一种级联对称半桥型低容值STATCOM及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种级联对称半桥型低容值STATCOM及其控制方法，该级联对称半桥型低容值STATCOM与传统级联H桥STATCOM相比，减少了一半的开关器件数量。并通过分析直流侧电容电压的波动特性，充分利用电容电压波动以减小直流侧电容容值，提高了STATCOM系统的功率密度。同时直流侧电容的大幅度降低为薄膜电容替换电解电容提供了可能，进一步提高了该拓扑的可靠性。此外基于电容电压分析结果，设计了所提出的STATCOM系统的电容电压控制方法，同时给出直流侧电容的选取方法。并针对感性工况运行范围受限的问题，提出提高直流侧电容电压波动上限的方式以增加感性无功功率补偿量。上限的方式以增加感性无功功率补偿量。上限的方式以增加感性无功功率补偿量。

【技术实现步骤摘要】
一种级联对称半桥型低容值STATCOM及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统动态无功补偿
，具体为一种级联对称半桥型低容值STATCOM及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的快速发展和智能电网的推广，电力系统面临着新的机遇和挑战。可再生能源的波动性和不可预测性对电力系统的无功功率平衡提出了更高要求。无功功率补偿在保障电力系统的可靠、稳定运行中扮演着至关重要的角色。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)作为一种高性能无功功率补偿设备被广泛应用。其中级联多电平STATCOM成为近些年的研究热点，级联多电平STATCOM不仅可以实现无功功率补偿，还能对电力系统进行电压调节和谐波抑制，从而提高电能质量和稳定性。其多电平结构使其具备更好的电压和功率控制能力，能够适应不同电压等级和功率范围的应用需求。此外，通过使用先进的开关技术和控制算法，级联多电平STATCOM能够实现快速响应和精确的无功功率补偿，优化无功功率补偿能力，提高电力系统的动态性能和稳定性。因此，深入探索和优化级联多电平STATCOM的设计和控制策略，可以为电力系统的无功功率补偿提供更完善的解决方案。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种级联对称半桥型低容值STATCOM及其控制方法，与传统级联H桥STATCOM相比减少一半的开关器件数量，同时其直流侧采用小电容，可以考虑用薄膜电容替代电解电容，显著提高了STATCOM系统的功率密度与可靠性。同时基于直流侧电容电压分析，设计了电容电压控制方法。此外还给出了级联对称半桥型低容值STATCOM直流侧电容的选取方法，同时提高了感性工况下直流侧电容电压的大小以拓宽其运行范围。技术方案如下：
[0004]一种级联对称半桥型低容值STATCOM，包括交流电源v
g
、滤波电感L和N个对称半桥子模块；滤波电感L一端连接到交流电源v
g
的正极，另一端连接到节点a，交流电源v
g
的负极连接到节点b；
[0005]所述对称半桥子模块包括：两个全控型开关管T
iu
和T
id
，两个小电容C
iu
和C
id
，i＝1,2,
···
N，上开关管T
iu
中三极管的E极和下开关管T
id
中三极管的C极同时连接到该子模块的电流流入点，上电容C
iu
的正极连接到上开关管T
iu
中三极管的C极，下电容C
id
的负极连接到下开关管T
id
中三极管的E极，上电容C
iu
的负极和下电容C
id
的正极同时连接到该子模块的电流流出点；
[0006]各对称半桥子模块通过电流流入点和电流流出点级联的方式形成级联对称半桥型变流器，连接到节点a与节点b之间。
[0007]进一步的，所述小电容为薄膜电容。
[0008]更进一步的，所述对称半桥子模块的调制采用双极性载波移相正弦脉宽调制，取
t0＝0为初始时，对称半桥子模块上电容电压V
iu
(t)为：
[0009][0010]其中，M为调制波的幅值，ω为电网角频率，I
gm
为电网电流的幅值，C
dc
为直流侧电容值，即上电容C
iu
和下电容C
id
的取值；V
iu0
为上电容电压直流量，为上电容电压交流量；
[0011]对称半桥子模块下电容电压V
id
(t)为：
[0012][0013]其中，V
id0
为下电容电压直流量，为下电容电压交流量；
[0014]则用于控制系统的谐波补偿包括：
[0015]谐波补偿1：
[0016]谐波补偿2：
[0017]一种级联对称半桥型低容值STATCOM的控制方法，包括：
[0018]1)直流侧总电容电压控制：
[0019]通过控制有功功率来调节总电容电压；N个子模块的电容电压累加求取平均值V
av
，注入谐波补偿1后与设定的直流侧电容电压参考值V
0_ref
进行比较，差值由一个PI控制器追踪输出有功电流参考值I
d_ref
；参考电压V
0_ref
的设定依据STATCOM运行模式以及输出无功电流的大小而采用不同的控制方式：当STATCOM运行于电容模式且输出无功电流小等于额定无功电流I
qn
时，进行电容电压峰值控制；当STATCOM运行于电容模式且输出无功电流大于额定无功电流I
qn
时，进行电容电压谷值控制；当STATCOM运行于电感模式时，进行电容电压谷值控制；
[0020]2)变流器电流内环控制；
[0021]电流内环控制的电流参考值i
g_ref
由有功和无功部分组成；有功电流参考值I
d_ref
是由直流侧总电容电压控制产生的，无功电流参考值I
q_ref
由变流器输出的无功电流大小进行设定；参考电流与实际电流的差值通过一个PR控制器进行追踪，PR控制器输出值加上前馈信号V
abm
·
sinωt标幺化后输出调制波m
ref
；
[0022]3)子模块间电容电压均衡控制；
[0023]每个对称半桥子模块采用一个单独的PI控制器来注入调制波调整分量，每个对称半桥子模块的上下电容平均值与直流侧总电容电压控制得到的电容电压平均值V
av
进行比较后通过一个PI控制器与锁相环输出的电容模式cosωt或电感模式
‑
cosωt相乘，输出调
制波调整分量Δm
i_ref
，该调制波调整分量与变流器输出电流同相；
[0024]4)子模块上下电容电压均衡控制；
[0025]每个对称半桥子模块上下电容的差值通过谐波补偿2进行谐波补偿后利用一个单独的PI控制器进行追踪；PI输出值注入到子模块的调制波，作用相当于对调制波进行上下偏置，使得功率在上下电容间进行调整从而达到电容电压平衡。
[0026]进一步的，在直流侧总电容电压控制中，直流侧电容电压参考值V
0_ref
的设定具体如下：
[0027]a)电容模式电容电压控制：
[0028]在正常工作模式下，系统以一个固定的电容电压波动峰值运行，电容电压波动峰值V
C_max
由下式得到：
[0029][0030]式中，V
i_max
为第i个子模块电容电压波动最大值，I
q_ref
为无功电流参考值；
[0031]为了在不同的无功电流参考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联对称半桥型低容值STATCOM，其特征在于，包括交流电源v
g
、滤波电感L和N个对称半桥子模块；滤波电感L一端连接到交流电源v
g
的正极，另一端连接到节点a，交流电源v
g
的负极连接到节点b；所述对称半桥子模块包括：两个全控型开关管T
iu
和T
id
，两个小电容C
iu
和C
id
，i＝1,2,
···
N，上开关管T
iu
中三极管的E极和下开关管T
id
中三极管的C极同时连接到该子模块的电流流入点，上电容C
iu
的正极连接到上开关管T
iu
中三极管的C极，下电容C
id
的负极连接到下开关管T
id
中三极管的E极，上电容C
iu
的负极和下电容C
id
的正极同时连接到该子模块的电流流出点；各对称半桥子模块通过电流流入点和电流流出点级联的方式形成级联对称半桥型变流器，连接到节点a与节点b之间。2.根据权利要求1所述的级联对称半桥型低容值STATCOM，其特征在于，所述对称半桥子模块的调制采用双极性载波移相正弦脉宽调制，取t0＝0为初始时，对称半桥子模块上电容电压V
iu
(t)为：其中，M为调制波的幅值，ω为电网角频率，I
gm
为电网电流的幅值，C
dc
为直流侧电容值，即上电容C
iu
和下电容C
id
的取值；V
iu0
为上电容电压直流量，为上电容电压交流量；对称半桥子模块下电容电压V
id
(t)为：其中，V
id0
为下电容电压直流量，为下电容电压交流量；则用于控制系统的谐波补偿包括：谐波补偿1：谐波补偿2：3.根据权利要求1所述的级联对称半桥型低容值STATCOM，其特征在于，所述小电容为薄膜电容。4.一种权利要求2所述的级联对称半桥型低容值STATCOM的控制方法，其特征在于，包括：1)直流侧总电容电压控制：通过控制有功功率来调节总电容电压；N个子模块的电容电压累加求取平均值V
av
，注入
谐波补偿1后与设定的直流侧电容电压参考值V
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进行比较，差值由一个PI控制器追踪输出有功电流参考值I
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；参考电压V
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的设定依据STATCOM运行模式以及输出无功电流的大小而采用不同的控制方式：当STATCOM运行于电容模式且输出无功电流小等于额定无功电流I
qn
时，进行电容电压峰值控制；当STATCOM运行于电容模式且输出无功电流大于额定无功电流I
qn
时，进行电容电压谷值控制；当STATCOM运行于电感模式时，进行电容电压谷值控制；2)变流器电流内环控制；电流内环控制的电流参考值i
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由有功和无功部分组成；有功电流参考值I
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是由直流侧总电容电压控制产生的，无功电流参考值I
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由变流器输出的无功电流大小进行设定；参考电流与实际电流的差值通过一个PR控制器进行追踪，PR控制器输出值加上前馈信号V
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·
sinωt标幺化后输出调制波m
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；3)子模块间电容电压均衡控制；每个对称半桥子模块采用一个单独的PI控制器来注入调制波调整分量，每个对称半桥子模块的上下电容平均值与直流侧总电容电压控制得到的电容电压平均值V
av
进行比较后通过一个PI控制器与锁相环输出的电容模式co...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺亮，李金铭，张芮，马俊鹏，刘天琪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：