級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法，其特征在于：通過(guò)PI控制器、靜止同步補(bǔ)償器和一階RC濾波電路對(duì)級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓形成閉環(huán)控制；Tf＝RfCf表示濾波電路的時(shí)間常數(shù)，Tdi是PI控制器的積分系數(shù)；當(dāng)Tf>Tdi時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓不穩(wěn)定；當(dāng)Tdi＝Tf時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓臨界穩(wěn)定；當(dāng)Tf<Tdi時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓趨于穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，電力工業(yè)得到了快速發(fā)展，針對(duì)一些特定場(chǎng)合傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置很難 滿(mǎn)足其應(yīng)用要求。作為一種新型的無(wú)功補(bǔ)償裝置，靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)采用級(jí)聯(lián)多電 平逆變技術(shù)，通過(guò)全橋或半橋模塊電路級(jí)聯(lián)可W較好地彌補(bǔ)單一器件耐壓不足的缺點(diǎn)，同 時(shí)具有易擴(kuò)展、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用十分廣泛。
[0003] 在實(shí)際應(yīng)用中，受觸發(fā)脈沖不一致、電力電子器件之間差異性等因素的影響，靜止 同步補(bǔ)償器各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè)電容電壓容易失衡。甚至有可能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件失去耐壓性， 威脅到補(bǔ)償器的安全運(yùn)行。因此，級(jí)聯(lián)多電平STATCOM的關(guān)鍵技術(shù)在于維持各級(jí)聯(lián)單元電容 電壓的穩(wěn)定性。目前，針對(duì)級(jí)聯(lián)多電平STATCOM直流側(cè)電壓的均衡控制，諸多學(xué)者進(jìn)行了相 關(guān)研究并取得了一定的成果。造成電容電壓不平衡的主要原因包括:開(kāi)關(guān)脈沖延時(shí)差異、混 合型損耗差異和并聯(lián)型損耗差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是提供一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè) 電壓的均衡控制方法，采用PI閉環(huán)實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓均衡控制。
[0005] 為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流 側(cè)電壓的均衡控制方法，通過(guò)PI控制器、靜止同步補(bǔ)償器和一階RC濾波電路對(duì)級(jí)聯(lián)多電平 靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓形成閉環(huán)控制;系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表示為：
[0006] G(S) =Gpi(s)Gc(s 化(S)
[0014] -階RC濾波電路反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：
[0007] 態(tài)紐的佑迸尿I掀棄完兩.
[000引
[0009]
[0010]
[00川 爭(zhēng)系數(shù)；
[0012] 器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：
[0013]
[0015]
[0016] 其中，Tf = Rf Cf表示濾波電路的時(shí)間常數(shù)，Rf為濾波電路的等效電阻，Cf為濾波電路 的等效電容；
[0017] 綜合W上各式，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)分別為：
[001 引
[0019]
[0020] 當(dāng)TfXTdi時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓不穩(wěn)定；當(dāng)Tdi = Tf時(shí)，級(jí)聯(lián)多 電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓臨界穩(wěn)定；當(dāng)TKTdi時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè) 電壓趨于穩(wěn)定。
[0021 ]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具備W下有益效果：
[0022] 本發(fā)明提供的一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法，將電 壓檢測(cè)中的濾波環(huán)節(jié)考慮進(jìn)去，基于能量平衡原理，采用PI閉環(huán)實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓均衡控 制。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的控制方法示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 本實(shí)施例W單相級(jí)聯(lián)STATCOM其為例，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償時(shí)直流側(cè)電容電壓的波動(dòng)進(jìn)行 分析。為便于分析可作如下假設(shè):各級(jí)聯(lián)單元的電容器狀態(tài)一致;不考慮電抗器的能量波動(dòng) 同時(shí)忽略變流器的損耗;電網(wǎng)的無(wú)功功率全部傳輸至直流側(cè)電容。
[00%]定義電容容量均為C，直流側(cè)電容電壓初始值為UdO, N為STATCOM級(jí)聯(lián)單元數(shù)，那么 電容器的初始蔚能畳Wn可表示為： 剛
(1)[0028] 無(wú)功功率瞬時(shí)值q可用二倍頻的交流量表示，即：
[0029] (2)
[0030] 式(2)中，O為電網(wǎng)角頻率;Iq為無(wú)功電流有效值;Us為電網(wǎng)電壓有效值。若電網(wǎng)周 期為T(mén)s,在0~l/4Ts時(shí)間內(nèi)，無(wú)功功率為正，直流側(cè)電容處于充電狀態(tài)，電容能量持續(xù)增加； 在1/4~l/2Ts時(shí)間內(nèi)，直流側(cè)電容處于放電狀態(tài)，其能量將陸續(xù)釋放。所W上述無(wú)功交換， 勢(shì)必導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓的波動(dòng)。在0~1 /4Ts時(shí)間內(nèi)，直流側(cè)電容能量變化量可表示為：
[0031]
說(shuō)[0032] 因此，l/4Ts時(shí)刻直流側(cè)電容總能景可表示為：
[0033] (4)
[0034] 根據(jù)公式(1)、（3)和(4)計(jì)算可得直流側(cè)電壓波動(dòng)量AUd為：
[0035] (巧
[0036] 綜上所述，級(jí)聯(lián)多電平STATCOM直流側(cè)電容電壓波動(dòng)為二倍頻分量，該二倍頻分量 幅值大小由直流側(cè)電壓初始值、電容容量、級(jí)聯(lián)數(shù)、無(wú)功電流、電網(wǎng)電壓共同決定。
[0037] 為保證直流側(cè)電容電壓瞬時(shí)功率平衡，基于能量平衡的原理，瞬時(shí)功率平衡方程 可W表示為：
[00；3 引
[0039] 其中u(t)為電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值;i(t)為電網(wǎng)電流瞬時(shí)值;Udi(t)為各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè) 電壓瞬時(shí)值;Ci為各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè)電容;L為STATCOM總電感。
[0040] 為便于分析，同樣作如下假設(shè):各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè)電壓變化一致;不考慮連接電感 和無(wú)功補(bǔ)償電流的影響?；谏鲜黾僭O(shè)直流側(cè)電壓主要受基波有功電流分量的影響，可用 下式進(jìn)軒要完.
[0041]
[0042] 式(7)中Ud(t)為各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè)電壓之和，C為各級(jí)聯(lián)單元直流側(cè)電容之和。鑒 于微分方程(7)的非線性，本文采用小信號(hào)分析法對(duì)其進(jìn)行線性化處理。如果不考慮變流器 的損耗，在電路穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近，直流側(cè)電壓無(wú)限接近設(shè)定值的，且有功電流Ip為零，即滿(mǎn) 足的，Ip = 0，dudAlt = 0。若加入小信號(hào)擾動(dòng)，貝賄：
[0043]
[0044]
[0045] 巧）
[0046] 對(duì)式(9)進(jìn)行拉氏變換，可得穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)處級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器的開(kāi)環(huán)傳 遞函數(shù)為：
[0047]
[004引 遞函數(shù)可表示為：
[0049]
[0050] 其中Kdp, Td汾別是PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。
[0051] 一般情況下，電壓-頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)調(diào)理常采用一階RC濾波電路，其反饋環(huán)節(jié)傳遞函 數(shù)可表示為：
[0化2]
[00對(duì)式（12)中Tf = RfC康示濾波電路的時(shí)間常數(shù)，Rf為濾波電路的等效電阻，Cf為濾波 電路的等效電容。
[0054] 級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法如圖1所示，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(S)可表示為：
[0055] G(s)=Gpi(s)Gc(s 化（S) (13)
[0056] 另外，閉環(huán)傳遞函數(shù)O (S)可表示為：
[0化7]
[0化引
[0化9]
[0060]
[0061] 若將濾波環(huán)節(jié)考慮在內(nèi)，那么級(jí)聯(lián)STATCOM直流側(cè)電容電壓控制系統(tǒng)則是一個(gè)典 型=階系統(tǒng)，其特征方程可表示為：
[0062]
[0063] 根據(jù)勞思-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)，=階系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為：
[0064]
[0065] 由方程組（18)可得系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為:濾波環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)小于PI控制器 積分時(shí)間常數(shù)，即TKTdi。
[0066] 同時(shí)，經(jīng)過(guò)根軌跡分析可知：當(dāng)Tf〉Tdi時(shí)，共輛復(fù)數(shù)根位于S平面右半側(cè)，系統(tǒng)不穩(wěn) 定；當(dāng)Tdi = Tf時(shí)，共輛復(fù)數(shù)根位于虛軸上，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定；當(dāng)Tf<Tdi時(shí)，共輛復(fù)數(shù)根位于S平面 左半側(cè)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。
[0067] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓的均衡控制方法，其特征在于:通過(guò)PI 控制器、靜止同步補(bǔ)償器和一階RC濾波電路對(duì)級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓形成 閉環(huán)控制;系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表示為： G(s) =Gpi(s)Gc(s 化（S) 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)表示為：其中，PI控制器的傳遞函數(shù)為：Kdp，Tdi分別是PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)； 穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)處級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：一階RC濾波電路反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其中，Tf = RfCf表示濾波電路的時(shí)間常數(shù)，Rf為濾波電路的等效電阻，Cf為濾波電路的等 效電容； 綜合W上各式，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)分別為：當(dāng)Tf^di時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓不穩(wěn)定；當(dāng)Tdi = Tf時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平 靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓臨界穩(wěn)定；當(dāng)TKTdi時(shí)，級(jí)聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器直流側(cè)電壓 趨于穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK105846450SQ201610395616
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】莊建煌, 陳晶騰, 周靜, 陳永華, 王銳鳳, 李萌鋒, 黃少敏, 陳炳貴, 王普專(zhuān)
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司莆田供電公司