基于电流反馈校正优化的级联型STATCOM无功补偿控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流反馈校正优化的级联型STATCOM无功补偿控制方法，采用电压电流双闭环控制方式，外环电压采用PI控制调节的方法，内环电流控制基于模型预测、滚动优化和反馈校正的方法，在进行输出电流值预测的过程中对每相总的输出电平进行了最优预测，并对各级连模块的开关状态进行了最优分配，且对于每个模块左右桥臂的开关动作次数均衡，从而使各模块每个桥臂的开关损耗均衡，降低了开关器件的开关频率，而且避免系统受连接电抗易于饱和、采样延时和IGBT驱动存在死区延时等因素的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于预测电流反馈校正优化的级联型STATCOM的无功补偿控制方法。
技术介绍
电能是现代社会的主要能源之一，也是最方便、最重要的能源，直接关系着国家发展和人民生活，电能质量的优劣影响着整个国民经济的命脉，因此，保证安全可靠地供电是对电力系统运行的首要要求。电力系统由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备组成，有功功率和无功功率是电力系统中两种能量的表达形式。有功功率是将电能转换为其他形式的能量消耗掉的电功率，例如日光灯将电能转换为光能等。而无功功率相对抽象，在电力系统中，众多电气设备是根据电磁感应原理制成的，例如变压器，感应电动机，生活中的家用电器如电风扇，空调，冰箱等，其工作过程依赖于交变磁场，才能实现能量传递和转换，用于建立交变磁场和感应磁通所需的电功率就是无功功率。无功功率不对外做功，但并不是无用的功率。有功功率的传输离不开无功功率的支持，可见，无功功率对于整个电力系统具有重要的意义，其对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：(1)无功功率与系统运行电压相关，电压是衡量电能质量的主要指标之一，通常要求电压应该在电压偏移，电压不平衡，电压波动和闪变，电压谐波等方面满足国家有关标准；(2)无功功率会影响网络损耗，线路通常都是要消耗无功功率的，变压器的无功功率损耗在电力系统中也占有不小的比重，因此无功功率通常情况下都不宜大量传输，要对无功功率进行合理的配置、管理和优化，实现电力系统的经济运行；(3)无功功率也会影响电力系统功角稳定性，可以看出，无功功率对于电力系统是十分重要的，大多数负荷所需的无功功率必须从网络中的某个地方获取，这些无功功率都由发电机提供并经由长距离输送是不合理的，合理的方式是根据需求按无功功率就地平衡的原则增加必要的无功补偿装置。因此实行无功功率的补偿能够提高系统的稳定性，抑制系统的电压波动和闪变，减少发、供电设备的设计容量，减少投资，能够降低网络损耗，实现经济运行。电网中的无功补偿从补偿的目的来划分的话，可以分为系统补偿和负荷(包括配电网)补偿。系统补偿的主要目的是为了提高输电网的传输容量、改善电网的稳定性；负荷补偿的主要目的是为了提高系统的功率因数和供电质量、减少线路损耗等。随着电网电压等级的升高和对高压大功率无功补偿装置的需求，研究大功率高压静止无功补偿器(STATCOM) 技术及其工程实现对于稳定电网电压和减少输配电线路的功率损耗有着至关重要的意义。级联式多电平结构是一种实现高压大功率的方法，每相由若干功率单元串联而成，级联式多电平结构是采用单相两电平全桥(H桥)或半桥等作为基本功率单元进行串联叠加，该结构与其他钳位式多电平等结构相比具有输出相同电平时所需器件少，无需钳位器件，容易实现模块化，易于扩展等优势，对于高压大功率系统的无功补偿具有较广的应用领域。级联式STATCOM在全世界范围内均具有极其重要的示范意义和广阔的推广应用前景。内环电流的控制方法目前比较成熟的有：无差拍、比例谐振控制器、功率前馈，等等。较简单的控制方法，如无差拍控制，对系统无功电流的跟踪补偿性能受数字电路延时和连接电感易于饱和等因素的影响，存在较大的跟踪误差；而较为复杂控制方法含有较多的控制参数，参数受稳定性影响，在设置时要一一考虑取值对整体系统的稳定性，算法分析较复杂，在工程上难以实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的算法参数复杂和易受电路参数影响的缺点，提供一种预测电流反馈校正优化的级联型STATCOM无功补偿控制方法，解决系统中的无功负载产生的无功电流对中、高压电网造成的电能质量问题，在保证控制系统稳定性良好的前提下，建立并网输出电流的预测模型和级联功率单元的开关状态与直流侧电压之间的算术关系，将电压控制与电流控制相结合，实现级联STATCOM对电网无功电流的补偿作用。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于预测电流反馈校正优化的无功电流补偿控制方法，这种补偿方法采用滚动在线优化的方法，通过控制级联单元的输出电平使并网输出电流无静差跟踪指令值，且仅对一个采样时刻内的变量进行操作，在下一个采样时刻又重新求解新的控制量，省去了大量控制环节参数选定的操作。本专利技术解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：1)构造级联型STATCOM直流侧和交流侧能量交换的数学模型，如下： L di c x d t = u s x - Q x u d c x _ a v g - Ri c x , ( x = a , b , c ) ]]>上式中，icx(x＝a,b,c)为各相交流侧并网输出电流的采样值，L和R分别为输出电感和电阻值,usx(x＝a,b,c)为电网正弦电压量,Qx(x＝a,b,c)为各相所有级联模块总的输出电平数， 为每相所有级联模块直流侧电容电压的平均值，并对该方程 进行一阶前向离散化处理。2)通过对1)中的一阶离散化表达式进行变换可得到k+1时刻的输出电平预测值Q′x(k+1)(x＝a,b,c)的表达式，对其取整后，针对稳定运行条件下的级联型STATCOM装置，进而得到下一时刻的输出电平数Qx(k+1)进一步优化得有限控制集Qx(k+1)，再将Qx(k+1)中的电平数集合依次代入1)中的一阶前向离散化方程中，分别得到在不同输出电平下的k+1时刻的输出电流预测值icx(k+1|k)的有限控制集。分别输出电流预测值与指令值iref_x(k+1)比较，选择其中差值最小的作为该函数的最优解，则其对应的预测电流值和预测电平数则为k+1时刻的最佳选择；3)直流侧电压控制采用总电压和模块电压的分层控制模式，外层先对每相所有级联模块的总电压进行PI控制，内层利用2)所算出的最优输出电平数Qx(k+1)(x＝a,b,c)对各级连模块进行电平分配，控制其开关量的变化；4)在k时刻将电流的实际采样值icx(k)(x＝a,b,c)与在k-1时刻预测的估计值icx(k|k-1)(x＝a,b,c)进行对比产生偏差信号e(k)，利用该信号对下一时刻的电流偏差信号e(k+1|k)进行预测并将其转化为直流侧的电压残差能量，利用各模块的直流侧电压对该偏差信号进行补偿，并将模块的开关量叠加到上述第3)步所得出的开关量变化上，作为各模块最终的开关控制信号，用于驱动IGBT；步骤3)包括以下步骤：外层电压控制，即将各相所有级联单元的直流侧电压之和与参考值之差进行PI控制，得到的误差信号与PL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于预测电流反馈校正优化的级联型STATCOM无功补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以STATCOM单相为例，构造直流侧和交流侧能量交换的数学模型，如下：Ldicxdt=usx-Qxudcx_avg-Ricx,]]>其中，icx为级联型STATCOM各相交流侧的输出电流，L和R分别为输出电感和电阻值，usx为电网正弦电压量，Qx为级联型STATCOM各相所有级联模块的总输出电平数，为每相所有级联模块直流侧电容电压的平均值，对进行一阶前向离散化，并利用k时刻的输出电流采样值icx(k)推导出k+1时刻的电流值icx(k+1|k)；其中x为相序号，x＝a,b,c；2)通过控制级联型STATCOM的输出电平数Qx得到下一采样时刻的并网电流值，利用当前时刻的输出电平数Qx(k)预测出下一时刻的输出电平数集合Qx(k+1)，并利用并网电流的性能评估函数对下一时刻的输出电平数进行最优选定，得到最优输出电平数；3)对每相所有级联模块的总电压进行PI控制，利用步骤2)计算出的最优输出电平数Qx(k+1)对各级联模块进行电平分配，控制各级联模块开关量的变化；4)在k时刻将电流的实际采样值icx(k)与在k‑1时刻预测的估计值icx(k|k‑1)进行对比，产生偏差信号e(k)，利用该信号对下一时刻的偏差信号e(k+1|k)进行预测，并将该偏差信号e(k+1|k)转化为直流侧的电压残差能量，利用各级联模块的直流侧电压对e(k+1|k)进行补偿，并将级联单元的开关量叠加到上述第3)步得出的开关量变化上，作为各级联模块最终的开关控制信号，用于驱动各级联模块的开关管。...

【技术特征摘要】
1.一种基于预测电流反馈校正优化的级联型STATCOM无功补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以STATCOM单相为例，构造直流侧和交流侧能量交换的数学模型，如下： L di c x d t = u s x - Q x u d c x _ a v g - Ri c x , ]]>其中，icx为级联型STATCOM各相交流侧的输出电流，L和R分别为输出电感和电阻值，usx为电网正弦电压量，Qx为级联型STATCOM各相所有级联模块的总输出电平数，为每相所有级联模块直流侧电容电压的平均值，对进行一阶前向离散化，并利用k时刻的输出电流采样值icx(k)推...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，岳雨霏，马伏军，徐千鸣，周发云，黄旭程，孟浩，丁红旗，易伟浪，杨晴天，贺西，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43