CN104065088A - 高压statcom换流链等效全压全功率运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，所述换流链包括两条桥臂，每条桥臂由若干个换流链串联构成，两个桥臂通过电抗器进行连接。基于以上主回路拓扑，该发明可以同时控制多个换流链运行于全压全功率工况下，其一方面克服了高压STATCOM装置难在实验环境中进行全压全功率试验的缺点，另一方面相对于其他等效运行试验方法，其大大提高了子模块等效全压全功率测试效率。

Description

高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法

技术领域

本发明涉及一种高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法。

背景技术

作为柔性交流输电系统(FACTS)中的一项核心技术，采用载波移相正弦脉宽调制技术(CPS-SPWM)的链式静止无功补偿器,可以实现以较低的开关频率获得较高的等效开关频率的输出效果，大大简化了滤波，并且相对于其他无功补偿装置具有响应速度快、体积小、调节范围宽等特性，被认为是目前最先进的无功补偿装置，也使其成为当今电力系统柔性交流输电装置研制的热点。

基于级联型模块化多电平技术的STATCOM,是实现利用IGBT进行无功补偿的一种方式，其核心部件---大功率高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性运行成为系统安全的关键。

可靠性运行指的是子模块在全压全功率试验条件下，能够长时间承受各种应力，并正常工作。其所承受的应力主要有5类：电压、电流、电压变化率、电流变化率、热应力。

由于STATCOM装置普遍具有电压高、电流大、容量大的特点，很难实现在试验环境中搭建与实际运行情况相同的全电压、全功率运行试验平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，用以解决试验环境中的全电压、全功率等效的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

1，高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，试验电路包括：两个补能电源、一个充电电源、一个电抗器、两个换流链串联组成的桥臂，分别为桥臂一与桥臂二；两个桥臂的高端通过电抗器连接，低端接地；各桥臂均设有一个作为补能换流链单元的链节，各补能换流链单元分别连接所述补能电源；两桥臂的高端与低端之间并联所述充电电源；各个链节的电容均并联有泄放电阻；

控制方法如下：

1)由两个补能电源为对应的两个补能换流链单元充电，充电至额定母线电压后，将两个补能换流链单元旁路；

2)投入充电电源，将其他换流链单元充电至额定母线电压值；

3)待所有换流链均充电至母线电压值，切除充电电源后，控制各换流链运行于等效全压全功率工况下；

4)开环控制桥臂一输出固定幅值交流电压，同时通过双闭环控制桥臂二输出与桥臂一同相位但不同幅值的交流电压，使主回路上产生大小、相位超前或滞后桥臂一90度的交流电流；

5)桥臂二采用电压外环、电流内环双环控制，使主回路上产生相位、幅值可调的交流电流，输出作为电流内环的有功指令，有功指令和无功指令相加后作为电流内环总的电流指令。

桥臂一输出电压具体控制方法：通过开环控制策略，输出相位、幅值一定的交流电压，输出电压

u₁＝m₁·n·u_dcsin(ωt)

其中，m₁为开环调制度，u_dc为子模块电压，u₁桥臂电压，n是桥臂链节数。

采用三角载波移相正弦脉宽调制方法进行调制。

本发明可以同时控制多个换流链运行于全压全功率工况下，其一方面克服了高压STATCOM装置难在实验环境中进行全压全功率试验的缺点，另一方面相对于其他等效运行试验方法，其大大提高了子模块等效全压全功率测试效率。

附图说明

图1是本发明实施方式的高压STATCOM换流链全压全功率试验系统主回路电路原理图；

图2是桥臂二控制框图；

图3(a)是为参考桥臂一输出电压波形，图3(b)为参考桥臂二输出电压波形，图3(c)为参考电流输出波形。

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。

本发明用于如图1所示试验电路，试验电路包括：两个补能电源、一个充电电源、一个电抗器、两个换流链串联组成的桥臂(桥臂一、桥臂二)、若干接触器、断路器、充电电阻；两个桥臂的高端通过电抗器连接，低端接地；各桥臂的最低端链节分别连接一个所述补能电源，低端链节为补能换流链单元；两桥臂的高端与低端之间并联所述充电电源；各个链节的电容均并联有泄放电阻。

补能电源、充电电源均从电网取电，通过变压器、整流电路形成直流电源。补能电源的作用是补充试验过程中回路中产生的电抗器、换流链等损耗；充电电源的作用是为各换流链单元预充电；充电电阻的作用是限制预充电电流。泄放电阻用于泄放电流。

控制方法如下：

1)由两个补能电源为对应的两个链节(补能换流链单元)充电，充电至额定母线电压后，将两个补能换流链单元旁路；

2)投入充电电源，将其他换流链单元充电至额定母线电压值；

3)待所有换流链均充电至母线电压值，切除充电电源后，控制各换流链运行于等效全压全功率工况下。

调制策略为：三角载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)。

控制策略为：待所有模块充电至额定母线电压值后，开环控制桥臂一输出固定幅值交流电压，同时通过双闭环控制桥臂二输出与桥臂一同相位但不同幅值的交流电压，使主回路上产生大小、相位超前或滞后桥臂一90度的交流电流，从而使换流链运行于全压全功率工况下。

桥臂一输出电压具体控制方法：通过开环控制策略，输出相位、幅值一定的交流电压，输出电压

u₁＝m₁·n·u_dcsin(ωt)

其中，m₁为开环调制度，u_dc为子模块电压，u₁桥臂电压，n是桥臂链节数。

桥臂二输出电压控制方法：采用电压外环、电流内环双环控制策略，使主回路上产生相位、幅值可调的交流电流，其中外环的作用是用来稳定整个桥臂上的母线电压，其输出作为电流内环的有功指令，有功指令和无功指令相加后作为电流内环总的电流指令，内环作用是用来控制回路电流跟踪指令值。如图2所示，图2中i_fdb电抗器电流。各桥臂电压和参考电流输出波形如图3所示。

由于各换流链的参数、打脉冲延时时间不同等差异，将导致各换流链在运行过程中母线电压失去平衡，所以应该采取一定的均压控制策略，以实现桥臂间的母线电压平衡。

本发明均压控制策略：采用有功电压矢量叠加法，即在当前调制波上叠加一个与当前运行电流同相或反相的叠加调制波

Δu＝±kp·(u_{dc_av}-u_{dc_i})Ii

其中，k_p为比例调节器系数，u_{dc_av}为母线电压平均值，u_{dc_i}为第i个子模块电压(i<＝n)，Δu为叠加调制信号，I_i为子模块电流。

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 (3)

1.高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，其特征在于，试验电路包括：两个补能电源、一个充电电源、一个电抗器、两个换流链串联组成的桥臂，分别为桥臂一与桥臂二；两个桥臂的高端通过电抗器连接，低端接地；各桥臂均设有一个作为补能换流链单元的链节，各补能换流链单元分别连接所述补能电源；两桥臂的高端与低端之间并联所述充电电源；各个链节的电容均并联有泄放电阻；

控制方法如下：

1)由两个补能电源为对应的两个补能换流链单元充电，充电至额定母线电压后，将两个补能换流链单元旁路；

2)投入充电电源，将其他换流链单元充电至额定母线电压值；

3)待所有换流链均充电至母线电压值，切除充电电源后，控制各换流链运行于等效全压全功率工况下；

4)开环控制桥臂一输出固定幅值交流电压，同时通过双闭环控制桥臂二输出与桥臂一同相位但不同幅值的交流电压，使主回路上产生大小、相位超前或滞后桥臂一90度的交流电流；

5)桥臂二采用电压外环、电流内环双环控制，使主回路上产生相位、幅值可调的交流电流，输出作为电流内环的有功指令，有功指令和无功指令相加后作为电流内环总的电流指令。

2.根据权利要求1所述的高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，其特征在于，桥臂一输出电压具体控制方法：通过开环控制策略，输出相位、幅值一定的交流电压，输出电压

u₁＝m₁·n·u_dcsin(ωt)

其中，m₁为开环调制度，u_dc为子模块电压，u₁桥臂电压，n是桥臂链节数。

3.根据权利要求1所述的高压STATCOM换流链等效全压全功率运行控制方法，其特征在于，采用三角载波移相正弦脉宽调制方法进行调制。