專利名稱：基于pam逆變器的級聯statcom控制方法
技術領域：
本發明涉及電力系統電能質量無功補償中的靜止同步補償器，特別是涉及一種基于PAM逆變器的STATCOM控制方法。
背景技術：
靜止同步補償器(STATCOM)可以有效補償無功功率，維持接入點的電壓穩定，從而達到改善電能質量的目的。相比傳統的靜止無功補償器(SVC) ,STATCOM具有更好的無功功率特性和電壓穩定特性，而級聯多電平結構，除了具有輸出電壓諧波小、損耗低、成本低等優點外，還具有結構簡單、所需器件少、易于擴展和模塊化的特點，是大容量多電平的最佳選擇，也是近年來研究的熱點。脈沖調制方式是減少逆變器輸出電壓中所含低次諧波成分的有效方法，同時又具·有調整輸出頻率和輸出電壓的功能，因此在電氣工程及電力工業領域得到了廣泛的發展和應用。到目前為止，脈沖調制方式主要有脈沖幅度調制(PAM)、脈沖寬度調制(PWM)、脈沖頻率調制(PFM) 3種。其中前兩種調制方式使用較多，特別是PWM方式以其良好的變壓變頻特性和諧波抑制效果在變流系統控制、電機控制及其他電氣工業領域受到普遍重視.但是PWM系統在結構、控制、操作、調試和維護方面都相對比較復雜和困難，加上PWM方法實施過程中一些措施的影響，如死區時間的存在會使變頻器不能完全精確地復現PWM控制信號的理想波形，不能精確地實現控制目標，或產生更多諧波并造成輸出轉矩脈動，或使電流、磁鏈跟蹤性能變差，這些因素都使得PWM方式在某些應用場合不能得到令人滿意的控制效果。而作為受關注程度遠不如PWM方式的PAM方式，則具有開關損耗低、控制簡單、系統效率高等特點；同時，PAM方式能夠以較低的開關頻率達到與PWM方式相近的諧波消除效果，這也是PAM方式的一個顯著優點。
發明內容
針對某些應用場合并不需要調壓，只需要改善輸出電壓波形、減少諧波含量，本發明提出了一種基于PAM逆變器的STATCOM控制方法。該方法根據求解最優目標函數，求解各個H橋的開關角度，最后疊加得到所期望輸出的電壓波形；而在解決直流側電壓平衡問題上采用H橋調制比循環交換控制方案；針對待補償無功的變化提出了神經網絡自適應PI控制器以調節PI參數。本發明采取以下技術方案基于PAM逆變器的STATCOM控制方法，其特征在于它能夠根據所需要補償無功功率的變化，通過PAM調制方法在較低的開關頻率下實現無功補償的目的，對于不同的接入負載選擇相應的PI控制器參數，以適應負載的變化。一種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，包括下列步驟SI :電網待補償的無功功率和補償器器輸出的參考無功功率通過PI調節得到補償器輸出的無功功率；S2 :把上述無功功率帶入公式(I)中的Q通過計算得到電源電壓與STATCOM輸出電壓間的偏移角度δ ；
. TJ2 p = ^Ls-m2S
Γ Ri
n = '-JLs[n25
(2Λ(I)Us為電網電壓，R為連接電抗器的電阻；P為STATCOM從電力系統吸收的有功功 率P ;Q為向電力系統提供的無功功率；S3 :由鎖相環得到的初相角加上所得到偏移角度δ正弦化后得到PAM逆變器所需要的參考電壓波形；S4 :參考電壓通過PAM調制計算各個H橋的開關角度最終疊加得到無功補償器各相輸出的補償電壓；S5 :針對所需補償無功的變化采用一種神經網絡自適應PI控制器，其控制器參數kp、Iii由神經網絡在線整定，神經網絡根據系統的運行狀態，通過自學習和權值的調整，在線整定PI控制器的參數，以期達到性能指標的最優。較佳地，所述方法采用PAM逆變器脈沖調制的方法。較佳地，所述方法采用H橋調制比循環交換控制方案。較佳地，所述方法采用神經網絡自適應控制器以自動調節PI參數。其次為了解決直流側電壓平衡問題，采用H橋調制比循環交換控制方案，每經過一個基頻周期對每個H橋觸發脈沖進行一次輪換，經過十個基頻周期完成一個循環，這樣使得在平均意義上直流側電壓達到平衡。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1.逆變器采用PAM調制方案，相對于PWM能在較低的開關頻率下得到相同的諧波消除和無功補償效果；2.該設計解決了直流側電壓不平衡的問題和需補償無功功率變化是PI參數的整定問題；3.該方法在工程實際中易于實現。
圖I為鏈式STATCOM的主電路結構原理圖；圖2為STATCOM穩態運行時輸出電壓和電流的向量圖；圖3a為各個單相逆變H橋矢量迭加后的電壓波形；圖3b為調制比循環交換操作流程示意圖；圖4為神經網絡自適應控制器示意圖；圖5為本發明一種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。圖I是鏈式STATCOM的主電路結構原理圖，每相由多個單相逆變橋(H橋)串聯而成，三相各自獨立，容易實現分相控制。圖2為STATCOM穩態運行時輸出電壓和電流的向量圖，其中Us為電網電壓，U1為補償器輸出電壓，Λ U為Us和U1的向量差，I1為補償器輸出電流，R和X分別為連接電抗器的電阻和電感。經公式推導后可得STATCOM從電力系統吸收的有功功率P和向電力系統提供的無功功率Q為
權利要求
1.一種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，其特征在于，包括下列步驟 Si:電網待補償的無功功率和補償器器輸出的參考無功功率通過PI調節得到補償器輸出的無功功率； 52:把上述無功功率帶入公式(I)中的Q通過計算得到電源電壓與STATCOM輸出電壓間的偏移角度S ;
2.如權利要求I所述的一種PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，其特征在于所述方法采用PAM逆變器脈沖調制的方法。
3.如權利要求I所述的種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，其特征在于所述方法采用H橋調制比循環交換控制方案。
4.如權利要求I所述的種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，其特征在于所述方法采用神經網絡自適應控制器以自動調節PI參數。
全文摘要
本發明涉及一種基于PAM逆變器的級聯STATCOM控制方法，包括下列步驟S1電網待補償的無功功率和補償器器輸出的參考無功功率通過PI調節得到補償器輸出的無功功率；S2根據上述無功功率計算得到電源電壓與STATCOM輸出電壓間的偏移角度δ；S3由鎖相環得到的初相角加上所得到偏移角度δ正弦化后得到PAM逆變器所需要的參考電壓波形；S4參考電壓通過PAM調制計算各個H橋的開關角度最終疊加得到無功補償器各相輸出的補償電壓；S5針對所需補償無功的變化采用一種神經網絡自適應PI控制器，其控制器參數kp、ki由神經網絡在線整定，神經網絡根據系統的運行狀態，通過自學習和權值的調整，在線整定PI控制器的參數，以期達到性能指標的最優。
文檔編號H02M7/49GK102904259SQ20121026975
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者鄭益慧, 李立學, 王昕 , 周荔丹, 隋龍弟, 李軍良, 王艷華, 謝寧, 王濱 申請人:上海交通大學, 吉林省電力有限公司四平供電公司, 國家電網公司