高壓statcom換流鏈等效全壓全功率運行控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，所述換流鏈包括兩條橋臂，每條橋臂由若干個換流鏈串聯構成，兩個橋臂通過電抗器進行連接。基于以上主回路拓撲，該發明可以同時控制多個換流鏈運行于全壓全功率工況下，其一方面克服了高壓STATCOM裝置難在實驗環境中進行全壓全功率試驗的缺點，另一方面相對于其他等效運行試驗方法，其大大提高了子模塊等效全壓全功率測試效率。
【專利說明】高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法。
【背景技術】
[0002] 作為柔性交流輸電系統（FACTS)中的一項核心技術，采用載波移相正弦脈寬調制 技術（CPS-SPWM)的鏈式靜止無功補償器，可以實現以較低的開關頻率獲得較高的等效開 關頻率的輸出效果，大大簡化了濾波，并且相對于其他無功補償裝置具有響應速度快、體積 小、調節范圍寬等特性，被認為是目前最先進的無功補償裝置，也使其成為當今電力系統柔 性交流輸電裝置研制的熱點。
[0003] 基于級聯型模塊化多電平技術的STATC0M，是實現利用IGBT進行無功補償的一種 方式，其核心部件一大功率高壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)的可靠性運行成為系統安全 的關鍵。
[0004] 可靠性運行指的是子模塊在全壓全功率試驗條件下，能夠長時間承受各種應力， 并正常工作。其所承受的應力主要有5類：電壓、電流、電壓變化率、電流變化率、熱應力。
[0005] 由于STATCOM裝置普遍具有電壓高、電流大、容量大的特點，很難實現在試驗環境 中搭建與實際運行情況相同的全電壓、全功率運行試驗平臺。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，用 以解決試驗環境中的全電壓、全功率等效的問題。
[0007] 為實現上述目的，本發明的方案包括：
[0008] 1，高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，試驗電路包括：兩個補能 電源、一個充電電源、一個電抗器、兩個換流鏈串聯組成的橋臂，分別為橋臂一與橋臂二；兩 個橋臂的高端通過電抗器連接，低端接地；各橋臂均設有一個作為補能換流鏈單元的鏈節， 各補能換流鏈單元分別連接所述補能電源；兩橋臂的高端與低端之間并聯所述充電電源； 各個鏈節的電容均并聯有泄放電阻；
[0009] 控制方法如下：
[0010] 1)由兩個補能電源為對應的兩個補能換流鏈單元充電，充電至額定母線電壓后， 將兩個補能換流鏈單兀芳路；
[0011] 2)投入充電電源，將其他換流鏈單元充電至額定母線電壓值；
[0012] 3)待所有換流鏈均充電至母線電壓值，切除充電電源后，控制各換流鏈運行于等 效全壓全功率工況下；
[0013] 4)開環控制橋臂一輸出固定幅值交流電壓，同時通過雙閉環控制橋臂二輸出與橋 臂一同相位但不同幅值的交流電壓，使主回路上產生大小、相位超前或滯后橋臂一 90度的 交流電流；
[0014] 5)橋臂二采用電壓外環、電流內環雙環控制，使主回路上產生相位、幅值可調的交 流電流，輸出作為電流內環的有功指令，有功指令和無功指令相加后作為電流內環總的電 流指令。
[0015] 橋臂一輸出電壓具體控制方法：通過開環控制策略，輸出相位、幅值一定的交流電 壓，輸出電壓
[0016] Ui = 1? · η · udcsin (ω t)
[0017] 其中，mi為開環調制度，ud。為子模塊電壓，Ul橋臂電壓，η是橋臂鏈節數。
[0018] 采用三角載波移相正弦脈寬調制方法進行調制。
[0019] 本發明可以同時控制多個換流鏈運行于全壓全功率工況下，其一方面克服了高壓 STATC0M裝置難在實驗環境中進行全壓全功率試驗的缺點，另一方面相對于其他等效運行 試驗方法，其大大提高了子模塊等效全壓全功率測試效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明實施方式的高壓STATC0M換流鏈全壓全功率試驗系統主回路電路原 理圖；
[0021] 圖2是橋臂二控制框圖；
[0022] 圖3(a)是為參考橋臂一輸出電壓波形，圖3(b)為參考橋臂二輸出電壓波形，圖 3(c)為參考電流輸出波形。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0024] 本發明用于如圖1所示試驗電路，試驗電路包括：兩個補能電源、一個充電電源、 一個電抗器、兩個換流鏈串聯組成的橋臂（橋臂一、橋臂二）、若干接觸器、斷路器、充電電 阻；兩個橋臂的高端通過電抗器連接，低端接地；各橋臂的最低端鏈節分別連接一個所述 補能電源，低端鏈節為補能換流鏈單元；兩橋臂的高端與低端之間并聯所述充電電源；各 個鏈節的電容均并聯有泄放電阻。
[0025] 補能電源、充電電源均從電網取電，通過變壓器、整流電路形成直流電源。補能電 源的作用是補充試驗過程中回路中產生的電抗器、換流鏈等損耗；充電電源的作用是為各 換流鏈單元預充電；充電電阻的作用是限制預充電電流。泄放電阻用于泄放電流。
[0026] 控制方法如下：
[0027] 1)由兩個補能電源為對應的兩個鏈節（補能換流鏈單元）充電，充電至額定母線 電壓后，將兩個補能換流鏈單元旁路；
[0028] 2)投入充電電源，將其他換流鏈單元充電至額定母線電壓值；
[0029] 3)待所有換流鏈均充電至母線電壓值，切除充電電源后，控制各換流鏈運行于等 效全壓全功率工況下。
[0030] 調制策略為：三角載波移相正弦脈寬調制（CPS-SPWM)。
[0031] 控制策略為：待所有模塊充電至額定母線電壓值后，開環控制橋臂一輸出固定幅 值交流電壓，同時通過雙閉環控制橋臂二輸出與橋臂一同相位但不同幅值的交流電壓，使 主回路上產生大小、相位超前或滯后橋臂一 90度的交流電流，從而使換流鏈運行于全壓全 功率工況下。
[0032] 橋臂一輸出電壓具體控制方法：通過開環控制策略，輸出相位、幅值一定的交流電 壓，輸出電壓
[0033] Ui = 1? · η · udcsin (ω t)
[0034] 其中，1?為開環調制度，ud。為子模塊電壓，Ul橋臂電壓，η是橋臂鏈節數。
[0035] 橋臂二輸出電壓控制方法：采用電壓外環、電流內環雙環控制策略，使主回路上產 生相位、幅值可調的交流電流，其中外環的作用是用來穩定整個橋臂上的母線電壓，其輸出 作為電流內環的有功指令，有功指令和無功指令相加后作為電流內環總的電流指令，內環 作用是用來控制回路電流跟蹤指令值。如圖2所示，圖2 *i_fdb電抗器電流。各橋臂電 壓和參考電流輸出波形如圖3所示。
[0036] 由于各換流鏈的參數、打脈沖延時時間不同等差異，將導致各換流鏈在運行過程 中母線電壓失去平衡，所以應該采取一定的均壓控制策略，以實現橋臂間的母線電壓平衡。
[0037] 本發明均壓控制策略：采用有功電壓矢量疊加法，即在當前調制波上疊加一個與 當前運行電流同相或反相的疊加調制波
[0038] Au = 土kp · (udc av_udc」）Ii
[0039] 其中，kp為比例調節器系數，ud。av為母線電壓平均值，u d。」為第i個子模塊電壓 (i〈 = η), Διι為疊加調制信號，L為子模塊電流。
[0040] 以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限于所描述的實施方式。本發明的基 本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變 形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對 實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，其特征在于，試驗電路包括：兩 個補能電源、一個充電電源、一個電抗器、兩個換流鏈串聯組成的橋臂，分別為橋臂一與橋 臂二；兩個橋臂的高端通過電抗器連接，低端接地；各橋臂均設有一個作為補能換流鏈單 元的鏈節，各補能換流鏈單元分別連接所述補能電源；兩橋臂的高端與低端之間并聯所述 充電電源；各個鏈節的電容均并聯有泄放電阻； 控制方法如下： 1) 由兩個補能電源為對應的兩個補能換流鏈單元充電，充電至額定母線電壓后，將兩 個補能換流鏈單元旁路； 2) 投入充電電源，將其他換流鏈單元充電至額定母線電壓值； 3) 待所有換流鏈均充電至母線電壓值，切除充電電源后，控制各換流鏈運行于等效全 壓全功率工況下； 4) 開環控制橋臂一輸出固定幅值交流電壓，同時通過雙閉環控制橋臂二輸出與橋臂一 同相位但不同幅值的交流電壓，使主回路上產生大小、相位超前或滯后橋臂一 90度的交流 電流； 5) 橋臂二采用電壓外環、電流內環雙環控制，使主回路上產生相位、幅值可調的交流電 流，輸出作為電流內環的有功指令，有功指令和無功指令相加后作為電流內環總的電流指 令。
2. 根據權利要求1所述的高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，其特征 在于，橋臂一輸出電壓具體控制方法：通過開環控制策略，輸出相位、幅值一定的交流電壓， 輸出電壓 h = 1? · η · udcsin (ω t) 其中，1?為開環調制度，ud。為子模塊電壓，Ul橋臂電壓，η是橋臂鏈節數。
3. 根據權利要求1所述的高壓STATCOM換流鏈等效全壓全功率運行控制方法，其特征 在于，采用三角載波移相正弦脈寬調制方法進行調制。
【文檔編號】H02J3/18GK104065088SQ201410298776
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張建, 梁燕, 孫健, 劉剛, 張揚, 高志軍, 左廣杰, 李建偉 申請人:許繼電氣股份有限公司