电网不对称故障下基于级联STATCOM的优化电压支撑控制方法与流程

本发明涉及微电网，具体涉及电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法。

背景技术：

1、随着各式各样的能源经过电力电子设备接入大电网，当电网出现电压跌落现象时，并网逆变器将可能存在电流超限、电压支撑能力弱等一系列问题。在极端情况下，逆变器甚至发生离网现象，对电网的电压和频率的稳定以及安全运行都有很大的影响。目前对星型级联h桥系统的低电压穿越研究，大多是解决电网电压不平衡状态时逆变器出现的相间有功功率不平衡问题，有功功率在相间的不平衡流动会严重影响级联h桥系统的稳定运行。对于级联statcom来说，不平衡功率可能会造成直流侧电容电压的改变，某相直流侧电容电压偏高而另一相直流侧电容电压偏低，使得半导体电压应力提高、过调制以及交流侧电压电流总谐波失真(total harmonic distortion,thd)加剧，甚至可能使发生器超过工作极限导致故障。

2、在以往的电压支撑研究中，已经有许多只通过提供无功功率来支撑电压的案例，但这些方法多是通过比例系数调节无功，不够灵活，而且忽略了并网电阻的作用以及并网点不平衡因数的改变。不仅如此，已有的无功优化支撑方案由于会对功率再平衡策略造成影响也无法很好的应用于级联statcom。因此，本发明提出了适用于级联statcom的优化电压支撑控制策略，根据其无法提供有功功率的特点合理的设计正负序电流。最后采用较为通用的零序电压法来对其进行相间功率再均衡控制，提高系统的低电压穿越能力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的问题是提供电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法。在满足系统总的输出有功功率为0前提下，对注入电网的正、负序电流进行相关设计，达到了最优电压支撑的控制目标。研究表明，注入系统的参考电流与故障情况下电网的电压不平衡系数和并网阻抗密切相关。针对正序和负序电流注入可能造成的电流幅值过高问题，对电流峰值进行限制，以保证逆变器的安全运行。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，包括如下步骤：

3、s1：根据注入电网的瞬时有功和无功表达式代入正负序电压和电流表达式，去掉功率振荡项，得到正序有功功率p+、负序有功功率p-、正序电压幅值v+、负序电压幅值v-、正序有功电流幅值ip+、负序有功电流幅值ip-、正序无功电流幅值iq+、负序无功电流幅值iq-、正序无功功率q+、负序无功功率q-之间的关系式；

4、s2：设置约束条件为正序有功功率p+和负序有功功率p-之和为0，将所述约束条件代入s1中，得到正序有功电流幅值ip+和负序有功电流幅值ip-，正序无功电流幅值iq+和负序无功电流幅值iq-之间的关系表达式；

5、s3：将s2的关系表达式代入pcc点的瞬时电压表达式得到正序电压表达式和负序电压表达式；

6、s4：根据正序电压表达式和负序电压表达式建立模型，通过电压支撑法求解正序电流最大值

7、s5：对求得的正序电流最大值进行验证，得到注入电流值；

8、s6：对注入电流值进行峰值限制。

9、在本发明中，优选地，对求得的正序电流最大值进行验证具体为通过正序电流最大值计算得到三相电流幅值i(a,b,c)max，与设定峰值电流imax进行比较，若i(a,b,c)max＜imax，则令注入电流值等于正序电流最大值若i(a,b,c)max＞imax，则令注入电流值为i+maxref＝d×i+max，其中，i(a,b,c)max表示为三相电流幅值，imax表示为峰值电流，d表示衰减系数。

10、在本发明中，优选地，s1中的注入电网的瞬时有功和无功表达式为

11、

12、在本发明中，优选地，s2中正序有功电流幅值ip+和负序有功电流幅值ip-的关系表达式为正序无功电流幅值iq+和负序无功电流幅值iq-之间的关系表达式为

13、在本发明中，优选地，采用所述电压支撑法注入电网的电流表达式为(ip+)*＝i+maxcosδ，(iq+)*＝i+maxsinδ，δ＝atan2(ωlg,rg)，其中rg与lg表示等效并网阻抗，δ表示并网阻抗角。

14、在本发明中，优选地，对注入电流值进行峰值限制具体为

15、

16、其中，u*表示注入电流后的电网不平衡因数，表示正序电流与负序电流的相位差，i(a,b,c)为三相电流幅值，令max{ia,ib,ic}≤imax以限制注入电流值。

17、在本发明中，优选地，pcc点的瞬时电压表达式为v+＝rgip++ωlgiq++vg+，v-＝rgip--ωlgiq-+vg-。

18、在本发明中，优选地，正序有功电流幅值ip+、负序有功电流幅值ip-、正序无功电流幅值iq+、负序无功电流幅值iq-为注入电流矢量i分解得到的四个分量，注入电流矢量i与四个分量之间的对应关系表达式为：i＝ip++ip-+iq++iq-

19、

20、本发明具有的优点和积极效果是：在满足级联h桥statcom正序有功功率和负序有功功率的和为0的功率条件约束的基础上，合理设计注入电网的正负序电流，支撑并网点电压，同时注入的电流幅值限制在安全范围以内以保证设备可靠运行。最后，在级联statcom系统各相交流输出侧注入零序电压来均衡各相功率，稳定电容电压，防止直流侧过欠压而导致的系统无法正常运行的情况发生。本发明的有益效果是提高了级联h桥statcom的低电压穿越能力，避免其在电网故障前后反复并/离网，减少对电网的冲击，增强在电网故障下设备的稳定性和可靠性。本发明考虑了并网电阻的作用以及并网点不平衡因数的改变，比较灵活，无功优化电压支撑法能很好地与功率再平衡策略协同作用，很好地应用于级联statcom。

技术特征：

1.电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，对求得的正序电流最大值进行验证具体为通过正序电流最大值计算得到三相电流幅值i(a,b,c)max，与设定峰值电流imax进行比较，若i(a,b,c)max＜imax，则令注入电流值等于正序电流最大值若i(a,b,c)max＞imax，则令注入电流值为i+maxref＝d×i+max，其中，i(a,b,c)max表示为三相电流幅值，imax表示为峰值电流，d表示衰减系数。

3.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，s1中的注入电网的瞬时有功和无功表达式为

4.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，s2中正序有功电流幅值ip+和负序有功电流幅值ip-的关系表达式为正序无功电流幅值iq+和负序无功电流幅值iq-之间的关系表达式为

5.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，采用所述电压支撑法注入电网的电流表达式为(ip+)*＝i+maxcosδ，(iq+)*＝i+maxsinδ，δ＝atan2(ωlg,rg)，其中rg与lg表示等效并网阻抗，δ表示并网阻抗角。

6.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，对注入电流值进行峰值限制具体为其中，u*表示注入电流后的电网不平衡因数，表示正序电流与负序电流的相位差，i(a,b,c)为三相电流幅值，令max{ia,ib,ic}≤imax以限制注入电流值。

7.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，pcc点的瞬时电压表达式为v+＝rgip++ωlgiq++vg+，v-＝rgip--ωlgiq-+vg-。

8.根据权利要求1所述的电网不对称故障下基于级联statcom的优化电压支撑控制方法，其特征在于，正序有功电流幅值ip+、负序有功电流幅值ip-、正序无功电流幅值iq+、负序无功电流幅值iq-为注入电流矢量i分解得到的四个分量，注入电流矢量i与四个分量之间的对应关系表达式为：

技术总结
本发明提供电网不对称故障下基于级联STATCOM的优化电压支撑控制方法，当电网发生故障时，在满足级联H桥STATCOM正序有功功率和负序有功功率的和为0的功率条件约束的基础上，合理设计注入电网的正负序电流，支撑并网点电压，同时注入的电流幅值限制在安全范围以内以保证设备可靠运行。最后，在级联STATCOM系统各相交流输出侧注入零序电压来均衡各相功率，稳定电容电压，防止直流侧过欠压而导致的系统无法正常运行的情况发生。本发明的有益效果是提高了级联H桥STATCOM的低电压穿越能力，避免其在电网故障前后反复并/离网，减少对电网的冲击，增强在电网故障下设备的稳定性和可靠性。

技术研发人员：刘颖,赵栩菲,王挺,赵永兴
受保护的技术使用者：林源电力（南京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14