CN107809115A - 一种降压式角型statcom及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降压式角型STATCOM及其控制方法，在主控制器的输出量上叠加一个对应相的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。本发明能够实现STATCOM在进行电压、无功等控制的同时，使得阀侧电压稳定在设定的范围内，实现主控制目标与阀侧电压控制目标的自动协调。

Description

一种降压式角型STATCOM及其控制方法
技术领域
本发明属于柔性交流输电技术领域，具体涉及一种降压式角型STATCOM及其控制方法。
背景技术
近年来随着电力电子开关技术的进步和现代控制理论应用的日益成熟，无功补偿技术中的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)逐步兴起。STATCOM具有补偿系统感性和容性无功、提高系统功率因数、改善电能智能、提高电力系统稳定性等多重功能，是柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission Systems，FACTS)的重要成员。
STATCOM一般包含三种主控制策略：电压控制、无功控制和暂态控制。
电压控制采用下垂控制方法，以三相交流电压正序幅值为控制目标时，实现正序控制，电压控制器的输出同时作为三相无功电流指令，如图3所示；以三相交流电压幅值为控制目标时，实现分相控制，电压控制器的输出作为该相无功电流指令，如图4以AB相为例所示。
无功控制以三相总无功功率为控制目标时，无功控制器输出同时作为三相无功电流指令，如图5所示；无功控制以三相无功功率为控制目标时，实现分相控制，无功控制器的输出作为该相无功电流指令，如图6以AB相为例所示。
同电压控制一样，暂态控制也分正序控制和分相控制，控制器输出限幅放开至设备最大暂时性过负荷能力，以实现对电网瞬时性故障期间的最大快速无功支撑。
对于降压式STATCOM，是通过降压变与系统连接，高压大容量变压器通常具有较大的短路阻抗，那么在进行高压侧母线的电压、无功控制时，低压侧母线电压变化范围较大。在现有的控制系统中，其控制目标点往往在降压变高压侧或以上，这样就造成STATCOM阀侧电压处于不控状态。但是，根据系统设计不同，降压变低压侧可能带有站用变、负荷等，维持低压侧电压稳定在设定范围内是设备正常工作的必要条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降压式角型STATCOM及其控制方法，用于解决降压式角型STATCOM以降压变的高压侧为控制点时无法控制阀侧电压的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种降压式角型STATCOM控制方法，在主控制器的输出量上叠加一个对应的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；
所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
进一步地，在主控制器的输出量上叠加一个对应的阀侧电压控制器的输出量后，进行电流限幅，将电流限幅后的结果作为无功电流的指令值。
进一步地，将上限闭环控制输出量进行第一限幅后的结果和下限控制输出量进行第二限幅后的结果相加。
进一步地，所述第一限幅的上幅值为0，所述第一限幅的下幅值的约束关系为：
Iupctrl_ll＝Iqef_ll-Imain_ctrl_qref
其中，Iupctrl_ll为第一限幅的下幅值，Iqef_ll为电流限幅的下幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的上幅值的约束关系为：
Ilowctrl_ul＝Iqef_ul-Imain_ctrl_qref
其中，Ilowctrl_ul为第二限幅的上幅值，Iqef_ul为电流限幅的上幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的下幅值为0。
本发明的一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主电路和主控制器，还包括阀侧电压控制器，所述主控制器的输出量上叠加有对应的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；
所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
进一步地，所述无功电流的指令值为：在主控制器的输出量上叠加一个对应的阀侧电压控制器的输出量后，进行电流限幅。
进一步地，所述阀侧电压控制器的输出量为：上限闭环控制输出量进行第一限幅后的结果和下限控制输出量进行第二限幅后的结果相加。
进一步地，所述第一限幅的上幅值为0，所述第一限幅的下幅值的约束关系为：
Iupctrl_ll＝Iqef_ll-Imain_ctrl_qref
其中，Iupctrl_ll为第一限幅的下幅值，Iqef_ll为电流限幅的下幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的上幅值的约束关系为：
Ilowctrl_ul＝Iqef_ul-Imain_ctrl_qref
其中，Ilowctrl_ul为第二限幅的上幅值，Iqef_ul为电流限幅的上幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的下幅值为0。
本发明的有益效果：
本发明的降压式角型STATCOM及其控制方法，对三相阀侧电压进行独立控制，在主控制器的输出量上叠加一个阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值，能够有效解决降压式角型STATCOM以降压变的高压侧为控制点时无法控制阀侧电压的问题，从而能够实现STATCOM在进行电压、无功等控制的同时，使得阀侧电压稳定在设定的范围内，实现主控制目标与阀侧电压控制目标的自动协调。
附图说明
图1是降压式角型链式STATCOM主回路结构示意图；
图2是降压式角型链式STATCOM阀侧电压控制方法示意图；
图3是电压控制的正序控制策略框图；
图4是电压控制的AB相控制策略框图；
图5是无功控制的总无功控制框图；
图6是无功控制的AB相无功控制框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
本发明的降压式角型STATCOM控制方法实施例：
下面以降压式角型链式STATCOM为例来对本发明作进一步的详细说明，如图1所示，降压式角型链式STATCOM主回路结构示意图如图1所示，主要由降压变、角内连接电抗和换流链组成。为了防止低压母线电压超出设定范围，STATCOM需要限制无功输出，控制低压侧母线电压在设定范围内。
对三相阀侧电压进行独立控制，以AB相为例，降压式角型链式STATCOM阀侧电压自动控制方法如图2所示，BC相、CA相的控制原理与AB相相同。
在AB相换流链的无功电流目标指令IAB_qref上叠加一个阀侧电压控制器的输出量。此时，无功电流目标指令值IAB_qref变为主控制器输出量Imain_ctrl_AB_qref与阀侧电压控制器的输出量相加并电流限幅后的结果。其中，电流限幅的上幅值为IAB_qef_ul，电流限幅的下幅值为IAB_qef_ll。
其中，阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器。将上限控制器的上限参考电压Uup_ref与对应相对应的线电压UAB作差后进行PI闭环控制，得到的结果进行第一限幅后得到上限闭环控制输出量IAB_upctrl_qref，将下限控制器的下限参考电压Ulow_ref与对应相的线电压UAB作差后进行PI闭环控制，得到的结果进行第二限幅后得到下限闭环控制输出量IAB_upctrl_qref，将上限闭环控制输出量IAB_upctrl_qref和下限闭环控制输出量IAB_upctrl_qref相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
为了控制对应相的线电压UAB稳定在设定的[U1，U2]范围内，U1与Ulow_ref接近，U2与Uup_ref接近，此时设置第一限幅的上幅值设置为0，下幅值I AB_upctrl_ll随着主控制器输出进行实时调整：
IAB_upctrl_ll＝IAB_qef_ll-Imain_ctrl_AB_qref
其中，IAB_upctrl_ll为第一限幅的下幅值，IAB_qef_ll为电流限幅的下幅值，Imain_ctrl_AB_qref为主控制器的输出量。
第二限幅的下幅值设置为0，上幅值I AB_upctrl_ul随着主控制器输出进行实时调整：
IAB_lowctrl_ul＝IAB_qef_ul-Imain_ctrl_AB_qref
其中，IAB_lowctrl_ul为第二限幅的上幅值，IAB_qef_ul为电流限幅的上幅值，Imain_ctrl_AB_qref为主控制器的输出量。
当阀侧电压超上限时，上限控制器自动投入；反之，上限控制器输出被限幅至0，自动退出。同理，当阀侧电压超下限时，下限控制器自动投入；反之，下限控制器输出被限幅至0。阀侧电压控制器的使得UAB能够稳定在设定的[U1，U2]范围内。
这样一来，将主控制器输出与阀侧电压控制器输出求和、限幅后作为换流链的无功电流目标指令，实现主控制(电压控制、无功控制、暂态控制等)目标与阀侧电压控制目标的自动协调，在保证对主控制目标影响最小的情况下自动控制阀侧电压。
本发明的降压式角型STATCOM实施例：
一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主电路和主控制器，还包括阀侧电压控制器，所述主控制器的输出量上叠加有对应的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
降压式角型STATCOM的实质在于该STATCOM的控制策略采用了在上述实施例中介绍的降压式角型STATCOM控制方法。由于对该方法已做了详细介绍，故对降压式角型STATCOM不再赘述。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种降压式角型STATCOM控制方法，其特征在于，在主控制器的输出量上叠加一个对应相的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；
所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
2.根据权利要求1所述的降压式角型STATCOM控制方法，其特征在于，在主控制器的输出量上叠加一个对应的阀侧电压控制器的输出量后，进行电流限幅，将电流限幅后的结果作为无功电流的指令值。
3.根据权利要求2所述的降压式角型STATCOM控制方法，其特征在于，将上限闭环控制输出量进行第一限幅后的结果和下限控制输出量进行第二限幅后的结果相加。
4.根据权利要求3所述的降压式角型STATCOM控制方法，其特征在于，所述第一限幅的上幅值为0，所述第一限幅的下幅值的约束关系为：
Iupctrl_ll＝Iqef_ll-Imain_ctrl_qref
其中，Iupctrl_ll为第一限幅的下幅值，Iqef_ll为电流限幅的下幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的上幅值的约束关系为：
Ilowctrl_ul＝Iqef_ul-Imain_ctrl_qref
其中，Ilowctrl_ul为第二限幅的上幅值，Iqef_ul为电流限幅的上幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的下幅值为0。
5.一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主电路和主控制器，其特征在于，还包括阀侧电压控制器，所述主控制器的输出量上叠加有对应的阀侧电压控制器的输出量，作为无功电流的指令值；
所述阀侧电压控制器包括上限控制器和下限控制器，将上限控制器的上限参考电压与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到上限闭环控制输出量；将下限控制器的下限参考值与对应相的线电压作差后进行闭环控制，得到下限闭环控制输出量；将上限闭环控制输出量和下限闭环控制输出量相加，作为阀侧电压控制器的输出量。
6.根据权利要求5所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，所述无功电流的指令值为：在主控制器的输出量上叠加一个对应的阀侧电压控制器的输出量后，进行电流限幅。
7.根据权利要求6所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，所述阀侧电压控制器的输出量为：上限闭环控制输出量进行第一限幅后的结果和下限控制输出量进行第二限幅后的结果相加。
8.根据权利要求7所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，所述第一限幅的上幅值为0，所述第一限幅的下幅值的约束关系为：
Iupctrl_ll＝Iqef_ll-Imain_ctrl_qref
其中，Iupctrl_ll为第一限幅的下幅值，Iqef_ll为电流限幅的下幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的上幅值的约束关系为：
Ilowctrl_ul＝Iqef_ul-Imain_ctrl_qref
其中，Ilowctrl_ul为第二限幅的上幅值，Iqef_ul为电流限幅的上幅值，Imain_ctrl_qref为主控制器的输出量；
所述第二限幅的下幅值为0。
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