CN104124695B - 一种星形链式高压statcom低电压穿越控制方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法与装置。通过在电网电压指令的前馈解耦控制,结合负序电流相间均压控制,在三相电压发生对称跌落或者不对称跌落时,保证高压STATCOM的换流链电压的稳定,同时保证暂态过程的平稳过渡。该方法解决了在电网电压波动率较高的条件下,正常投运高压STATCOM的电网适应性问题。该方法能够有效的在0.2p.u.到0.4p.u.跌落情况下实现高压STATCOM的正常运行,并且在电网电压恢复正常时,能够快速恢复。该方法实现简单,控制性能良好,具有较强的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法与装置。
背景技术
随着新能源的大规模集中及分散式接入电网,电力系统输配电网络结构也随之改变。传统的强交流互联,转换为交流超高压电网为主,三纵三横直流远距离互联。由于距离因素和电机类负荷量大,需要消耗大量的无功功率。另一方面,电力系统对电能质量特别是无功的要求越来越高。静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM具有响应速度快、体积小、功率调节范围宽、不易引起谐振等优点,被认为是目前最先进的无功补偿装置,大容量STATCOM的使用有利于提高输电能力并增强系统稳定性。
高压STATCOM的星形拓扑结构(如图1)在35kV及其以下电压等级应用广泛,其优点为:星形拓扑下换流链仅承受相电压,相对耐压较低,绝缘要求小,小容量情况下容易对IGBT进行器件选型,具有成本低、体积小等优点。
电力系统会由于短路或者投切负荷、雷击等产生电压的暂态上升或者暂态下降。其中,暂态下降又被称为跌落在系统中较为常见。跌落的类型主要有三相跌落、两相跌落和单相跌落等。
三相跌落是指电力系统三相电压都发生了跌落,产生了幅值和相位的差异。两相跌落是指由于两相之间发生短路或者其他故障,两相电压发生了幅值和相位的差异。单相跌落是指仅有一相电压的幅值和相位发生改变。
如果高压STATCOM没有相应的低电压穿越功能,则在发生跌落的时候,会产生暂态故障,主要是指:装置过流以及三相换流链直流母线电压不均甚至过压故障。
装置过流产生的原因是,由于未加入低电压穿越控制功能,电力电子装置的调制度不能够迅速改变,那么STATCOM的电抗器会产生较大的电压差,从而形成瞬态过电流,引起装置故障。
装置产生直流母线不均的原因是,如果不加入低电压穿越控制,跌落一相的换流链电压必然会发生降低,这样三相会发生不对称,瞬态可能造成某些链节电压抬升,引起过压故障。
该方法解决了在电网电压波动率较高的条件下,正常投运高压STATCOM的电网适应性问题。经试验证明,该方法能够有效的在0.2p.u.到0.4p.u.跌落情况下实现高压STATCOM的正常运行,并且在电网电压恢复正常时,能够快速恢复。该方法实现简单,控制性能良好,具有较强的工程应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法与装置,用以解决现有技术对电网电压快速跟随的问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法,包括如下步骤:
1),比较直流电压给定值(u* dc)与三相直流电压平均值(udc_av),通过PI调节输出d轴正序直流电流给定值d轴正序直流电流给定值与d轴正序直流电流反馈值(id+)相比较,通过PI调节输出d轴正序直流电压给定值(u'd+),d轴正序直流电压给定值(u'd+)与带前馈系数的d轴正序电网电压(K·ugd+)相比较,输出d轴正序直流电压信号(ud+);
2),q轴正序直流电流给定值与q轴正序直流电流反馈值(iq+)相比较,通过PI调节输出q轴正序直流电压给定值(u'q+),q轴正序直流电压给定值(u'q+)与带前馈系数的q轴正序电网电压(K·ugq+)相比较,输出q轴正序直流电压信号(uq+);
3)d轴负序直流电流给定值与d轴负序直流电流反馈值(id-)相比较,通过PI调节输出d轴负序直流电压给定值(u'd-),d轴负序直流电压给定值(u'd-)与带前馈系数的d轴负序电网电压(K·ugd-)相比较,输出d轴负序直流电压信号(ud-);
4)q轴负序直流电流给定值与q轴负序直流电流反馈值(iq-)相比较,通过PI调节输出q轴负序直流电压给定值(u'q-),q轴负序直流电压给定值(u'q-)与带前馈系数的q轴负序电网电压(K·ugq-)相比较,输出q轴负序直流电压信号(uq-);
5),d轴正序直流电压信号(ud+)与q轴正序直流电压信号(uq+)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下正序输出(U* abc+),d轴负序直流电压信号(ud-)与q轴负序直流电压信号(uq-)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下负序输出(U* abc-);正序输出(U* abc+)与负序输出(U* abc-)直接叠加得到调制信号(U* abc_tatal)进行PWM调制。
所述前馈系数K:
式(1)中,Up,g为相电压的有效值,Udc_ref为参考直流母线电压,N为每相换流链的链节数,Udc_av_abc为瞬时直流母线电压的平均值,其为标幺值,相当于参考直流母线电压的比例。
所述d轴负序直流电流给定值q轴负序直流电流给定值是通过三相换流链的直流母线平均值依照式(2)得到ΔUdc(d)与ΔUdc(q),然后分别经过PI调节得到
Udc_av_a、Udc_av_b、Udc_av_c分别为A、B、C相换流链直流母线电压的平均值。
一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制装置,包括如下模块:
模块1),比较直流电压给定值(u* dc)与三相直流电压平均值(udc_av),通过PI调节输出d轴正序直流电流给定值d轴正序直流电流给定值与d轴正序直流电流反馈值(id+)相比较,通过PI调节输出d轴正序直流电压给定值(u'd+),d轴正序直流电压给定值(u'd+)与带前馈系数的d轴正序电网电压(K·ugd+)相比较,输出d轴正序直流电压信号(ud+);
模块2),q轴正序直流电流给定值与q轴正序直流电流反馈值(iq+)相比较,通过PI调节输出q轴正序直流电压给定值(u'q+),q轴正序直流电压给定值(u'q+)与带前馈系数的q轴正序电网电压(K·ugq+)相比较,输出q轴正序直流电压信号(uq+);
模块3)d轴负序直流电流给定值与d轴负序直流电流反馈值(id-)相比较,通过PI调节输出d轴负序直流电压给定值(u'd-),d轴负序直流电压给定值(u'd-)与带前馈系数的d轴负序电网电压(K·ugd-)相比较,输出d轴负序直流电压信号(ud-);
模块4)q轴负序直流电流给定值与q轴负序直流电流反馈值(iq-)相比较,通过PI调节输出q轴负序直流电压给定值(u'q-),q轴负序直流电压给定值(u'q-)与带前馈系数的q轴负序电网电压(K·ugq-)相比较,输出q轴负序直流电压信号(uq-);
模块5),d轴正序直流电压信号(ud+)与q轴正序直流电压信号(uq+)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下正序输出(U* abc+),d轴负序直流电压信号(ud-)与q轴负序直流电压信号(uq-)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下负序输出(U* abc-);正序输出(U* abc+)与负序输出(U* abc-)直接叠加得到调制信号(U* abc_tatal)进行PWM调制。
所述前馈系数K:
式(1)中,Up,g为相电压的有效值,Udc_ref为参考直流母线电压,N为每相换流链的链节数,Udc_av_abc为瞬时直流母线电压的平均值,其为标幺值,相当于参考直流母线电压的比例。
所述d轴负序直流电流给定值q轴负序直流电流给定值是通过三相换流链的直流母线平均值依照式(2)得到ΔUdc(d)与ΔUdc(q),然后分别经过PI调节得到
Udc_av_a、Udc_av_b、Udc_av_c分别为A、B、C相换流链直流母线电压的平均值。
本发明中,在电压闭环中增加带前馈系数的电网电压反馈,从而能够实现对电网电压的快速跟随。
进一步的,通过引入负序电压均压控制,能够消除暂态过电流,实现负序电流相间均压控制,用于在不平衡时稳定直流母线电压。
附图说明
图1是星形链式STATCOM装置本体结构图(其中仅画出一个链节的结构);
图2是本发明实施例的控制框图;
图3是负序电流相间均压控制框图。
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。
本发明的一种实施方式,一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法,具体的控制结构如图1所示:包括正序和负序控制,正序和负序叠加形成调制指令,实现对换流链的触发控制。
具体来说,对于正序:比较直流电压给定值(u* dc)与三相直流电压平均值(udc_av),通过PI调节输出d轴正序直流电流给定值d轴正序直流电流给定值与d轴正序直流电流反馈值(id+)相比较,通过PI调节输出d轴正序直流电压给定值(u'd+),d轴正序直流电压给定值(u'd+)与带前馈系数的d轴正序电网电压(K·ugd+)相比较,输出d轴正序直流电压信号(ud+)。
q轴正序直流电流给定值与q轴正序直流电流反馈值(iq+)相比较,通过PI调节输出q轴正序直流电压给定值(u'q+),q轴正序直流电压给定值(u'q+)与带前馈系数的q轴正序电网电压(K·ugq+)相比较,输出q轴正序直流电压信号(uq+)。
正序由系统给定直流电压给定值(u* dc),产生d轴正序直流电流给定值q轴正序直流电流给定值直接由系统给定。关于d轴正序直流电流反馈值(id+),q轴正序直流电流反馈值(iq+)的取得是由采样与坐标变换得到,具体过程与本发明过程无关,故未画出具体过程。
对于负序:d轴负序直流电流给定值与d轴负序直流电流反馈值(id-)相比较,通过PI调节输出d轴负序直流电压给定值(u'd-),d轴负序直流电压给定值(u'd-)与带前馈系数的d轴负序电网电压(K·ugd-)相比较,输出d轴负序直流电压信号(ud-)。
q轴负序直流电流给定值与q轴负序直流电流反馈值(iq-)相比较,通过PI调节输出q轴负序直流电压给定值(u'q-),q轴负序直流电压给定值(u'q-)与带前馈系数的q轴负序电网电压(K·ugq-)相比较,输出q轴负序直流电压信号(uq-)。
d轴负序直流电流给定值q轴负序直流电流给定值是通过三相换流链的直流母线平均值依照式(2)得到ΔUdc(d)与ΔUdc(q),然后分别经过PI调节得到
Udc_av_a、Udc_av_b、Udc_av_c分别为A、B、C相换流链直流母线电压的平均值,Udc_av为三相总平均值。
d轴正序直流电压信号(ud+)与q轴正序直流电压信号(uq+)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下正序输出(U* abc+),d轴负序直流电压信号(ud-)与q轴负序直流电压信号(uq-)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下负序输出(U* abc-);正序输出(U* abc+)与负序输出(U* abc-)直接叠加得到调制信号(U* abc_tatal)进行PWM调制。
前馈系数K:
式(1)中,Up,g为相电压的有效值,Udc_ref为参考直流母线电压,N为每相换流链的链节数,Udc_av_abc为瞬时直流母线电压的平均值,其为标幺值,相当于参考直流母线电压的比例。
U* abc+,U* abc-分别为输出的abc坐标系下正序、负序输出,直接进行加法叠加,得到U* abc_tatal调制信号,与三角载波经过SPWM调制,触发STATCOM各级联H桥的各个桥臂。由调制信号进行SPWM调制过程属于现有计算,在此不再赘述。
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 (6)
1.一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
1),比较直流电压给定值(u* dc)与三相直流电压平均值(udc_av),通过PI调节输出d轴正序直流电流给定值d轴正序直流电流给定值与d轴正序直流电流反馈值(id+)相比较,通过PI调节输出d轴正序直流电压给定值(u'd+),d轴正序直流电压给定值(u'd+)与带前馈系数的d轴正序电网电压(K·ugd+)相比较,输出d轴正序直流电压信号(ud+);
2),q轴正序直流电流给定值与q轴正序直流电流反馈值(iq+)相比较,通过PI调节输出q轴正序直流电压给定值(u'q+),q轴正序直流电压给定值(u'q+)与带前馈系数的q轴正序电网电压(K·ugq+)相比较,输出q轴正序直流电压信号(uq+);
3),d轴负序直流电流给定值与d轴负序直流电流反馈值(id-)相比较,通过PI调节输出d轴负序直流电压给定值(u'd-),d轴负序直流电压给定值(u'd-)与带前馈系数的d轴负序电网电压(K·ugd-)相比较,输出d轴负序直流电压信号(ud-);
4),q轴负序直流电流给定值与q轴负序直流电流反馈值(iq-)相比较,通过PI调节输出q轴负序直流电压给定值(u'q-),q轴负序直流电压给定值(u'q-)与带前馈系数的q轴负序电网电压(K·ugq-)相比较,输出q轴负序直流电压信号(uq-);
5),d轴正序直流电压信号(ud+)与q轴正序直流电压信号(uq+)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下正序输出(U* abc+),d轴负序直流电压信号(ud-)与q轴负序直流电压信号(uq-)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下负序输出(U* abc-);正序输出(U* abc+)与负序输出(U* abc-)直接叠加得到调制信号(U* abc_tatal)进行PWM调制。
2.根据权利要求1所述的一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法,其特征在于,所述前馈系数为:
式(1)中,Up,g为相电压的有效值,Udc_ref为参考直流母线电压,N为每相换流链的链节数,Udc_av_abc为瞬时直流母线电压的平均值,其为标幺值,相当于参考直流母线电压的比例。
3.根据权利要求1所述的一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制方法,其特征在于,所述d轴负序直流电流给定值q轴负序直流电流给定值是通过三相换流链的直流母线平均值依照式(2)得到ΔUdc(d)与ΔUdc(q),然后分别经过PI调节得到
Udc_av_a、Udc_av_b、Udc_av_c分别为A、B、C相换流链直流母线电压的平均值。
4.一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制装置,其特征在于,包括如下模块:
模块1),比较直流电压给定值(u* dc)与三相直流电压平均值(udc_av),通过PI调节输出d轴正序直流电流给定值d轴正序直流电流给定值与d轴正序直流电流反馈值(id+)相比较,通过PI调节输出d轴正序直流电压给定值(u'd+),d轴正序直流电压给定值(u'd+)与带前馈系数的d轴正序电网电压(K·ugd+)相比较,输出d轴正序直流电压信号(ud+);
模块2),q轴正序直流电流给定值与q轴正序直流电流反馈值(iq+)相比较,通过PI调节输出q轴正序直流电压给定值(u'q+),q轴正序直流电压给定值(u'q+)与带前馈系数的q轴正序电网电压(K·ugq+)相比较,输出q轴正序直流电压信号(uq+);
模块3),d轴负序直流电流给定值与d轴负序直流电流反馈值(id-)相比较,通过PI调节输出d轴负序直流电压给定值(u'd-),d轴负序直流电压给定值(u'd-)与带前馈系数的d轴负序电网电压(K·ugd-)相比较,输出d轴负序直流电压信号(ud-);
模块4),q轴负序直流电流给定值与q轴负序直流电流反馈值(iq-)相比较,通过PI调节输出q轴负序直流电压给定值(u'q-),q轴负序直流电压给定值(u'q-)与带前馈系数的q轴负序电网电压(K·ugq-)相比较,输出q轴负序直流电压信号(uq-);
模块5),d轴正序直流电压信号(ud+)与q轴正序直流电压信号(uq+)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下正序输出(U* abc+),d轴负序直流电压信号(ud-)与q轴负序直流电压信号(uq-)进行两相旋转到三相静止坐标变换得到三相静止坐标系下负序输出(U* abc-);正序输出(U* abc+)与负序输出(U* abc-)直接叠加得到调制信号(U* abc_tatal)进行PWM调制。
5.根据权利要求4所述的一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制装置,其特征在于,所述前馈系数为:
式(1)中,Up,g为相电压的有效值,Udc_ref为参考直流母线电压,N为每相换流链的链节数,Udc_av_abc为瞬时直流母线电压的平均值,其为标幺值,相当于参考直流母线电压的比例。
6.根据权利要求4所述的一种星形链式高压STATCOM低电压穿越控制装置,其特征在于,所述d轴负序直流电流给定值q轴负序直流电流给定值是通过三相换流链的直流母线平均值依照式(2)得到ΔUdc(d)与ΔUdc(q),然后分别经过PI调节得到
Udc_av_a、Udc_av_b、Udc_av_c分别为A、B、C相换流链直流母线电压的平均值。
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