Statcom不平衡控制方法及其零序分量生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及柔性交流输电领域的STATCOM控制，特别是一种基于零序分量注入的 级联STATCOM不平衡控制方法及其零序分量生成方法。
【背景技术】
[0002] S相级联STATCOM拓扑在平衡工况下，S条链之间的功率均匀分配，链间子模块 直流电压平均值相同，系统可W正常运行。而在实际应用当中，当电网出现非对称故障，或 者需要STATCOM对非对称负荷进行补偿，如果不采取特殊的控制策略，非对称分量的存在 将会引起=条链间功率分配不均，导致=条链的直流电压平均值差异逐渐增大，将会引起 直流过压或欠压，最终导致STATCOM不能正常运行。因此，如何提高S相级联STATCOM在不 平衡工况下的控制能力是亟待解决的关键问题。
[000引 目前来讲，S相级联STATCOM的不平衡控制方法，主要有S大类，各自适用于不同 的拓扑结构：
[0004] 第一类方法，基于负序电流的控制方法，该类方法同时适用于星型和S角型拓扑 结构。目前作为主流控制方法，其适应能力较强，能够应对包括负序和零序电网不平衡电压 的影响。但缺点在于负序电流通道完全用于抑制不平衡，无法补偿负载产生的负序电流，限 制了其功能；同时在电网电压不平衡度较大的情况下，较大程度上牺牲了正常的正序电流 输出容量。
[0005] 第二类方法，基于零序电压的控制方法，该类方法仅适用于星型拓扑。目前零序电 压指令的获取，主要采用基于数学计算的方法，需要各子模块电容值、子模块直流电压瞬时 值、=相电流瞬时值、=相电压正负序分量等，并对上述值进行包含向量的数量积等数学运 算，得到不平衡控制所需零序电压指令。此方法的缺点在于数学计算复杂，占用控制硬件资 源，且对直流电容值等电路参数有依赖性，控制效果难W保证。
[0006] 第S类方法，基于零序电流的控制方法，该类方法仅适用于S角型拓扑。目前零序 电流指令的获取，主要通过对=条链各自的平均直流电压与总平均直流电压之差做闭环PI 控制，将闭环输出的=个直流指令分别乘个相差120°的单位基波正弦信号，然后相加 得到。例如申请号为201210103401. 0的中国专利申请《一种链式S角型连接STATCOM直流 母线相间均压控制方法》就是一种采用类似思路的控制方法。此方法的缺点在于控制器较 多，控制结构较为复杂。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种级联STATCOM不平衡控制中零序分量的生成方法，不平 衡控制中获取零序分量的一种新思路。同时，本发明还提供了一种基于零序分量注入的级 联STATCOM不平衡控制方法。
[0008] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0009] 级联STATCOM不平衡控制的零序分量生成方法，步骤如下：
[0010] 1)采集STATCOM每条链子模块的直流电压，获取每条链的直流电压平均值；
[0011] 2)对所述每条链的直流电压平均值进行CLARKE变换，得到D轴分量AVd。。和Q轴 分量AVdc_q;
[001引扣将AVd。d和AVd。。作为反馈量，分别与零参考值进行比较，经过PI调节器Gz做 闭环控制，将闭环控制的输出量分别乘W与电网电压同相的单位正弦和余弦量sinwt和 cos?t，得到不平衡控制所需的零序分量。
[0013] 本发明还提供了一种基于零序分量注入的级联STATCOM不平衡控制方法，包括获 取级联STATCOM不平衡控制的零序分量，将零序分量叠加在控制系统的控制指令上，实现 基于零序分量注入的不平衡控制，获取级联STATCOM不平衡控制的零序分量的步骤如下：
[0014] 1)采集STATCOM每条链子模块的直流电压，获取每条链的直流电压平均值；
[001引。对所述每条链的直流电压平均值进行CLARKE变换，得到D轴分量AVd。。和Q轴 分量AVd。。；
[001引扣将AVd。d和AVd。。作为反馈量，分别与零参考值进行比较，经过PI调节器Gz做 闭环控制，将闭环控制的输出量分别乘W与电网电压同相的单位正弦和余弦量sinwt和 cos?t，得到不平衡控制所需的零序分量。
[0017] 进一步的，所述级联STATCOM为星型拓扑，所述零序分量为零序电压控制量。
[0018] 进一步的，所述级联STATCOM为角型拓扑，所述零序分量为零序电流控制量。
[0019] 本发明提供的零序分量生成方法，通过将S条链的平均直流电压进行CLA服E变 换，分别对所获取的DQ轴直流量进行闭环控制，将闭环输出值与基波正余弦进行合成，获 取不平衡控制所需的零序分量；采用DQ变换，设及的控制结构简单，而且能够适应于星型 角型STATCOM拓扑。当采用星型拓扑时，作为零序电压分量叠加到调制波中；当采用S角 型拓扑时，作为零序电流分量叠加到电流指令中，最终实现级联STATCOM在不平衡工况下 的控制。作为S相级联STATCOM的一种不平衡控制方法，实现简单且便于理解，控制效果优 异，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0020] 图1是S相级联STATCOM的基本拓扑结构；
[002。 图2是基于零序电压分量注入的星型级联STATCOM不平衡控制框图；
[002引图3是基于零序电流分量注入的角型级联STATCOM不平衡控制框图；
[0023] 图4是零序分量生成控制框图；
[0024] 图中，SM--H桥子模块；
[0025] L--每条链的连接电抗；
[002引 Usa, Usb, Use--S相电网电压；
[0027] ica> icb> icc--s相链内电流；
[002引 Vd。w Vd。b。，Vde^。。一一STATCOMS条链子模块直流电压，其中n=1，2, 3…整数；
[002引 Vde_。, Vde_b, Vde_e--;条链子模块直流电压平均值；
[0030] Vd。fdb-一S条链子模块总直流电压平均值；
[0031] AVd。d，AVd。。一一直流电压平均值过CLARKE变换后的DQ轴直流量；
[0032] Gz-一不平衡控制环PI控制器；
[003引 sin?t，cosot--电网电压同相的单位正弦、余弦信号；
[0034] --不平衡控制所需零序电压分量；
[00巧]Gv-一平均直流电压外环PI控制器；
[003引icd_ref _崎，、.d _i.ef，k.q_崎正序有功电流指令、正序无功电流指令、负序有功电 流指令、负序无功电流指令；
[0037]i;d乂q，Q而--正序有功电流反馈、正序无功电流反馈、负序有功电流反馈、负序 无功电流反馈；
[0038] 佔，<，咕，-一正序有功电压前馈、正序无功电压前馈、负序有功电压前馈、负 序无功电压前馈；
[0039]Gi--电流内环PI控制器；
[0040] 一一正序调制波分量、负序调制波分量；
[0041]Mref--叠加零序电压分量后的调制波；
[0042]G,--被控对象传递函数；
[0043] 图3中，4。一一不平衡控制所需零序电流分量；
[0044] /；一一电流内环指令设定值；
[0045]iuf--叠加零序电流分量后的电流内环指令参考值；
[0046] 图4中，Refz-一不平衡控制所需零序分量。
【具体实施方式】
[0047] 如图1表示S相级联STATC0M拓扑结构，包含星型和角型两种典型应用。子模块 为H桥子模块。
[0048] 下面将W星型和角型拓扑为例对本发明进行详细说明，需要说明的是，本发明的 方法并不限于该两种拓扑结构，而且子模块也不限于H桥拓扑，其子模块也可W采用H全桥 之外的其他拓扑（如半桥）等。
[0049] 级联STATC0M不平衡控制方法实施例1
[0050] 对星型级联STATC0M，如图2所述为基于零序电压分量的星型级联STATC0M不平衡 控制框图。核屯、控制包含=大部分：第一部分为平均直流电压闭环控制；第二部分为正负 序分离电流闭环控制；第S部分为基于零序电压的不平衡控制，即级联STATC0M不平衡控 制中零序分量的生成。
[0051] 对于基于零序电压的不平衡控制：
[0052] 对星型拓扑STATC0MS条链中每条链内的子模块直流电压进行采集，如图2所示 即乂心。1、Vde_。连V心^Vdebi、Vde_b2至Vdeb。，Vdeei、Vde_。至V心。。，经过计算获取每条链的直流 电压平均值Vd。Vd。b、。，经过CLARKE变换，得到DQ轴直流量AVd。d和AVd。。；
[0053]
【主权项】
1. 级联STATCOM不平衡控制的零序分量生成方法，其特征在于，步骤如下： 1) 采集STATC0M每条链子模块的直流电压，获取每条链的直流电压平均值； 2) 对所述每条链的直流电压平均值进行CLARKE变换，得到D轴分量A Vd。^ Q轴分 量 Avdc-q; 3) 将Avdc^P A Vtk q作为反馈量，分别与零参考值进行比较，经过PI调节器GJit 闭环控制，将闭环控制的输出量分别乘以与电网电压同相的单位正弦和余弦量sin?t和 cos ? t，得到不平衡控制所需的零序分量。
2. 基于零序分量注入的级联STATCOM不平衡控制方法，包括获取级联STATCOM不平衡 控制的零序分量，将零序分量叠加在控制系统的控制指令上，实现基于零序分量注入的不 平衡控制，其特征在于，获取级联STATCOM不平衡控制的零序分量的步骤如下： 1) 采集STATCOM每条链子模块的直流电压，获取每条链的直流电压平均值； 2) 对所述每条链的直流电压平均值进行CLARKE变换，得到D轴分量A Vd。^ Q轴分 量 Avdc-q; 3) 将Avdc^P A Vtk q作为反馈量，分别与零参考值进行比较，经过PI调节器GJit 闭环控制，将闭环控制的输出量分别乘以与电网电压同相的单位正弦和余弦量sin?t和 cos ? t，得到不平衡控制所需的零序分量。
3. 根据权利要求2所述的基于零序分量注入的级联STATCOM不平衡控制方法，其特征 在于，所述级联STATCOM为星型拓扑，所述零序分量为零序电压控制量。
4. 根据权利要求2所述的基于零序分量注入的级联STATCOM不平衡控制方法，其特征 在于，所述级联STATCOM为角型拓扑，所述零序分量为零序电流控制量。
【专利摘要】本发明涉及STATCOM不平衡控制方法及其零序分量生成方法，采集STATCOM每条链子模块的直流电压，获取每条链的直流电压平均值；对所述每条链的直流电压平均值进行CLARKE变换，得到D轴分量和Q轴分量；以D轴分量和Q轴分量为反馈量，分别与零参考值进行比较，经过PI调节器做闭环控制，将闭环控制的输出量分别乘以与电网电压同相的单位正弦和余弦量sinωt和cosωt，得到不平衡控制所需的零序分量。本发明的方法实现简单且便于理解，控制效果优异，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】H02J3-18, H02J3-26
【公开号】CN104810835
【申请号】CN201510196420
【发明人】王先为, 冯宇鹏, 杨美娟, 李道洋, 吴金龙
【申请人】许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司, 国家电网公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月23日