一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法技术

本发明专利技术属于电压源换流器技术领域和动态无功补偿技术领域，尤其涉及一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法。本发明专利技术方法根据运行工况生成三相桥臂功率单元电容电压波动估算值，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中。在输出容性无功电流的情况下，电容电压纹波再生分量与桥臂输出参考电压同相位，可以起到提高桥臂输出电压的作用。桥臂输出电压的提高程度与功率单元电容电压纹波大小相关。本发明专利技术方法大幅度降低链式静止无功发生器的开关器件用量和电容用量，大幅降低装置的成本和体积。

【技术实现步骤摘要】
一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法
本专利技术属于电压源换流器
和动态无功补偿
，尤其涉及一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法。
技术介绍
基于电压源换流器的静止无功发生器(STATCOM)能够以很快的响应速度输出动态无功电流，提高系统的动态无功支撑能力，从而提高系统电压稳定性。在用户侧也可以通过STATCOM提高功率因数或者补偿不对称负荷，从而提高电能质量。链式换流器是通过全桥功率单元级联的一种多电平换流器拓扑结构，具有容易实现大电平数目的特点，从而易于实现高压大容量。链式换流器还具有谐波特性好和易于模块化实现等特点。目前链式换流器已经成为中高压STATCOM最为普遍的换流器型式。在链式静止无功发生器中，每个桥臂是由N个功率单元级联构成，每个功率单元的电容电压直流分量为Ucap，桥臂功率单元电容电压之和Udc＝N×Ucap。桥臂的交流电压输出能力决定了链式静止无功发生器的功率输出范围。桥臂交流电压有效值Uarm与桥臂功率单元电容电压之和的关系可以利用调制比M描述，即当无三次谐波注入时，调制比M最大可以达到1.0。因此，在已有设计方式中，通常认为桥臂的交流输出电压最大可以达到桥臂所需输出的最大交流电压Uarm(max)是根据链式静止无功发生器所连接的交流电网电压、链式静止无功发生器与交流电网之间的连接电感值以及链式静止无功发生器所需输出的最大无功电流计算得到的。在桥臂所需输出的最大交流电压Uarm(max)确定后，就可以通过级联功率单元N和功率电压电容电压Ucap的选择，使链式静止无功发生器桥臂输出电压最大能够达到Uarm(max)。级联功率单元N和功率电压电容电压Ucap的选择也是决定链式静止无功发生器的成本和体积的关键因素。但是，在已有链式静止无功发生器的设计和计算方式中，只考虑了功率单元电容电压的直流分量，没有考虑到功率单元电容电压波动对链式静止无功发生器桥臂交流输出电压的影响。在链式静止无功发生器中，由于桥臂电流会通过脉冲宽度调制的开关动作耦合到各功率单元的直流电容中，引起直流电容电压的二倍频波动，也就是纹波电压。直流电容电压纹波叠加到功率单元电容电压直流分量上之后，使功率单元电容电压峰值升高，会给开关器件带来额外的电压应力。因此，在已有链式静止无功发生器设计方式中，通常是将功率单元电容电压纹波看作需要被抑制或消除的因素，并通过功率单元直流电容值的选择，将电容电压纹波限制在一定范围以内。但是过大的直流电容值将使换流器的成本和体积都有较大的增加。另一方面，功率单元电容电压纹波也通过脉冲宽度调制耦合到桥臂的交流输出侧，对桥臂交流输出电压产生影响。但是，功率单元电容电压纹波对桥臂交流输出电压的影响并不一定是负面的，也可能会对桥臂交流输出电压能力产生有利的影响。在已有链式静止无功发生器设计和计算方式中，并没有考虑到功率单元电容电压纹波对桥臂基频交流电压分量的影响，这导致功率单元电容电压纹波的有利影响没有得到利用，造成级联功率单元N和功率电压电容电压Ucap的选择偏大，使链式静止无功发生器的成本和体积较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，考虑功率单元电容电压波动对桥臂交流输出电压的影响，根据运行工况生成三相桥臂功率单元电容电压波动估算值，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中。本专利技术提出的链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，包括：根据当前链式静止无功发生器输出的无功电流情况，计算出三相桥臂功率单元电容电压波动波形，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，生成用于控制链式静止无功发生器的脉冲控制信号，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中；在链式静止无功发生器输出容性无功电流时，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量与桥臂所要输出的电压同相位。本专利技术提出的链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，其特点和优点是：本方法根据当前链式静止无功发生器输出的无功电流情况，估算出三相桥臂功率单元电容电压波动波形，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中。在链式静止无功发生器输出容性无功电流时，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量与桥臂所要输出的电压同相位，对桥臂输出电压起到提高的作用。桥臂输出的容性无功电流越大，功率单元电容电压波动幅度也越大，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量也越大，对桥臂输出电压的提高程度也越大。通过本专利技术的方法可以使功率单元电容电压纹波再生到桥臂电压输出侧，提升链式静止无功发生器的桥臂输出电压范围，减少所需的功率单元数目和功率单元电容电压，降低链式静止无功发生器的开关器件用量。通过功率单元电容电压的降低，还可以在不提高电容电压波动峰值的情况下提高电容电压波动允许幅度，降低功率单元电容用量。因此，通过本专利技术方法，可以大幅度降低链式静止无功发生器的开关器件用量和电容用量，大幅降低装置的成本和体积。附图说明图1是本专利技术方法涉及的星形链式静止无功发生器的结构示意图。图2是本专利技术方法涉及的角形链式静止无功发生器的结构示意图。图3是本专利技术方法涉及的链式静止无功发生器功率单元的结构示意图。图4是本专利技术方法的纹波再生控制方法的流程框图。具体实施方式本专利技术提出的链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，包括：根据当前链式静止无功发生器输出的无功电流情况，计算出三相桥臂功率单元电容电压波动波形，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，生成用于控制链式静止无功发生器的脉冲控制信号，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中；在链式静止无功发生器输出容性无功电流时，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量与桥臂所要输出的电压同相位。以下介绍本专利技术方法的一个实施例：本专利技术的链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：(1)设定链式静止无功发生器每个桥臂级联的功率单元数目为N，设定功率单元电容电压直流分量为Ucap，设定链式静止无功发生器输出无功电流为Iq，当无功电流为容性时Iq为正，当无功电流为感性时Iq为负，设定与链式静止无功发生器相连的交流电网三相电压同步角频率为ω1，设定相连的交流电网的电压有效值为Us，设定链式静止无功发生器与交流电网之间的连接电感值为L，计算生成调制比估计值Mest，(2)设定链式静止无功发生器动态的电流控制器所输出的桥臂电压相位角参考值为δ，设定功率模块单元直流电容值为Cd，根据步骤(1)的交流电网三相电压同步角频率ω1、链式静止无功发生器输出无功电流Iq本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，其特征在于该方法包括：/n根据当前链式静止无功发生器输出的无功电流情况，计算出三相桥臂功率单元电容电压波动波形，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，生成用于控制链式静止无功发生器的脉冲控制信号，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中；在链式静止无功发生器输出容性无功电流时，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量与桥臂所要输出的电压同相位。起到提高桥臂输出电压的作用。/n

【技术特征摘要】
1.一种链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，其特征在于该方法包括：
根据当前链式静止无功发生器输出的无功电流情况，计算出三相桥臂功率单元电容电压波动波形，并将电容电压波动估算值叠加到电容电压直流分量上，作为脉冲宽度调制参考波的计算基准，生成用于控制链式静止无功发生器的脉冲控制信号，使电容电压纹波能够通过脉冲宽度调制环节再生出一个基频交流电压分量，叠加到桥臂输出电压中；在链式静止无功发生器输出容性无功电流时，电容纹波电压再生出的基频交流电压分量与桥臂所要输出的电压同相位。起到提高桥臂输出电压的作用。


2.如权利要求1所述的链式静止无功发生器的纹波再生控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)设定链式静止无功发生器每个桥臂级联的功率单元数目为N，设定功率单元电容电压直流分量为Ucap，设定链式静止无功发生器输出无功电流为Iq，当无功电流为容性时Iq为正，当无功电流为感性时Iq为负，设定与链式静止无功发生器相连的交流电网三相电压同步角频率为ω1，设定相连的交流电网的电压有效值为Us，设定链式静止无功发生器与交流电网之间的连接电感值为L，计算生成调制比估计值Mest，
(2)设定链式静止无功发生器动态的电流控制器所输出的桥臂电压相位角参考值为δ，设定功率模块单元直流电容值为Cd，根据步骤(1)的交流电网三...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，曾嵘，刘文华，余占清，赵彪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11