專利名稱：一種級聯(lián)式statcom直流側(cè)電容電壓平衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及解決級聯(lián)式靜止同步補償器STATCOM (Static SynchronousCompensator,簡稱STATCOM)直流側(cè)電容電壓平衡的控制問題，具體涉及一種級聯(lián)式STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡的控制方法。
背景技術(shù)：
目前，STATCOM無功功率控制分為直接電流控制和間接電流控制兩大類。直接電流控制，采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對電流波形的瞬時值進行反饋控制，直接控制指令電流的發(fā)生。間接電流控制，是通過控制STATCOM逆變器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值，來間接控制STATCOM的交流側(cè)電流。由于直接電流控制法是對電流瞬時值的跟蹤控制，在開
關(guān)頻率能滿足要求的情況下，控制系統(tǒng)響應(yīng)速度很快。而間接電流控制方法對開關(guān)頻率的要求不是很高，常與多重化、多電平、PWM控制等技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用的大容量STATC0M，但響應(yīng)時間較長。級聯(lián)H橋式多電平STATCOM是由多個電壓型H橋逆變器級聯(lián)而成，各級聯(lián)逆變器單元的直流側(cè)由電容器提供電壓支撐。由于各直流側(cè)電容器相對獨立，如果各單元輸出功率不均衡或者各單元的損耗和參數(shù)存在差異，就會造成各單元直流側(cè)電容電壓的不平衡，從而引起STATCOM控制性能下降，甚至導(dǎo)致直流側(cè)電容過電壓，威脅裝置安全運行。在采用移相載波PWM方式的級聯(lián)式多電平STATCOM中，直流側(cè)電容電壓的平衡控制策略主要包括采用附加硬件電路和不采用附加硬件電路控制兩大類。采用附加硬件電路的方法有通過在直流側(cè)電容器并聯(lián)一個可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)裝置的等效損耗、基于交流母線能量交換方法和采用直流母線能量交換方法等。附加的硬件電路增加了 STATCOM電路拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高了控制難度，降低了裝置的可靠性，增加了裝置額外損耗和成本。不采用附加硬件電路控制直流側(cè)電容電壓平衡的策略主要有基于功率信號的直流側(cè)電容電壓單獨控制策略、直流電容電壓分層控制策略以及采用分相瞬時電流跟蹤的方法控制電容電壓平衡，參考文獻[1]_[4]。[I]J. A. Barrena, L. Marroyo,M.A. Rodriguez,et al. DC Voltage Balancing forPWMCascaded H-Bridge Converter Based STATCOM. IEEE IEC0N，Nov. 7-10，2006，Paris,France :1840-1845.[2] J. A. Barrena, L. Marroyo, M. A. Rodriguez. Individual Voltage BalancingStrategy for PWM Cascaded H-Bridge Converter-Based STATCOM. IEEE Transactions onIndustrial Electronics，2008，55 (I) :21-29.[3]趙瑞斌，邱宇峰，荊平.一種級聯(lián)STATCOM的直流側(cè)電壓控制方法.電力電子，2009(4) :18-22.[4] LIU Zhao, SHI Yan-jun, DUAN Shan-xu，et al. The Research of DCCapacitance Voltage Balancing Strategy Based on Cascade STATCOM UsingIndividual Phase Instantaneous Current Tracking. IEEE 6th International PowerElectronics and Motion Control Conference-ECCE Asia. May 17-20,2009, Wuhan,China :1136-1140.

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種綜合電流控制方法，用于級聯(lián)式多電平STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制。該方法不僅保證了直流電容電壓在各H橋間的平衡，提高了控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度、優(yōu)化了系統(tǒng)性能，也無需附加硬件電路，不會增加靜止同步補償器STATCOM裝置的硬件成本。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種級聯(lián)式STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其改進之處在于，所述控制、方法包括直接電流控制和間接電流控制相結(jié)合；所述方法包括下述步驟A、生成有功電流參考值；B、選擇特殊橋；C、生成STATCOM輸出電流參考值；D、特殊橋間接電流控制；E、非特殊橋直接電流控制。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述直接電流控制包括反饋控制電流波形瞬時值，控制指令電流的發(fā)生；所述間接電流控制是指通過控制靜止同步補償器STATCOM所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值，間接控制靜止同步補償器STATCOM的交流側(cè)電流。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是有功電流參考值生成單元實現(xiàn)所述步驟A生成有功電流參考值；所述有功電流參考值生成單元包括加法器I、乘法器I、減法器I和積分器I ;所述步驟A包括下述步驟a、以N個直流側(cè)電容電壓測量值作所述有功電流參考值生成單元的輸入量，即將測量表計的輸出量輸入到加法器I中求和，得到和值；b、所述步驟a的和值與常數(shù)量1/N作為乘法器I的輸入量，所述乘法器I的輸出量為N個直流側(cè)電容電壓的平均值；C、所述平均值與直流側(cè)電容電壓參考值輸入到減法器I，所述減法器I的輸出量為直流側(cè)電容電壓誤差值；d、所述直流側(cè)電容電壓誤差值輸入到積分器I進行積分，積分所得的結(jié)果為有功電流參考值。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是特殊橋選擇單元實現(xiàn)所述步驟B選擇特殊橋；所述特殊橋選擇單元包括N個減法器和比較器I ;所述步驟B包括下述步驟(I)以N個直流側(cè)電容電壓測量值和電容電壓參考值作為所述N個減法器的輸入量，每個所述直流側(cè)電容電壓測量值和所述電容電壓參考值分別進行比較，得到N個減法器的N個輸出量，所述N個輸出量為N個直流側(cè)電容電壓誤差量；
(2)所述N個直流側(cè)電容電壓誤差量輸入到比較器I中，所述直流側(cè)電容電壓誤差量在比較器I中兩兩進行比較求出最大直流側(cè)電容電壓誤差值，所述最大直流側(cè)電容電壓誤差值的H橋即為特殊橋。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是STATCOM輸出電流參考值生成單元實現(xiàn)所述步驟C生成STATCOM輸出電流參考值；所述STATCOM輸出電流參考值生成單元包括鎖相環(huán)、正弦函數(shù)生成器、余弦函數(shù)生成器、兩個乘法器以及加法器II ；所述步驟C包括下述步驟i、以低壓側(cè)線電壓測量值為所述STATCOM輸出電流參考值生成單元的輸入量，經(jīng)過所述鎖相環(huán)求得所述低壓側(cè)線電壓測量值的相位值；ii、所述相位值分別輸入正弦函數(shù)生成器和余弦函數(shù)生成器后分別得到相應(yīng)的正弦函數(shù)值和余弦函數(shù)值；
iii、所述正弦函數(shù)值與步驟A求得的有功電流參考值作為一個乘法器的輸入；所述余弦函數(shù)值與給定的無功電流參考值作為另一個乘法器的輸入，得到兩個輸出量；iv、將步驟iii的輸出量輸入到加法器II中，所述加法器II的輸出值即為STATCOM輸出電流參考值。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是特殊橋間接電流控制單元實現(xiàn)所述步驟D特殊橋間接電流控制；所述特殊橋間接電流控制單元包括兩個積分器、乘法器II、加法器
III、減法器II和PWM調(diào)制器I ;所述步驟D包括下述步驟①以步驟B得到的最大直流側(cè)電容電壓誤差值作為一個積分器的輸入量，經(jīng)積分環(huán)節(jié)得到特殊橋電壓修正量幅值，所述特殊橋電壓修正量幅值與步驟C中步驟ii的輸出量正弦函數(shù)值一起輸入乘法器II，得到特殊橋的電壓修正值；②將步驟C得到的STATCOM輸出電流參考值和輸出電流測量值在減法器II中疊加后輸入另一個積分器進行積分，得到特殊橋電壓參考值；③將步驟①得到的特殊橋電壓修正值和步驟②得到的特殊橋電壓參考值輸入到加法器III中，輸出的信號作為PWM調(diào)制器的輸入量，輸出脈沖序列，所述脈沖序列作為特殊橋中功率開關(guān)器件的脈沖觸發(fā)信號。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選的技術(shù)方案是非特殊橋直接電流控制單元實現(xiàn)所述步驟E非特殊橋直接電流控制；所述非特殊橋直接電流控制單元包括減法器III、兩個積分器和PWM調(diào)制器II ；所述步驟E包括將步驟C得到的STATCOM輸出電流參考值和非特殊橋輸出電流測量值在減法器III中疊加后依次輸入兩個積分器中，輸出的信號作為PWM調(diào)制器II的輸入量,輸出脈沖序列，作為除特殊橋之外的所有非特殊橋中功率開關(guān)器件的脈沖觸發(fā)信號。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選的技術(shù)方案是所述方法將N個級聯(lián)的H橋單元劃分為特殊橋和非特殊橋。本發(fā)明提供的一種較優(yōu)選的技術(shù)方案是所述特殊橋是指采用間接電流控制方法控制的H橋；所述非特殊橋是指采用直接電流控制方法控制的H橋。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果是
I、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法引入綜合電流控制的概念，將直接電流控制和間接電流控制方法結(jié)合應(yīng)用，降低了控制難度，提高了控制的可靠性。2、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法引入特殊橋和非特殊橋的概念，根據(jù)實際要求設(shè)定不同的約束條件來選取特殊橋。3、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法對特殊橋與非特殊橋分別采用間接電流控制和直接電流控制，保證直流電容電壓在各H橋間達到平衡。4、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法采用綜合電流控制方法，保證直流電容電壓在各H橋間達到平衡，并具有很快的響應(yīng)速度，對STATCOM裝置性能起到優(yōu)化作用。5、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法采用綜合電流控制，無需 附加硬件電路，不會增加STATCOM裝置的硬件成本，并且簡化了 STATCOM電路拓撲結(jié)構(gòu)。6、本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法思路清晰，控制易于實現(xiàn)。


圖I是本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法的流程圖；圖2是單相級聯(lián)H橋多電平STATCOM拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖3是H橋單元拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制電路的原理圖；圖5是本發(fā)明的有功電流參考值生成環(huán)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明的有功電流參考值生成環(huán)節(jié)的控制框圖；圖7是本發(fā)明的特殊橋選擇單元的結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明的特殊橋選擇控制框圖；圖9是本發(fā)明的STATCOM輸出電流參考值生成環(huán)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)圖；圖10是本發(fā)明的STATCOM輸出電流參考值生成環(huán)節(jié)的控制框圖；圖11是本發(fā)明的特殊橋間接電流控制單元結(jié)構(gòu)圖；圖12是本發(fā)明的采用間接電流控制方法控制特殊橋的控制框圖；圖13是本發(fā)明的非特殊橋直接電流控制單元結(jié)構(gòu)圖；圖14是本發(fā)明的采用直接電流控制方法控制非特殊橋的控制框圖；圖15是5個H橋級聯(lián)模型直流側(cè)電容電壓波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法用于解決級聯(lián)式靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator,簡稱STATCOM)直流側(cè)電容電壓平衡的控制問題，也可用于解決其他基于級聯(lián)式多電平逆變器技術(shù)的電力電子設(shè)備的直流電壓平衡控制問題。H橋多電平STATCOM包括二相六橋臂,每相為級聯(lián)H橋。如圖2所不，圖2是單相級聯(lián)H橋多電平STATCOM拓撲結(jié)構(gòu)圖，每相級聯(lián)H橋包括高壓母線、低壓母線、單相變壓器T、電抗器L、電阻Rs、N個級聯(lián)的H橋單元、N個直流側(cè)電容C1-Cn及相應(yīng)的電壓測量表計V1-VnI壓側(cè)線電流測量表計iab和低壓側(cè)線電壓測量表計Uab。單相變壓器T的二次側(cè)、低壓側(cè)線電壓測量表計Uab、電抗器L、電阻Rs、低壓側(cè)線電流測量表計iab和N個級聯(lián)的H橋單元依次連接；每個H橋單元與其相應(yīng)的測量表計并聯(lián)。其中每個H橋單元的拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括2對功率開關(guān)器件P1-P4J對反并聯(lián)二極管D1-D4和I個直流側(cè)電容。圖4是本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制電路的原理圖，本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法是采用控制電路實現(xiàn)的，控制電路包括依次連接的有功電流參考值生成單元、生成STATCOM輸出電流參考值生成單元、特殊橋選擇單元、特殊橋間接電流控制單元和非特殊直接電流控制單元。
如圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法的流程圖，本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法包括以下實施步驟I、生成有功電流參考值。生成有功電流參考值由有功電流參考值生成單元實現(xiàn)。如圖5所示，圖5是本發(fā)明的有功電流參考值生成環(huán)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)圖，有功電流參考值生成單元包括加法器I、乘法器I、減法器I和積分器I ;加法器I、乘法器I、減法器I和積分器I依次連接。以直流側(cè)測量表計表V1-Vn的輸出量udc;1-udc;N為加法器的輸入量，即N個直流側(cè)電容電壓測量值為輸入，利用加法器、乘法器、減法器和積分器實現(xiàn)。將udc;1-udc;N輸入加法器求和，得到和值；和值與常數(shù)量1/N作為乘法器的輸入，所得結(jié)果為N個直流側(cè)電容電壓的平均值；該平均值再與給定的電容電壓參考值—起輸入減法器，在減法器中得到的誤差值輸入積分器進行積分，所得結(jié)果為有功電流參考值。如圖6所示，圖6是本發(fā)明的有功電流參考值生成環(huán)節(jié)的控制框圖，圖中假設(shè)有N個H橋級聯(lián)，4為直流電容電壓參考值，;^為N個H橋電容電壓平均值，Udcj,為第j個H橋電容電壓值，Um為電網(wǎng)電壓Uab的幅值，/二為有功電流參考值，Tf、ku、T u為控制環(huán)節(jié)參數(shù)。將測量得到的N個H橋直流電容電壓輸入控制環(huán)節(jié)，求得平均值后與參考值比較得誤差值。該誤差值通過設(shè)計的控制環(huán)節(jié)后，得到有功電流參考值。由誤差值得到有功電流參考值，也可通過其它控制策略實現(xiàn)，不僅限于圖6虛線框中所示方案。2、特殊橋選擇。特殊橋選擇由特殊橋選擇單元實現(xiàn)。如圖7所示，圖7是本發(fā)明的特殊橋選擇單元的結(jié)構(gòu)圖，特殊橋選擇單元包括N個減法器和I個多輸入比較器，N個減法器和I個多輸入比較器I串聯(lián)。與生成有功電流參考值相同，以N個直流側(cè)電容電壓測量值udc;1-udc;N作為N個減法器的輸入量，再對每個減法器輸入電容電壓參考值4，分別進行比較，得到N個電壓誤差量。這N個電壓誤差量輸入到下一級的多輸入比較器中，兩兩進行比較求出最大電壓誤差值A(chǔ) Udck，下標(biāo)k表示出現(xiàn)最大電壓誤差的H橋編號，即為特殊橋。如圖8所示，圖8是按照直流側(cè)電容電壓與其參考值誤差的絕對值最大原則選取特殊橋的控制框圖，本發(fā)明將采用間接電流控制方法的H橋定義為特殊橋，因為用該方法進行控制的H橋數(shù)量相對較少，非特殊橋占主導(dǎo)地位。圖中，4為直流電容電壓參考值，Utkj為第j個H橋電容電壓值，Audcj為第j個H橋電容電壓值誤差值。各電壓誤差值通過求絕對值環(huán)節(jié)abs后輸入到求最大值環(huán)節(jié)max中，獲得Audek,即表明第k個H橋電容電壓偏離參考值最多，需要對其進行電容電壓修正。特殊橋的選擇，不僅可以按照圖8所示直流側(cè)電容電壓與其參考值誤差的絕對值最大原則選取，也可將選擇條件設(shè)定為誤差絕對值最大的兩個(或設(shè)定的其它數(shù)量)H橋、誤差絕對值大于設(shè)定的門檻值的多個H橋、從正負兩個方向誤差值最大的兩個(或設(shè)定的其它數(shù)量)H橋等。3、生成STATCOM輸出電流參考值。生成STATCOM輸出電流參考值由STATCOM輸出電流參考值生成單元實現(xiàn)。如圖9所示，STATCOM輸出電流參考值生成單元包括鎖相環(huán)、正弦函數(shù)生成器、余弦函數(shù)生成器、2個乘法器和加法器II ;鎖相環(huán)、函數(shù)生成器、乘法器和加法器II依次連接。以低壓側(cè)線電壓測量值uAB為STATCOM輸出電流參考值生成單元唯一輸入量，經(jīng)過鎖相環(huán)求得Uab的相位值0。0分別輸入正弦函數(shù)生成器和余弦函數(shù)生成器，則得到相應(yīng)的正弦、余弦函數(shù)值sin 0和cos 0。此時，sin 0與步驟I求得的有功電流參考值作為I 個乘法器的輸入，cos 0與給定的無功電流參考值<作為另外I個乘法器的輸入，兩個乘法器的輸出得到的2個輸出量再輸入加法器中，加法器的輸出得到和值，其和值就是STATCOM輸出電流參考值4。如圖10所示，圖10是本發(fā)明的STATCOM輸出電流參考值生成環(huán)節(jié)的控制框圖，圖中，Uab為電網(wǎng)電壓，/二為有功電流參考值，<為無功電流參考值，匕為STATCOM輸出電流參考值。sin 0為與電網(wǎng)電壓Uab同相位的正弦分量。4、特殊橋間接電流控制。特殊橋間接電流控制由特殊橋間接電流控制單元實現(xiàn)。如圖11所示，圖11是本發(fā)明的特殊橋間接電流控制單元結(jié)構(gòu)圖，特殊橋間接電流控制單元PWM調(diào)制器I、加法器III、減法器II、乘法器IV、積分器II和積分器III ;所述減法器II與積分器III連接組成減法器II與積分器III支路；所述乘法器IV與積分器II連接組成乘法器IV與積分器II支路；所述加法器III分別與減法器II與積分器III支路和乘法器IV與積分器II支路連接；所述PWM調(diào)制器I與加法器III連接；以步驟2得到的最大電壓誤差值A(chǔ)uddt作為一個積分器的輸入量，經(jīng)積分環(huán)節(jié)得到第k個H橋(即特殊橋)電壓修正量的幅值uabk，Uabk再與步驟3求得的中間輸出量sin0一起輸入乘法器，則得到特殊橋的電壓修正值。同時，將步驟3得到的輸出電流參考值和輸出電流測量值iab在減法器II中疊加后輸入另一個積分器進行積分，得到特殊橋電壓參考值〃1。將電壓參考值〃1和電壓修正值在加法器中疊加，輸出的信號作為PWM調(diào)制器的輸入量，輸出脈沖序列，所述脈沖序列作為特殊橋中功率開關(guān)器件的脈沖觸發(fā)信號。如圖12所示，圖12是本發(fā)明的采用間接電流控制方法控制特殊橋的控制框圖。采用間接電流控制方法對第k個H橋(特殊橋)電容電壓進行修正。圖中，4為STATCOM輸出電流參考值，iab為輸出電流測量值，4是由控制策略生成的H橋輸出電壓參考值。生成的控制策略也可通過其它控制策略實現(xiàn)，不僅限于圖12虛線框中所示方案。心為直流電容電壓參考值，Uddt為第k個H橋電容電壓值，Auddt為第k個H橋電容電壓值誤差值。A Udck經(jīng)過如圖中虛線框所示的PID控制環(huán)節(jié)后，得到電壓修正量的幅值化^在與5^110相乘得到第k個H橋輸出電壓修正值。ki_k4、T r T 4是控制環(huán)節(jié)的參數(shù)。sin0為與電網(wǎng)電壓Uab同相位的正弦分量，圖10控制環(huán)節(jié)的中間輸出量。生成Uabk的控制策略也可通過其它控制策略實現(xiàn)，不僅限于圖12虛線框中所示方案。心與其修正值的疊加信號，作為PWM調(diào)制器的輸入量，即可得到第k個H橋的觸發(fā)脈沖。5、非特殊橋直接電流控制。非特殊橋直接電流控制由非特殊橋直接電流控制單元實現(xiàn)。如圖13所示，圖13是本發(fā)明的非特殊橋直接電流控制單元結(jié)構(gòu)圖，非特殊橋直接電流控制單元包括減法器、2個積分器和PWM調(diào)制器II ;減法器、2個積分器和PWM調(diào)制 器II依次連接。由于非特殊橋的直流電容電壓誤差值在可接受的范圍內(nèi)，故不需進行電壓修正，且采取直流電流控制可以獲得較快的控制響應(yīng)速度。將第3步得到的STATCOM輸出電流參考值。和輸出電流測量值iab在加法器中疊加后依次輸入2個積分器中，所得信號作為移相PWM調(diào)制器的輸入量，最終輸出一組脈沖序列，作為除第k個H橋之外的所有非特殊橋中功率開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號。如圖14所示，圖14是本發(fā)明的采用直接電流控制方法控制非特殊橋的控制框圖。選出特殊橋后，其它H橋可統(tǒng)稱為非特殊橋。C為STATCOM輸出電流參考值，即圖12控制環(huán)節(jié)的輸出量，iab為STATCOM輸出電流測量值，kp、Ici為PI環(huán)節(jié)參數(shù)，T i和T2是超前和滯后控制環(huán)節(jié)參數(shù)。C與iab的誤差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)和超前滯后校正環(huán)節(jié)后，得到命令信號i d。iond與具有相位差的一組載波信號比較后，輸出非特殊橋的觸發(fā)脈沖A/ (j = I，…，k-l，k+l，…，N)。圖中虛線框內(nèi)的控制環(huán)節(jié)亦可用其他控制策略實現(xiàn)。采用上述控制實現(xiàn)方案后，在設(shè)有5個H橋級聯(lián)的實際算例上進行了驗證。圖15給出了投入本發(fā)明所設(shè)計的電容電壓平衡控制電路前后，各H橋電容電壓波形圖。在0. 45s時投入電容電壓平衡控制，其中長線條Ud。為電容電壓的平均值。可以看出，未投入電容電壓平衡控制時，各個單元的電容電壓與平均值差異較大，以單元I為例，最大偏差可達約220V，并且隨時間推移還有增大趨勢；在加入了電容電壓平衡控制以后，各個單元的電容電壓曲線與平均值幾乎重合，最大偏差不超過5V。本發(fā)明提供的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法不僅保證了直流電容電壓在各H橋間的平衡，提高了控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度、優(yōu)化了系統(tǒng)性能，也無需附加硬件電路，不會增加STATCOM裝置的硬件成本。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種級聯(lián)式STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括直接電流控制和間接電流控制相結(jié)合； 所述方法包括下述步驟 A、生成有功電流參考值； B、選擇特殊橋； C、生成STATCOM輸出電流參考值； D、特殊橋間接電流控制； E、非特殊橋直接電流控制。
2.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，所述直接電流控制包括反饋控制電流波形瞬時值，控制指令電流的發(fā)生；所述間接電流控制是指通過控制靜止同步補償器STATCOM所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值，間接控制靜止同步補償器STATCOM的交流側(cè)電流。
3.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，有功電流參考值生成單元實現(xiàn)所述步驟A生成有功電流參考值；所述有功電流參考值生成單元包括加法器I、乘法器I、減法器I和積分器I ; 所述步驟A包括下述步驟 a、以N個直流側(cè)電容電壓測量值作所述有功電流參考值生成單元的輸入量，即將測量表計的輸出量輸入到加法器I中求和，得到和值； b、所述步驟a的和值與常數(shù)量1/N作為乘法器I的輸入量，所述乘法器I的輸出量為N個直流側(cè)電容電壓的平均值； C、所述平均值與直流側(cè)電容電壓參考值輸入到減法器I，所述減法器I的輸出量為直流側(cè)電容電壓誤差值； d、所述直流側(cè)電容電壓誤差值輸入到積分器I進行積分，積分所得的結(jié)果為有功電流參考值。
4.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，特殊橋選擇單元實現(xiàn)所述步驟B選擇特殊橋；所述特殊橋選擇單元包括N個減法器和比較器I ; 所述步驟B包括下述步驟 (1)以N個直流側(cè)電容電壓測量值和電容電壓參考值作為所述N個減法器的輸入量，每個所述直流側(cè)電容電壓測量值和所述電容電壓參考值分別進行比較，得到N個減法器的N個輸出量，所述N個輸出量為N個直流側(cè)電容電壓誤差量； (2)所述N個直流側(cè)電容電壓誤差量輸入到比較器I中，所述直流側(cè)電容電壓誤差量在比較器I中兩兩進行比較求出最大直流側(cè)電容電壓誤差值，所述最大直流側(cè)電容電壓誤差值的H橋即為特殊橋。
5.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，STATCOM輸出電流參考值生成單元實現(xiàn)所述步驟C生成STATCOM輸出電流參考值；所述STATCOM輸出電流參考值生成單元包括鎖相環(huán)、正弦函數(shù)生成器、余弦函數(shù)生成器、兩個乘法器以及加法器II ; 所述步驟C包括下述步驟 i、以低壓側(cè)線電壓測量值為所述STATCOM輸出電流參考值生成單元的輸入量，經(jīng)過所述鎖相環(huán)求得所述低壓側(cè)線電壓測量值的相位值； ii、所述相位值分別輸入正弦函數(shù)生成器和余弦函數(shù)生成器后分別得到正弦函數(shù)值和余弦函數(shù)值； iii、所述正弦函數(shù)值與步驟A求得的有功電流參考值作為一個乘法器的輸入；所述余弦函數(shù)值與給定的無功電流參考值作為另一個乘法器的輸入，得到兩個輸出量； iv、將步驟iii的輸出量輸入到加法器II中，所述加法器II的輸出值即為STATCOM輸出電流參考值。
6.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，特殊橋間接電流控制單元實現(xiàn)所述步驟D特殊橋間接電流控制；所述特殊橋間接電流控制單元包括兩個積分器、乘法器II、加法器III、減法器II和PWM調(diào)制器I ; 所述步驟D包括下述步驟 ①以步驟B得到的最大直流側(cè)電容電壓誤差值作為一個積分器的輸入量，經(jīng)積分環(huán)節(jié)得到特殊橋電壓修正量幅值，所述特殊橋電壓修正量幅值與步驟C中步驟ii的輸出量正弦函數(shù)值一起輸入乘法器II，得到特殊橋電壓修正值； ②將步驟C得到的STATCOM輸出電流參考值輸入和輸出電流測量值在減法器II中疊加后另一個積分器進行積分，得到特殊橋電壓參考值； ③將步驟①得到的特殊橋電壓修正值和步驟②得到的特殊橋電壓參考值輸入到加法器III中，輸出的信號作為PWM調(diào)制器的輸入量，輸出脈沖序列，所述脈沖序列作為特殊橋中功率開關(guān)器件的脈沖觸發(fā)信號。
7.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，非特殊橋直接電流控制單元實現(xiàn)所述步驟E非特殊橋直接電流控制；所述非特殊橋直接電流控制單元包括減法器III、兩個積分器和PWM調(diào)制器II ； 所述步驟E包括 將步驟C得到的STATCOM輸出電流參考值和非特殊橋輸出電流測量值在減法器III中疊加后依次輸入兩個積分器中，輸出的信號作為PWM調(diào)制器II的輸入量,輸出脈沖序列,所述脈沖序列作為除特殊橋之外的所有非特殊橋中功率開關(guān)器件的脈沖觸發(fā)信號。
8.如權(quán)利要求I所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，所述方法將N個級聯(lián)的H橋單兀劃分為特殊橋和非特殊橋。
9.如權(quán)利要求8所述的STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制方法，其特征在于，所述特殊橋是指采用間接電流控制方法控制的H橋；所述非特殊橋是指采用直接電流控制方法控制的H橋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種級聯(lián)式STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡的控制方法。該控制方法包括直接電流控制和間接電流控制相結(jié)合；該方法包括下述步驟生成有功電流參考值；選擇特殊橋；生成STATCOM輸出電流參考值；特殊橋間接電流控制；非特殊橋直接電流控制。本發(fā)明提供的控制方法用于級聯(lián)式多電平STATCOM直流側(cè)電容電壓平衡控制。該方法不僅保證了直流電容電壓在各H橋間的平衡，提高了控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度、優(yōu)化了系統(tǒng)性能，也無需附加硬件電路，不會增加靜止同步補償器STATCOM裝置的硬件成本。
文檔編號H02M1/32GK102684204SQ20121012719
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者吉平, 戴朝波, 武守遠 申請人:中電普瑞科技有限公司