級聯statcom穩態零誤差控制方法
【專利摘要】本發明提出一種比例反饋積分（proportional?feedback?integral，PFI）的穩態零誤差控制策略，分析其工作原理。考慮到系統電壓對輸出電流的擾動性，在上述控制策略基礎上提出前饋解耦PFI的控制方法，通過合理設置積分參數ki，其交流量幅值為1pu，相位偏移0度，直流分量幅值為0，可知其不僅可以實現級聯STATCOM裝置交流量穩態零誤差控制，還能有效地抑制直流分量。仿真和實驗結果驗證了該方法的有效性和實用性。
【專利說明】級聯STATCOM穩態零誤差控制方法
【技術領域】
[0001]本發明旨在提供一種級聯STATCOM在穩態時消除交流分量誤差并抑制直流分量的控制方法，能夠有效地保證級聯STATCOM安全穩定精確運行，該方法實現起來容易，具有很高的工程實用價值。
【背景技術】
[0002]近年來，級聯靜止同步補償器(staticsynchronous compensator, STATCOM)由于具有無需變壓器便可接入中高壓電網、易于擴展，便于模塊化設計等優點得到了廣泛地應用。對裝置輸出電流的控制精度直接影響到系統整體補償效果，通常電流控制性能指標主要有穩態幅值和相位誤差、動態響應時間、單位功率因數、諧波畸變率以及直流分量等等。級聯STATCOM由于大多數采用PI控制，其難以對交流量起到理想的效果，存在穩態誤差的問題。而裝置省去變壓器雖然可以減小占地、降低成本、提高效率，但同時也帶來了并網電流直流分量超標問題，將導致電網中磁性元件工作點偏移，進而引起變壓器或電機的諧波、噪聲、過熱和電流尖峰等一系列問題，IEEE Std.1547-2003要求電力電子裝置注入電網的直流分量不得超過額定輸出電流的0.5%。
[0003]目前，國內外對STATCOM裝置控制策略進行了多方面的研究。對電流控制而言，2001年第4期的《中國電機工程學報》中《STATCOM無功電流的魯棒自適應控制》一文從裝置級層次上提出了魯棒型直接自適應控制算法，控制器具有良好的電流追蹤能力和魯棒特性，但控制相對復雜。2003年第6期的《中國電機工程學報》中《鏈式STATCOM的數學模型》一文在鏈式STATCOM開關函數數學模型的基礎上，分析了基波電流有功、無功分量以及直流電壓平均值的變化關系，但不利于輸出電流控制算法設計。2010年第28期的《中國電機工程學報》中《鏈式D-STATC0M建模及其狀態反饋精確線性化解耦控制》一文通過狀態反饋精確線性化方式，實現了有功、無功解耦控制器設計，并在工程中得到應用。2006年第9期的《中國電機工程學報》中《并網逆變器輸出電流滯環跟蹤控制技術研究》一文采用滯環控制，其特點為原理簡單且動態響應快，但其最大不足是開關頻率受滯環寬度影響波動范圍較大，導致濾波器設計困難，進而影響系統整體性能。2002年第2期的《IEEE Trans, onPower Electronics》中《Vector current controlled voltage source converter: deadbeatcontrol and saturat1n strategies)) 一文米用無差拍控制和預測控制，其控制的有效性在很大程度上取決于被控對象精確模型的建立。而級聯STATCOM系統的非線性使精確模型的設計有一定難度，設計不當會導致系統控制不穩定。2001年第3期的《IEEE Trans,on Power Electronics》中《Stat1nary frame current regulat1n of PWM inverters withzero steady-state error)) 一文采用基于內模原理的比例諧振PR控制解決了交流量控制存在穩態誤差的問題，但是對于IEEE std.1547-2003中規定的直流偏置問題，該方法不能有效抑制。
【發明內容】
[0004]本發明提出基于前饋解耦PFI的控制方法，在實現級聯STATCOM裝置穩態零誤差控制的同時，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(系統穩定裕度較大)的情況下仍可實現穩態零誤差控制，擁有原理簡單、實現起來容易等特點，具有較高的工程實用價值。
[0005]【具體實施方式】如下:
根據說明書附圖1可推出PFI控制下的STATCOM輸出電流為:
當只考慮參考電流的影響。很明顯，當i/+1? = O成立時，閉環系統基波頻率處的幅頻特性1，相頻特性為0，即實現并網輸出電流基波的零穩態幅值相位誤差控制，此時并網直流分量同時得到抑制。然而考慮電網電壓Us的影響時，在I/= O成立的情況下，基
波頻率處電網電壓的擾動衰減了說明電網電壓擾動不可忽略，其會引起并網輸出
電流基波的穩態誤差，并會累積直流分量。
[0006]傳統的PI控制~+ 控制并網電流存在穩態幅值和相位誤差，其根源是
其基波頻率處增益為彳,|/ + (kjmf,不具有無窮增益特性。而比例反饋積分控制在基波頻
率處具有無窮大的增益，使得閉環系統基波頻率處的幅頻特性為1，相頻特性為0，因此可以實現并網電流的零穩態誤差控制。
[0007]基于上述分 析，為了消除電網電壓擾動影響，考慮引入電網電壓前饋解耦方案。如說明書附圖2所示，此時STATCOM輸出電流為:
【權利要求】
1.本發明旨在提供一種級聯STATCOM在穩態時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】H02J3/18GK104037786SQ201410316317
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】李圣清, 徐文祥, 栗偉周 申請人:湖南工業大學