級(jí)聯(lián)statcom穩(wěn)態(tài)零誤差控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種比例反饋積分（proportional?feedback?integral，PFI）的穩(wěn)態(tài)零誤差控制策略，分析其工作原理?？紤]到系統(tǒng)電壓對(duì)輸出電流的擾動(dòng)性，在上述控制策略基礎(chǔ)上提出前饋解耦PFI的控制方法，通過(guò)合理設(shè)置積分參數(shù)ki，其交流量幅值為1pu，相位偏移0度，直流分量幅值為0，可知其不僅可以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)STATCOM裝置交流量穩(wěn)態(tài)零誤差控制，還能有效地抑制直流分量。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】級(jí)聯(lián)STATCOM穩(wěn)態(tài)零誤差控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明旨在提供一種級(jí)聯(lián)STATCOM在穩(wěn)態(tài)時(shí)消除交流分量誤差并抑制直流分量的控制方法，能夠有效地保證級(jí)聯(lián)STATCOM安全穩(wěn)定精確運(yùn)行，該方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，級(jí)聯(lián)靜止同步補(bǔ)償器(staticsynchronous compensator, STATCOM)由于具有無(wú)需變壓器便可接入中高壓電網(wǎng)、易于擴(kuò)展，便于模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛地應(yīng)用。對(duì)裝置輸出電流的控制精度直接影響到系統(tǒng)整體補(bǔ)償效果，通常電流控制性能指標(biāo)主要有穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、單位功率因數(shù)、諧波畸變率以及直流分量等等。級(jí)聯(lián)STATCOM由于大多數(shù)采用PI控制，其難以對(duì)交流量起到理想的效果，存在穩(wěn)態(tài)誤差的問(wèn)題。而裝置省去變壓器雖然可以減小占地、降低成本、提高效率，但同時(shí)也帶來(lái)了并網(wǎng)電流直流分量超標(biāo)問(wèn)題，將導(dǎo)致電網(wǎng)中磁性元件工作點(diǎn)偏移，進(jìn)而引起變壓器或電機(jī)的諧波、噪聲、過(guò)熱和電流尖峰等一系列問(wèn)題，IEEE Std.1547-2003要求電力電子裝置注入電網(wǎng)的直流分量不得超過(guò)額定輸出電流的0.5%。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)STATCOM裝置控制策略進(jìn)行了多方面的研究。對(duì)電流控制而言，2001年第4期的《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》中《STATCOM無(wú)功電流的魯棒自適應(yīng)控制》一文從裝置級(jí)層次上提出了魯棒型直接自適應(yīng)控制算法，控制器具有良好的電流追蹤能力和魯棒特性，但控制相對(duì)復(fù)雜。2003年第6期的《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》中《鏈?zhǔn)絊TATCOM的數(shù)學(xué)模型》一文在鏈?zhǔn)絊TATCOM開(kāi)關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分析了基波電流有功、無(wú)功分量以及直流電壓平均值的變化關(guān)系，但不利于輸出電流控制算法設(shè)計(jì)。2010年第28期的《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》中《鏈?zhǔn)紻-STATC0M建模及其狀態(tài)反饋精確線性化解耦控制》一文通過(guò)狀態(tài)反饋精確線性化方式，實(shí)現(xiàn)了有功、無(wú)功解耦控制器設(shè)計(jì)，并在工程中得到應(yīng)用。2006年第9期的《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》中《并網(wǎng)逆變器輸出電流滯環(huán)跟蹤控制技術(shù)研究》一文采用滯環(huán)控制，其特點(diǎn)為原理簡(jiǎn)單且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但其最大不足是開(kāi)關(guān)頻率受滯環(huán)寬度影響波動(dòng)范圍較大，導(dǎo)致濾波器設(shè)計(jì)困難，進(jìn)而影響系統(tǒng)整體性能。2002年第2期的《IEEE Trans, onPower Electronics》中《Vector current controlled voltage source converter: deadbeatcontrol and saturat1n strategies)) 一文米用無(wú)差拍控制和預(yù)測(cè)控制，其控制的有效性在很大程度上取決于被控對(duì)象精確模型的建立。而級(jí)聯(lián)STATCOM系統(tǒng)的非線性使精確模型的設(shè)計(jì)有一定難度，設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制不穩(wěn)定。2001年第3期的《IEEE Trans,on Power Electronics》中《Stat1nary frame current regulat1n of PWM inverters withzero steady-state error)) 一文采用基于內(nèi)模原理的比例諧振PR控制解決了交流量控制存在穩(wěn)態(tài)誤差的問(wèn)題，但是對(duì)于IEEE std.1547-2003中規(guī)定的直流偏置問(wèn)題，該方法不能有效抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提出基于前饋解耦PFI的控制方法，在實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)STATCOM裝置穩(wěn)態(tài)零誤差控制的同時(shí)，能夠有效地抑制輸出電流中所含直流分量。在kp或ki取值較小(系統(tǒng)穩(wěn)定裕度較大)的情況下仍可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)零誤差控制，擁有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易等特點(diǎn)，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。
[0005]【具體實(shí)施方式】如下:
根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖1可推出PFI控制下的STATCOM輸出電流為:
當(dāng)只考慮參考電流的影響。很明顯，當(dāng)i/+1? = O成立時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)基波頻率處的幅頻特性1，相頻特性為0，即實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)輸出電流基波的零穩(wěn)態(tài)幅值相位誤差控制，此時(shí)并網(wǎng)直流分量同時(shí)得到抑制。然而考慮電網(wǎng)電壓Us的影響時(shí)，在I/= O成立的情況下，基
波頻率處電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)衰減了說(shuō)明電網(wǎng)電壓擾動(dòng)不可忽略，其會(huì)引起并網(wǎng)輸出
電流基波的穩(wěn)態(tài)誤差，并會(huì)累積直流分量。
[0006]傳統(tǒng)的PI控制~+ 控制并網(wǎng)電流存在穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差，其根源是
其基波頻率處增益為彳,|/ + (kjmf,不具有無(wú)窮增益特性。而比例反饋積分控制在基波頻
率處具有無(wú)窮大的增益，使得閉環(huán)系統(tǒng)基波頻率處的幅頻特性為1，相頻特性為0，因此可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的零穩(wěn)態(tài)誤差控制。
[0007]基于上述分 析，為了消除電網(wǎng)電壓擾動(dòng)影響，考慮引入電網(wǎng)電壓前饋解耦方案。如說(shuō)明書(shū)附圖2所示，此時(shí)STATCOM輸出電流為:
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明旨在提供一種級(jí)聯(lián)STATCOM在穩(wěn)態(tài)時(shí)消除交流分量誤差并抑制直流分量的控制方法，具體原理及步驟如下: 第一步，比例反饋積分原理，PFI控制下的STATCOM輸出電流為:
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104037786SQ201410316317
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】李圣清, 徐文祥, 栗偉周 申請(qǐng)人:湖南工業(yè)大學(xué)