM的额定电流，来控制第一级调节与第二级调节是否被激活，进而控制无功输出。

对于电流控制，在不平衡条件下采用的是基于αβ坐标系的PR控制器，参考电流包含正序和负序，常规PI控制器不能处理，PR控制器对应的用于正负序的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明满足更高的额定电流要求，采用了并联D-STATCOM共用直流母线装置。不平衡条件下，有功功率振荡产生在直流侧导致电流纹波。为消除直流纹波，引入一种使用Kq指标的控制方法，通过调节Kq，消除有功功率振荡。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法的仿真模型。

图2为不平衡状态下PR控制器的电流控制。

图3为不同Kq值下单相D-STATCOM的电流，有功和无功功率波形图。

图4为两级控制原理图。

图5(a)-图5(d)分别为不使用Kq参数法的有功功率、无功功率振荡和使用Kq参数法的有功功率、无功功率振荡比较图；

图6为每个D-STATCOM的Kq值图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1与图3所示一种不平衡状态下D-STATCOM系统并联运行的控制方法，其特征是：首先分析D-STATCOM系统的运行与控制，通过D-STATCOM系统的等效图、电压相位图和潮流方程改变角δ来控制有功功率传输，同时改变Vc对于Vs的幅值来控制无功功率；分析与选择适合的电流控制方法控制D-STATCOM的输出电流，如线性化与精确线性化控制、滞环调制控制、预测控制和直流电容平衡控制等；分析不平衡条件下D-STATCOM的运行与控制，对单个D-STATCOM进行瞬时功率分析，根据公式得出有功功率输出和无功功率输出，且均可通过Kq来控制。进一步地，完成对单个D-STATCOM系统瞬时功率分析后，确定单个D-STATCOM系统不平衡状态下的电流控制方法。图1中设置直流电压Vdc为400V，无功功率参考电压Qref为3000Var，不平衡条件时间T＝0.5s，滤波电感为1.8mH，电网电压Vg＝110V/60Hz，开关频率fs＝10KHz。

更进一步地，基于并联系统地瞬时功率分析，其特征是：如图4所示的功率控制方式为二级功率控制，通过比较不平衡峰值电流Imax与D-STATCOM的额定电流Ilim,来控制第一级调节与第二级调节是否被激活，进而改变Kq控制无功输出。

对于电流控制，如图2所示的在不平衡条件下采用的是基于αβ坐标系的PR控制器，参考电流包含正序和负序，常规PI控制器不能处理，PR控制器对应的用于正负序的控制。

更进一步，如图6所示，可知D-STATCOM 1的Kq从初始值1减至-2，D-STATCOM的Kq值由初始值1增至8.5。通过仿真，验证了不平衡条件下消除有功振荡的Kq控制法。在并联STATCOM系统中，D-STATCOM 1为正常额定功率和D-STATCOM 2有更高的额定功率。为了保证零功率振荡，Kq1和Kq2都设置为-1。但在这种情况下，电流可能超过额定值。为保证峰值电流在额定值以内，Kq1需要向零移动，这可能导致有功功率震荡。为消除这种现象，冗余D-STATCOM的Kq2将超过1，以至于峰值电流将高于D-STATCOM 1，但一个更高额定功率的D-STATCOM 2会满足要求。

更进一步，进行两级功率控制，Ilim与Imax分别代表D-STATCOM地额定电流和不平衡输出电流的峰值，其中对应是在a，b，c每个IFC的峰值电流，此外，γ是旋转角分别对应a，b，c轴中θ,

更进一步，如果Imax＞Ilim，第一级调节被激活，D-STATCOM 1中的Kq1移动到零，这时，Kq2可以被等式计算。如果D-STATCOM 1的Kq1恒等于零且Imax＞Ilim仍保持，则二级调节被激活，所有D-STATCOM的无功功率参考值会减少。如图5所示，使用Kq参数法是否对并联D-STATCOM系统有功功率和无功功率产生影响。不使用Kq参数法时，在不平衡条件下，有功功率振荡被并联运行放大，并且有大约2860w从极大到极小的有功功率振荡。使用Kq参数法时，每个D-STATCOM的有功功率相互抵消且总的有功功率总和为零，但每个D-STATCOM可能有大约4000w从极大到极小值得有功功率振荡。无功功率传输被限制而优先选择零有功振荡。由于二级控制，无功功率传输容量由额定6000Var下降到4400Var，降低了无功功率，保证了零有功功率振荡。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。