CN104065062A - Statcom正常运行调制控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及STATCOM正常运行调制控制方法，正常补偿运行时，对每相链节电容电压进行排序，并且判断每相调制波、电流的极性，由调制波计算出每相需投入的链节数n_a，n_b，n_c；然后每相调制波极性、电流极性、投入链节数，确定投入电压高的链节还是投入电压低的链节，其余链节切除；若电流为正且调制波极性为正，或者电流为负且调制波极性为负，则投入电压高的链节；若电流为正且调制波极性为负，或者电流为负且调制波极性为正，则投入电压低的链节。利用本发明的方法，正常补偿运行过程的调制控制方法，可以实现相内链节间的电压均衡，无需额外的相内均压策略，简化了控制软件。

Description

STATCOM正常运行调制控制方法

技术领域

本发明涉及一种STATCOM正常运行调制控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，STATCOM技术日益成熟，其作为一种FACTS装置在电力系统中得到了广泛应用。高压STATCOM基本采用链式结构，且链节数较多，脉冲调制作为其底层技术之一，设计合适的脉冲调制方法与STATCOM的运行至关重要。

高压STATCOM在启动时，采用电网经过软启电阻对换流链自然充电时，软启电阻上有一定的压降，旁路软启电阻时有冲击。软启电阻旁路后，链节电压尚未充电至额定电压，需要采取一定的策略使链节电压充电至额定。

从现有资料来看，STATCOM普遍采用载波移相调制技术(CPS-SPWM)，该调制技术的优点使其广泛应用于高压大容量场合，然而当STATCOM链节数较多时，载波数量随之增多，增加了控制系统的复杂程度。

阶梯波调制相当于用阶梯波来逼近正弦波，那么阶梯数越多，其逼近正弦波的程度越大，谐波分量就越小，因此其主要应用于链节数较多的STATCOM。另外这种调制方法简单，易于实现。目前，阶梯波调制在模块化多电平柔性直流输电系统已得到了应用。然而对于高压STATCOM，其链节数较多时，采用阶梯波调制与CPS-SPWM调制的控制效果基本无异，而在启动和运行时相内均压的实现较为困难。

所以，现在亟需新的高压STATCOM的调制控制策略，用于在启动时能够实现链节平滑充电至额定电压和相内均压；正常运行时实现相内均压。

发明内容

本发明的目的是提供一种STATCOM正常运行调制控制方法，用以解决在正常运行过程中相内均衡的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

STATCOM正常运行调制控制方法，正常补偿运行时，对每相链节电容电压进行排序，并且判断每相调制波、电流的极性，由调制波计算出每相需投入的链节数n_a，n_b，n_c；然后每相调制波极性、电流极性、投入链节数，确定投入电压高的链节还是投入电压低的链节，其余链节切除；若电流为正且调制波极性为正，或者电流为负且调制波极性为负，则投入电压高的链节；若电流为正且调制波极性为负，或者电流为负且调制波极性为正，则投入电压低的链节。

切除时采取以下零电压脉冲分配逻辑：

若上一控制周期输出正电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出负电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变；反之，若上一控制周期输出正电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出负电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变。

在启动时：

1)通过软启电阻对链节充电，然后根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的n₁个链节，其余链节闭锁充电，切除n₁个链节后，构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值；

2)链节电容电压稳定后，闭锁所有链节，旁路软启电阻；

3)根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的n₂个链节，其余链节闭锁充电；使各链节电容电压平滑充电至额定电压。

步骤1)、步骤3)中，切除链节时，逐个链节切除，切除后判断是否满足对应的闭环条件，若不满足则继续切除；步骤1)的闭环条件是切除后构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值；步骤3)的闭环条件是切除后使各链节充电至额定电压。

步骤1)、步骤3)分别为两次切除；若第一次切除时开通一对桥臂，则第二次切除时开通另一对桥臂，每对桥臂是不直接连接的桥臂。

利用本发明的方法，正常补偿运行过程的调制控制方法，可以实现相内链节间的电压均衡，无需额外的相内均压策略，简化了控制软件。并且采用链节输出零电压时的脉冲分配逻辑可以实现链节内IGBT的开关频率与损耗均衡。

进一步的，启动过程能够实现相内链节间的电压均衡，且平滑充电至额定电压，这使得其可以长期运行于热备用状态。启动完成后STATCOM可长期运行于每相切除n₂个链节的状态，此时链节电压已稳定于额定且链节之间电压均衡，所以待需转入闭环补偿运行时，可快速实现模式的转换。

附图说明

图1是星型链式STATCOM主回路结构电气原理图；

图2是链节结构图；

图3是实施例的启动调制控制流程图；

图4是实施例的正常补偿运行调制控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1是本发明涉及的星型链式STATCOM主回路结构，定义STATCOM的电流参考方向为流入电网方向。U_sa、U_sb和U_sc为理想电网电源，L_sa、L_sb和L_sc为电网等效电抗，KM1为软启接触器，KM2为主接触器，R_a、R_b和R_c为软启电阻，L_a、L_b和L_c为STATCOM连接电抗。A₁、A₂…A_n，B₁、B₂…B_n，C₁、C₂…C_n分别是A、B、C三相的各个链节，每相的各链节级联，每个链节采用全桥结构，如图2所示。

STATCOM正常补偿运行时的脉冲调制策略如图4所示。

具体的，一种实施方式下：正常补偿运行时，首先，(由FPGA)对每相链节电容电压进行排序。

其次，由DSP判断每相调制波、电流的极性，由调制波计算出每相需投入的链节数n_a，n_b，n_c。

最后，由FPGA根据每相调制波极性、电流极性、投入链节数，确定投入电压高的链节还是投入电压低的链节，其余链节切除。即确定链节数后，若电流为正且调制波极性为正，或者电流为负且调制波极性为负，则投入电压高的链节；若电流为正且调制波极性为负，或者电流为负且调制波极性为正，则投入电压低的链节。

关于每相需投入的链节数n_a，n_b，n_c的计算，以及关于电流方向、调制波极性的定义，由于属于常规技术，再次不再赘述。

正常补偿运行时，有以下几点需要说明：

链节输出正或负电压均称之为投入，由调制波极性确定输出正或负。

链节输出零电压称之为切除，输出零电压有两种开关状态，T1、T3导通或T2、T4导通，为实现开关频率及损耗的均衡，采取以下零电压脉冲分配逻辑：

若上一控制周期输出正电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出负电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变。反之，若上一控制周期输出正电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出负电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变。

以上正常补偿运行过程的调制控制方法，可以实现相内链节间的电压均衡，无需额外的相内均压策略，简化了控制软件。并且采用链节输出零电压时的脉冲分配逻辑可以实现链节内IGBT的开关频率与损耗均衡。

STATCOM启动时的脉冲调制策略如图3所示。

具体的，启动时，首先，闭合软启接触器KM1,通过软启电阻对链节充电，链节电压基本稳定后，根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的n₁个链节，其余链节闭锁充电，切除n₁后，构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值。链节电压即链节电容电压。

链节电容电压稳定后，闭锁所有链节。由于换流链线电压大于电网线电压，所以此时无充电电流，闭合主接触器KM2旁路软启电阻，无冲击。

最后，每相切除n₂个链节，即将每相链节切除数由0逐渐增加至n₂,仍然是根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的链节，其余闭锁充电，使链节电容电压平滑充电至额定电压，切除n₂后使各链节充电至额定电压。

至此，STATCOM启动完成。

启动过程中，有以下几点需要说明：

切除指链节输出电压为零，链节电容不参与充电。

电压基本稳定和电压稳定是指电压波动降至对应的设定范围内。

可采用闭环方法确定n₁和n₂，不满足闭环条件时，逐渐增加切除数。即，逐个切除，然后判断是否满足闭环条件，若不满足则继续切除。n1的闭环条件是切除后构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值。n2的闭环条件是切除后使各链节充电至额定电压。

启动过程中，有两次切除过程。链节切除时，如图2所示，对于任一个链节，采取T1、T3和T2、T4轮换导通的方法，若一个链节上一次为切除状态，第二次再次切除，则第一次的切除状态开通的是T1、T3，那么第二次切除开通T2、T4；第一次的切除状态开通的是T2、T4，那么第二次切除开通T1、T3；以此实现开关频率及损耗的均衡。即若第一次切除时开通一对桥臂，则第二次切除时开通另一对桥臂，每对桥臂是不直接连接的桥臂。

启动完成，STATCOM可长期运行于每相切除n₂个链节的状态，此时链节电压已稳定于额定且链节之间电压均衡，所以待需转入闭环补偿运行时，可快速实现模式的转换。此时称STATCOM处于热备用状态。

以上实施例的启动调制控制方法，可实现相内链节间的电压均衡，且平滑充电至额定电压，这使得其可以长期运行于热备用状态。

对于链节数较少的STATCOM，可以采用本文所述的启动脉冲调制策略，正常补偿运行时可以采用CPS-SPWM调制方法。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.STATCOM正常运行调制控制方法，其特征在于，正常补偿运行时，对每相链节电容电压进行排序，并且判断每相调制波、电流的极性，由调制波计算出每相需投入的链节数n_a，n_b，n_c；然后每相调制波极性、电流极性、投入链节数，确定投入电压高的链节还是投入电压低的链节，其余链节切除；若电流为正且调制波极性为正，或者电流为负且调制波极性为负，则投入电压高的链节；若电流为正且调制波极性为负，或者电流为负且调制波极性为正，则投入电压低的链节。

2.根据权利要求1所述的STATCOM正常运行调制控制方法，其特征在于，切除时采取以下零电压脉冲分配逻辑：

若上一控制周期输出正电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出负电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变；反之，若上一控制周期输出正电压，则开通T2和T4；若上一控制周期输出负电压，则开通T1和T3；若上一控制周期输出零电压，则开关状态不变。

3.根据权利要求1或2所述的STATCOM正常运行调制控制方法，其特征在于，在启动时：

1)通过软启电阻对链节充电，然后根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的n₁个链节，其余链节闭锁充电，切除n₁个链节后，构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值；

2)链节电容电压稳定后，闭锁所有链节，旁路软启电阻；

3)根据每相链节电压排序结果，切除每相中电压高的n₂个链节，其余链节闭锁充电；使各链节电容电压平滑充电至额定电压。

4.根据权利要求3所述的STATCOM正常运行调制控制方法，其特征在于，步骤1)、步骤3)中，切除链节时，逐个链节切除，切除后判断是否满足对应的闭环条件，若不满足则继续切除；步骤1)的闭环条件是切除后构成换流链线电压的所有链节电压之和大于电网线电压峰值；步骤3)的闭环条件是切除后使各链节充电至额定电压。

5.根据权利要求4所述的STATCOM正常运行调制控制方法，其特征在于，步骤1)、步骤3)分别为两次切除；若第一次切除时开通一对桥臂，则第二次切除时开通另一对桥臂，每对桥臂是不直接连接的桥臂。