一种静止无功补偿器在电网非对称故障下的控制方法
【专利摘要】本发明涉及静止无功补偿器在电网非对称故障下的控制方法，属于电力系统的电网稳定控制【技术领域】；该方法考虑了电网并网点电压不对称时串联单相桥式静止无功补偿器内三相产生环流的条件以及环流对直流电容电压的影响特性，采用按照各相电网电压的比例设定无功参考电流的方法，防止电网发生非对称故障时静止无功补偿器三相电容电压失衡以及过流，确保装置持续稳定运行。该方法物理意义明晰、实现简单、性能优异，所涉及的静止无功补偿器在电网非对称故障下的控制方法应用于大电网动态无功补偿设备控制时，可在提高静止无功补偿器的安全运行范围，提高电网暂态电压稳定性。
【专利说明】一种静止无功补偿器在电网非对称故障下的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统的电网稳定控制【技术领域】，特别涉及一种静止无功补偿器在电网非对称故障下的装置电流控制方法。
【背景技术】
[0002]以可关断器件(IGBT，IGCT)为开关器件的静止无功补偿器(STATCOM)是现代电力电子技术在电力系统中的典型应用，可以帮助电网实现动态无功连续调节、提高电网电压稳定水平、抑制线路低频功率振荡，是电网实现可控化和智能化的主要手段之一。串联单相桥式静止无功补偿器的电路结构如图1所示，每相由若干个单相全桥逆变器首尾串联而成，可根据需要将三相连接成三角型或者星型。与传统结构的静止无功补偿器相比，串联单相桥式静止无功补偿器具有谐波小、无需变压器、占地小、易于扩展等优点，在高电压、大容量场合，静止无功补偿器的主电路以串联单相桥式结构为主。
[0003]电网发生不对称故障时，会造成电网电压的频率、相位发生扰动，或者电压不平衡以及幅值突降等工况这些异常工况的出现。电网电压异常很容易造成静止无功补偿装置的过流，危害装置安全。传统STATCOM在异常工况尤其是系统电压不对称时，通常采用封锁脉冲，退出运行的措施以保护装置，等待系统恢复正常时再重新投入。然而电网故障期间通常是最需要STATCOM提供动态无功支撑、防止电压崩溃的时候，装置封锁脉冲后退出运行则完全无法提供无功，使得装置对电网稳定的支撑作用大大下降。研究电压不对称时STATCOM的控制策略，保证装置在异常工况下持续稳定运行，可以大大拓宽装置的安全运行区，在系统最需要的时候提供动态无功支撑，充分发挥STATCOM的效用。
[0004]电网非对称故障时STATCOM的控制与保护要面对的主要问题，是不平衡系统电压下装置的运行特性与控制方法的研究。系统电压不平衡时，若STATCOM的逆变器只输出正序电压，则相当于给系统负序电压提供了一个小阻抗的通路，产生大量的负序电流危害装置的安全，并在直流电容上造成较大电压纹波，引起输出电压和电流的畸变。链式STATCOM和多重化结构STATCOM主电路的差异使得它们在运行特性上有较大区别:多重化结构STATCOM通常采用三相共用电容的逆变器，注入电容的功率为三相功率之和；而链式STATCOM三相电容是分离的，注入电容的功率仅为该相电压电流乘积,原来通过三相加和可以消去的一些功率成份现在被保留下来分别注入三相电容中，最主要的是无功功率成份。为抑制每相吸发大量无功时的引起的电容电压纹波，需要选取容值较大的电容，这赋予了链式STATCOM承受较大不平衡电压的能力。然而，在系统电压不平衡时，注入三相电容的功率还可能存在有不同大小的有功分量，控制方式不合理将会引起电容电压失稳乃至崩溃，这些特性是多重化STATCOM中所没有的。因此，针对多重化STATCOM的控制方法不能直接套用到链式STATCOM中。本发明专利充分考虑链式STATCOM与多重化结构STATCOM的区别，从能量的角度研究系统电压不平衡时装置的运行特性，分析装置可持续稳定运行的条件，据此提出一种电网非对称故障下静止同步补偿器的优化控制方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决电网发生非对称故障时，串联单相桥式静止无功补偿器由于控制不当引起过流和闭锁的问题。在充分考虑了电网并网点电压不对称时串联单相桥式静止无功补偿器内三相产生环流的条件以及环流对直流电容电压的影响特性的基础上，提出采用按照各相电网电压的比例设定无功参考电流的方法。该方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异等特点，本发明所涉的静止无功补偿器在电网非对称故障下的控制方法应用于大电网动态无功补偿设备控制时，可在提高静止无功补偿器的安全运行范围，提高电网暂态电压稳定性。
[0006]本发明提出的一种静止无功补偿器(STATCOM)在电网非对称故障下的控制方法，其特征在于:对于串联单相桥式静止无功补偿器，当电网发生非对称故障时，静止无功补偿器接入电网点的三相电压为不对称状态。控制静止无功补偿器各相输出的无功电流与该相电网电压成正比，以确保串联单相桥式静止无功补偿器的三相直流电容电压均衡，装置内部没有环流，可以持续稳定运行。
[0007]该方法具体包括以下步骤:
[0008]I)在一个控制周期到来时，实时测量静止无功补偿器接入电网点的三相电压瞬时值V^Vb。、、，经过锁相环计算得到三相电压相位少ab' <Pbc、U计算三相电压的幅值Vab、Yu Λ V.v be Λ v ca ?
[0009]2)设定串联单相桥式静止无功补偿器三相电容电压的参考值Udc ab ,ef、UDC bc_ref,UDC—ea—ref。测量三相电容电压UDC—ab、UDC—bc、UDC ca0三相电容电压的参考值与测量值之差经过一个PI调节器计算得到控制直流电容电压的三相相位偏差S ab、δ b。、δ Ca0 PI调节器的传
递函数为，其中S为复频率，Kv和Tv分别为比例系数和积分时间常数；
[0010]3)计算三相电流参考值的相位角Θ ab、Θ b。、Θ ea，其计算公式如下:
[0011]
【权利要求】
1.一种静止无功补偿器(STATCOM)在电网非对称故障下的控制方法，其特征在于:对于串联单相桥式静止无功补偿器，当电网发生非对称故障时，静止无功补偿器接入电网点的三相电压为不对称状态。控制静止无功补偿器各相输出的无功电流与该相电网电压成正t匕，以确保串联单相桥式静止无功补偿器的三相直流电容电压均衡，装置内部没有环流，可以持续稳定运行。该方法具体包括以下步骤: 1)在一个控制周期到来时，实时测量静止无功补偿器接入电网点的三相电压瞬时值Vab> Vbc> Vea,经过锁相环计算得到三相电压相位<Pbc、^?1，计算三相电压的幅值vab、Vu、V.v be Λ ν ca ? 2)设定串联单相桥式静止无功补偿器三相电容电压的参考值UDC—abMf、UDC_bc_ref, UDC ca—refo测量三相电容电压TO—ab、uDC—be、UDC—ea。三相电容电压的参考值与测量值之差经过一个PI调节器计算得到控制直流电容电压的三相相位偏差Sab、5bc> 5ca0 PI调节器的传递函数为:Kv +Y~S ,其中S为复频率，κν和Tv分别为比例系数和积分时间常数； 3)计算三相电流参考值的相位角0ab、0b。、Θμ，其计算公式如下:
【文档编号】H02J3/18GK103986169SQ201410231225
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】杨银国, 林建熙, 易杨, 谭伟, 袁志昌, 李力, 吴国炳, 辛拓, 陈睿, 段秦刚 申请人:广东电网公司电力调度控制中心, 清华大学