CN100394662C - 用于动态快速补偿装置的电流跟踪控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电力系统中的动态快速补偿装置(STATCOM)的电流跟踪控制方法，包括步骤：对于电力系统、负荷、动态快速补偿装置相互连接的公共点(Upcc)，测量动态快速补偿装置对于该公共点的电流实时值；根据相应策略的外环控制环节获得控制目标的参考电流(Iref)；利用获得的参考电流，根据相应策略的内环控制环节获得控制参考电压(Uref)；根据获得的参考电压，通过双极性三角载波比较的方法，生成PWM触发脉冲到全控型开关，从而实现控制STATCOM装置输出的目的。

Description

用于动态快速补偿装置的电流跟踪控制方法
技术领域
本技术属于电力系统柔性输配电、电力电子和用户电力技术领域，涉及输配电系统并联补偿，特别是动态快速补偿装置(STATCOM)的核心技术。
背景技术
针对并联补偿装置的控制问题，目前国内外常用的方法一般分为直接电流控制方法和间接电流控制方法。其中，直接电流控制方法(即电流跟踪控制方法)中，又包括滞环电流控制(Hysteresis current control)方法，定时比较控制(Delta modulation)方法，无差拍控制(Deadbeat control)方法，以及线性电流控制(Linear current control)方法。
在实际应用中，间接电流控制方法由于对系统稳定性要求高，不利于工业应用的实施；在直接电流控制方法中，滞环电流控制与定时比较控制方法的调制频率不固定，对变流器开关器件开关频率要求高，不仅难以设计滤波器，且不利于工业应用中的诸如快速暂态控制、并联谐振、以及散热等实际问题的解决；无差拍控制则对于系统参数过于敏感和依赖，会提高工业应用的实际难度和复杂度。
基于以上种种原因，本发明依据线性电流控制原理和变流器的特性，设计、实现了基于双极性三角载波的电流跟踪控制的一系列技术方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种STATCOM装置的电流跟踪控制方法，使其能够实现动态快速响应和具有广泛的工业可行性。
根据本发明，提供了一种用于电力系统中的动态快速补偿装置(STATCOM)的电流跟踪控制方法，包括步骤：
对于电力系统、负荷、动态快速补偿装置相互连接的公共点(Upcc)，测量动态快速补偿装置对于该公共点的电流实时值；
根据相应策略的外环控制环节获得控制目标的参考电流(Iref)；
利用获得的目标电流，根据相应策略的内环控制环节获得控制参考电压(Uref)；
根据获得的参考电压，通过双极性三角载波比较的方法，生成PWM触发脉冲到全控型开关，进而利用全控型开关对动态快速补偿装置输出进行控制。
根据本发明的一个方面，外环控制环节包括：
将实时测量获得的所述公共点的电压(U)与目标电压(U*)做差，通过典型比例积分控制器，再与负荷电流(IL)做差，获得所述参考电流(Iref)。
根据本发明的另一个方面，所述内环控制环节包括：
所述参考电流获取后，与实时测量获得的公共点装置电流(Isvg)做差，然后通过典型比例积分控制器，获得所述参考电压(Uref)。
根据本发明的另一个方面，其中生成PWM触发脉冲的步骤包括：
依据下式生成PWM触发脉冲：
Figure C20061010929700041
其中，Xc(t)为双极性三角波，X(t)为参考波，即目标输出电压(Uref)，Y(t)为输出PWM脉冲。
附图说明
图1是STATCOM变流器典型系统主电路结构示意图；
图2是STATCOM装置的电流跟踪控制方法原理示意图；
图3为图2所示内环控制环节中，目标参考电压生成后，脉冲生成的方法示意图；
图4为双三角波比较脉冲生成方法示意图。
具体实施方式
图1描述了STATCOM变流器的典型系统主电路结构。其中，Upcc为系统、负荷、装置相互连接的公共点(母线)，Us、Is代表系统的输入电压、电流，Ls、Rs模拟系统接入阻抗，IL为负荷电流，Isvg为STATCOM变流器输出电流；下侧为STATCOM变流器主电路示意图。
图2所示的是图1主电路结构下，STATCOM变流器装置的控制回路原理框图，其中Upcc为系统公共点，Isvg为装置输出电流，IL为负荷电流，U为公共点电压，Zs为系统阻抗，STATCOM为变流器装置主电路示意。
参考图2，本发明属于一种方法，具体技术方案的实施步骤如下：
(1)参考电流计算。
通过检测环节，获得STATCOM装置对公共点(Upcc)的电流实时值，同时通过依据了相应策略的外环控制环节综合得到控制目标——参考电流。
参看附图2，STATCOM装置有一主要功能即稳定公共点电压，U*即是公共点电压的稳定目标的目标电压；U为实时测量获得的公共点电压，其中，外环控制策略可选如图2说描述的公共点电压稳定策略，将实时测量获得的公共点电压U与目标电压U*做差，通过典型PI控制器，再与负荷电流IL做差，获得参考电流Iref。
(2)内环控制。
如图2说描述，参考电流获取后，与实时测量获得的公共点装置电流Isvg做差，然后通过典型比例积分控制器，获得参考电压Uref。
(3)脉冲生成。
图3为图2所示内环控制环节中，参考电压生成后，脉冲生成的方法示意图。
现在参考图3。值得一提的是，本发明应用了PWM技术，PWM指的是Pulse WidthModulation——脉冲宽度调制，是目前变流器常用的控制(调制)方式。PWM脉冲指的是通过对变流器开关器件的开关控制实现宽度调制从而输出预计电压的“多路脉冲序列”。此外，还应用了全控型开关器件，在电力电子领域中所使用的开关器件按照控制方式分类，一般可分为半控型(即可以控制开通，但不可控制关断)和全控型(即可以控制器件的开通和关断)器件。本文中所应用的是指电力电子领域的全控型开关器件，一般为IGBT、IGCT、GTO等。由前面控制环节得到的参考电压，通过双极性三角载波(Triangle)比较的方法，生成PWM触发脉冲到全控型开关(比如IGBT、IGCT、GTO等)，从而实现控制STATCOM装置输出的目的。
双极性三角波比较脉冲生成方法参考图4。Xc(t)为双极性三角波，X(t)为参考波(即本发明中的参考电压Uref)，Y(t)为输出PWM脉冲，生成依据公式(1)。
Figure C20061010929700051
优点与效果
本发明主要实现了对STATCOM装置输出电流的直接控制，使得装置本身相当于一个受控的电流源。本发明是运用在实际工业应用中的，具有良好实践性的工业技术方案。该发明的应用，解决了STATCOM在工业应用方面的诸多难点，同时大大提高了并联补偿装置的动态响应速度和控制精度，大大增强了应用的鲁棒性，在如下的恶劣条件下：
(1)系统电压不平衡；
(2)系统功率突变；
(3)公共点电压突变；
(4)公共点电压相位突变；
(5)公共点励磁涌流；
(6)电流谐波；
均能保持良好的控制效果，保证装置稳定、可靠的运行。

Claims (2)

1.一种用于电力系统中的动态快速补偿装置的电流跟踪控制方法，包括步骤：
对于电力系统、负荷、动态快速补偿装置相互连接的公共点(Upcc)，测量动态快速补偿装置对于该公共点的电流实时值；
根据相应策略的外环控制环节获得控制目标的参考电流(Iref)；
利用获得的参考电流，根据相应策略的内环控制环节获得控制参考电压(Uref)；
根据获得的参考电压，通过双极性三角载波比较的方法，生成PWM触发脉冲到全控型开关，进而利用全控型开关对动态快速补偿装置输出进行控制，
其中所述的外环控制环节包括：
将实时测量获得的所述公共点的电压(U)与目标电压(U*)做差，通过典型比例积分控制器，再与负荷电流(IL)做差，获得所述参考电流(Iref)，
其中所述内环控制环节包括：
所述参考电流获取后，与实时测量获得的公共点装置电流(Isvg)做差，然后通过典型比例积分控制器，获得所述参考电压(Uref)。
2.如权利要求1的控制方法，其中生成PWM触发脉冲的步骤包括：
依据下式生成PWM触发脉冲：
其中，Xc(t)为双极性三角波，X(t)为参考波，即参考电压(Uref)，Y(t)为输出PWM脉冲。
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STATCOM电压控制系统性能分析. 栗春，姜齐荣，王仲鸿.中国电机工程学报，第20卷第8期. 2000
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新型静止无功发生器的控制方法研究. 杨晓萍，孙晓娟.电机电器技术，第1期. 2004
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