一种h桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电网补偿器控制方法，特别是设及一种H桥级联电网静止无功补 偿器的分散控制方法。
【背景技术】
[0002] 静止无功补偿装置（StaticSync虹onousCompensator,STATC0M)属于新一代无 功功率补偿装置，是柔性交流输电系统FACTS家族中的一个重要成员。具有响应速度快、谐 波电流小、可连续调节无功功率、装置体积小、损耗低等优点，在电网发生故障或突增负荷 时，能够动态快速地提供电压支撑，提高系统安全稳定水平，减少低压释放负荷数量，防 止因暂态电压崩溃导致的大面积恶性停电事故，同时还可W发挥抑制电压闪变、阻巧系统 振荡、改善电能质量等作用。
[0003] H桥级联多电平结构是实现高压大容量STATC0M的重要拓扑结构，由直流侧相互 独立的全桥模块串联组成。与变压器多重化结构相比，该结构省略了变压器，节约了成本， 但阀组间的直流侧电压不平衡W及每相阀组内部各模块直流侧电容电压不平衡是H桥级 联STATC0M需要解决的首要问题。
[0004] 目前，已有一些直流侧电压平衡控制的方法应用到了级联STATC0M中，且 取得了 较好的性能，有文献SummersT，BetzR，MirzaevaG.Phaselegvoltage balancingofacascadedH-BridgeconverterbasedSTATCOMusingzerosequence injection[C]//13thEuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications. Barcelona,Spain;I邸E，2009 针对H桥级联STATCOM提出了一种基于零序电压的方 法，但该方法未考虑电网侧的不平衡因素，且调节能力较弱，运用在级联型并网逆变器中具 有局限性；还有文献级联STATCOM直流侧电压平衡控制方法[J].电机与控制学报，2010， 14(11) ;31-36,中提出通过交换触发脉冲，使每相内各模块的导通时间达到平衡，但随着H 桥模块个数的增加，电压的比较环节和脉冲的轮换一定会造成控制脉冲滞后于外部负荷情 况，不能达到实时无功电流补偿的要求。
[0005] 现有的主电路拓扑结构，H桥级联多电平STATCOM在设备容量、电压等级、等效开 关频率W及谐波特性方面都优于两电平STATCOM,是研究的热点和发展的重要方向。见文 献；级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法[J].电网技术，2013, 37巧）：2632-2635。 其拓扑结构特别适合应用于高压大容量STATCOM领域。其主电路拓扑结构如图1所示。 [000引采用立相立线制，立相H桥通过星型连接，每相由n个H桥模块串联组成，各 模块间直流侧电容相互独立。图中：连接电抗为王；iWx为S相电源电压； t。、t为S相电源电流；《~为STATC0MS相输出电压；t、4、为STATCOM的补偿电流；心！U，4;'为S相负载电流W。
[0007] STATCOM与电网间的功率交换可通过改变级联STATCOM输出电压的大小和相位来 实现。将测得的电压和电流信号送入STATCOM控制器与参考值进行比较，控制器则根据本 发明提出的控制方法，为逆变器的开关器件输出触发控制信号。
[0008]STATC0M实际工作过程中，电压环的控制，交流侧需要向直流侧传递少量的有功功 率W补偿电容和开关器件的有功损耗。而各逆变单元参数存在差异，致使每个单元需要的 有功补偿量不同，由于每相各逆变单元是串联结构即各逆变单元输出电流相等，所W传统 控制方法只能做到各逆变单元吸收相等的有功功率补偿量，补偿量相等而损耗量又不相同 必然会使一些单元直流电压升高另一些降低，见文献出桥级联STATC0M直流电容电压平衡 控制研究[J].电力电子技术，2014,48 (1) : 39-40。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，该方 法采用上位机与下位机相结合的结构，上位机实现交流侧电压、电流双闭环控制，下位机实 现直流侧各模块电容电压的均衡控制。实验结果验证了该控制方法有效。
[0010] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的： 一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述方法包括W下控制程序： 采用分散控制方法，即上位机集中控制与下位机控制相结合的控制方式，H桥级联变 换器的开关控制采用CPS-SPWM技术，无功检测部分采用基于瞬时无功功率理论的闭环检 测电路；整个系统的控制包括交流侧用PI控制实现电流环、电压环和直流侧均压控制两部 分；经过电压外环对无功指令的调整使STATC0M各相的总的直流电压、稳定在指定值，在单 相直流侧总电压得到控制的前提下对单相各模块的直流侧电容电压实现均压控制；电流 内环的控制对控制器采用PI控制，计算系统前向的开环传递函数为Gi。（S);电压环的控 制对交流侧需要向直流侧传递少量的有功功率，补偿电容和开关器件的有功损耗；各逆变 单元参数存在差异，每个单元的有功补偿量不同，由于每相各逆变单元是串联结构，即各逆 变单元输出电流相等，因此对直流侧电压进行控制，电压外环等效模型的开环传递函数为 Gy。做；直流侧电容均压控制对逆变器单元一单相全桥交流侧输出电压叫。1，直流侧电容电 压的波动与输入该单相全桥的有功相关，交流侧输出电压可控，故而检测交流侧的电流 i，控制输入单相全桥直流侧的能量，由控制流入单相全桥的有功来控制逆变器直流侧的电 压值。
[0011] 所述的一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述电压环和直流侧 均压控制两部分，上位机控制实现对电网中瞬态变化的无功电流的快速跟踪和准确计算， 快速准确的向下位机提供各相需要补偿的无功电流指令，下位机接收到上位机的无功电流 指令后，根据当时STATC0M的输出无功电流算出需要修正的无功电流指令iha。
[0012] 所述的一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述
[0013] 所述的一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述电流内环的控制 对控制器采用PI控制，并联电感为以为逆变器的开关动作延时，T。为采样系统的反馈和 采样延时，化wm代表逆变器的放大倍数，Kp和Ki分别为电流环PI的比例系数和积分系数。 所述的一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述电压环的控制，电压 外环等效模型的开环传递函数Gy。(巧为：
其中Tw为信号采集和反馈的延迟时间。
[0014]所述的一种H桥级联电网静止无功补偿器的分散控制方法，所述直流侧电容均压 控制方法，计算电容电压与指定值之间的差值AUd。，经过PI控制器得到下位机调制波的修 正量AG，再根据电流的方向判断应该提高还是降低逆变器单元的输出电压，之后将扰动量 叠加到上位机发给该逆变器单元的调制波上，实现对直流侧电容电压控制。
[0015]本发明的优点与效果是： 本发明提出一种基于上位机（DSP)和下位机（DSP+FPGA)相结合的分散控制方法，上 位机DSP用于电压、电流双闭环控制算法，下位机用于实现各模块的直流电容电压均衡控 制并产生本模块的载波相移正弦脉宽调制脉冲，该种方法的系统结构合理，动态响应快速， 可靠性更高。仿真和实验验证了拓扑结构与控制策略的可行性与有效性，能够较好地进行 无功补偿。基于分散控制策略的H桥级联STATC0M具有良好的动、静态性能，响应速度快， 谐波含量少，输出特性良好，可W有效解决级联STATC0M中直流侧相间电压和相内各模块 电容电压的平衡问题，具有很高工程实用价值。
【附图说明】
[001引图1为H桥级联STATC0M主电路结构图； 图2为H桥级联STATC0M总体控制框图； 图3为电流环等效模型图； 图4为电压环等效模型图； 图5为逆变器单元直流侧均压等效模型图； 图6为直流侧S相电容电压图； 图7为网侧相电压与相电流仿真波形图； 图8为试验样机图片； 图9 (a)为逆变输出九电平电压图； 图9 (b)为逆变输出电压滤波后波形图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
[001引本发明H桥级联STATC0M的控制方法，包括W下过程： 1分散控制方法 H桥级联变换器的开关控制采用CPS-SPWM技术。无功检测部分采用基于瞬时无功功率 理论的闭环检测电路