CN109217326A - 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，该方法根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。本发明有效解决了采用换流链无功电流直接对高压侧三相电压进行分相控制时，由于二者的不对应关系而导致的分相控制不准确，三相间控制耦合的问题。

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、改善电能质量、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相当于可控的无功功率电源，其无功电流可快速跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需的无功功率，对电网的无功功率实现动态无功补偿。
链式STATCOM分为角型和星型结构，高压大容量STATCOM普遍采用角型链式结构，其显著特点是，三相之间相互独立，便于实现分相控制，利于对电网进行不平衡补偿。
一般来说，链式角型STATCOM其整体控制策略采用电压外环、电流内环的控制策略，在得到整个链式三角形连接STATCOM的总的输出电压后，以PWM信号形式输出。若针对电压外环，采用正负序分离的控制策略，则不需要进行三相电压进行分相控制。
对于降压式角型STATCOM，包括降压变压器，因其三相换流链与三相线电压并联，通过调节每相换流链的无功电流可以直接实现对应相线电压控制。然而，一般来说其交流电压的控制目标是在降压变压器的高压侧，而非低压侧。由于降压变的电压变换作用，低压侧线电压与高压侧电压并非对应关系，若采用换流链无功电流直接对高压侧三相电压进行分相控制，将会由于二者的不对应关系而导致分相控制不准确，三相间控制耦合。
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，用以解决采用换流链无功电流直接对高压侧三相电压进行分相控制时，由于二者的不对应关系而导致的分相控制不准确，三相间控制耦合的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种降压式角型STATCOM控制方法，根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。
进一步地，当所述降压变压器为Ynd11型降压变压器时，理想低压侧AB相对应高压侧B相，理想低压侧BC相对应高压侧C相，理想低压侧CA相对应高压侧A相。
进一步地，通过控制对应相换流链的电流来对理想低压侧三相之间的线电压进行控制。
进一步地，对理想低压侧三相之间的线电压进行控制时，将调度下发的电网电压指令的标幺值与理想低压侧对应相线电压的标幺值作差后，进行闭环控制，得到输出量作为换流链的无功电流的目标指令值；所述闭环控制的输入量上叠加有对应相换流链的无功电流的下垂控制量。
本发明的一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主回路，所述STATCOM主回路中设置有降压变压器，降压变压器的低压侧连接有以三角形连接的换流链，STATCOM用于根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。
进一步地，当所述降压变压器为Ynd11型降压变压器时，理想低压侧AB相对应高压侧B相，理想低压侧BC相对应高压侧C相，理想低压侧CA相对应高压侧A相。
进一步地，通过控制对应相换流链的电流来对理想低压侧三相之间的线电压进行控制。
进一步地，对理想低压侧三相之间的线电压进行控制时，将调度下发的电网电压指令的标幺值与理想低压侧对应相线电压的标幺值作差后，进行闭环控制，得到输出量作为换流链的无功电流的目标指令值；所述闭环控制的输入量上叠加有对应相换流链的无功电流的下垂控制量。
本发明的有益效果：
本发明的降压式角型STATCOM，为了实现对降压变高压侧电压的分相控制，根据降压变的联结组别，以及理想变压器原理，将降压变高压侧电压变换为理想低压侧线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。本发明有效解决了采用换流链无功电流直接对高压侧三相电压进行分相控制时，由于二者的不对应关系而导致的分相控制不准确，三相间控制耦合的问题。
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是联结组别为Ynd11的降压变绕组示意图；
图3是降压变等效变换原理示意图；
图4是理想低压侧AB相电压控制框图。
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，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。
下面以联结组别为Ynd11型的降压变为例来进行说明，其绕组结构示意图如图2所示，其一次侧为Y型，二次侧为△型。基于理想变压器原理，将高压侧电压换算为理想低压侧线电压的方法为：
其中，uab_ideal_pu为理想低压侧AB相线电压，ubc_ideal_pu为理想低压侧BC相线电压，uca_ideal_pu为理想低压侧CA相线电压；uBO_pu为高压侧B相电压，uCO_pu为高压侧C相电压，uAO_pu为高压侧A相电压。
从一般的思维来看，AB相换流链的电流控制与高压侧A相电压对应，BC相换流链电流的控制与高压侧B相电压对应，CA相换流链电流的控制与高压侧C相电压对应。从上式中可以看出，并非如此，减去高压侧相电压中的零序成份后，理想低压侧AB相电压与高压侧B相电压对应(极性反相)，标幺幅值等效，同理，理想低压侧BC相电压标幺幅值与高压侧C相电压标幺幅值等效，理想低压侧CA相电压标幺幅值与高压侧A相电压标幺幅值等效。
降压变等效变换示意图如图3所示，将降压变等效为理想降压变+短路阻抗结构，且短路阻抗全部等效至低压侧，那么其就可视为STATCOM的连接电抗。因此，电网电压的分相控制就可以依据理想变压器原理，将高压侧电压换算为理想低压侧电压，对理想低压侧电压进行分相控制，从而实现对高压侧电压的分相控制。
从以上的分析可知，对于Ynd11型降压变，以AB相为例，通过调节AB相换流链的电流实现对理想低压侧AB相线电压的控制，从而实现对高压侧B相电压的控制。
对于AB相，其控制框图如图4所示。电压参考值Uref_pu为调度下发的电网电压指令标幺值，电压反馈值Uab_ideal_pu为理想低压侧AB相电压标幺值，采用AB相换流链无功电流来构成控制器的下垂特性，k为下垂特性斜率，PI控制器的输出作为AB相换流链无功电流目标指令Iab_cc_qref。将调度下发的电网电压指令的标幺值Uref_pu与理想低压侧对应相线电压的标幺值Uab_ideal_pu作差后，进行PI闭环控制，得到输出量Iab_cc_qref作为换流链的无功电流的目标指令值；所述PI闭环控制的输入量上叠加有对应相换流链的无功电流的下垂控制量k·Iab_cc_q。
对于BC相和CA相的控制，其基本原理与AB相的相同，这里不再赘述。
当采用其他的联结型别的变压器时，只要基于理想变压器原理，将高压侧电压变换到理想低压侧线电压，根据对应的变换关系来对其进行控制即可。
下面再以常用的联结组别为Dy11型的降压变为例来进行说明。Dy11型的降压变的一次侧为△型，二次侧为Y型。将高压侧电压换算为理想低压侧线电压的方法为：
其中，uab_ideal_pu为理想低压侧AB相线电压，ubc_ideal_pu为理想低压侧BC相线电压，uca_ideal_pu为理想低压侧CA相线电压；uB_pu为高压侧B相电压，uC_pu为高压侧C相电压，uA_pu为高压侧A相电压。
对于AB相，通过调节AB相换流链的电流实现对理想低压侧AB相线电压的控制，从而实现对高压侧B相电压的控制。对于BC相和CA相的控制，与Ynd11型降压变类似，不再赘述。
本发明的降压式角型STATCOM实施例：
本发明的一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主回路，STATCOM主回路中设置有降压变压器，降压变压器的低压侧连接有以三角形连接的换流链，STATCOM用于根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。
该结构形式的降压式角型STATCOM，其实质在于该STATCOM采用了上述降压式角型STATCOM控制方法实施例中介绍的方法，对于该方法已做详细介绍，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，根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。
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，当所述降压变压器为Ynd11型降压变压器时，理想低压侧AB相对应高压侧B相，理想低压侧BC相对应高压侧C相，理想低压侧CA相对应高压侧A相。
3.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，通过控制对应相换流链的电流来对理想低压侧三相之间的线电压进行控制。
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，对理想低压侧三相之间的线电压进行控制时，将调度下发的电网电压指令的标幺值与理想低压侧对应相线电压的标幺值作差后，进行闭环控制，得到输出量作为换流链的无功电流的目标指令值；所述闭环控制的输入量上叠加有对应相换流链的无功电流的下垂控制量。
5.一种降压式角型STATCOM，包括STATCOM主回路，所述STATCOM主回路中设置有降压变压器，降压变压器的低压侧连接有以三角形连接的换流链，其特征在于，STATCOM用于根据降压变压器的联结组别和理想变压器原理，将降压变压器的三相高压侧电压换算到理想低压侧三相线电压，通过对理想低压侧三相之间的线电压的分相控制实现对高压侧三相相电压的分相控制。
6.根据权利要求5所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，当所述降压变压器为Ynd11型降压变压器时，理想低压侧AB相对应高压侧B相，理想低压侧BC相对应高压侧C相，理想低压侧CA相对应高压侧A相。
7.根据权利要求5所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，通过控制对应相换流链的电流来对理想低压侧三相之间的线电压进行控制。
8.根据权利要求7所述的降压式角型STATCOM，其特征在于，对理想低压侧三相之间的线电压进行控制时，将调度下发的电网电压指令的标幺值与理想低压侧对应相线电压的标幺值作差后，进行闭环控制，得到输出量作为换流链的无功电流的目标指令值；所述闭环控制的输入量上叠加有对应相换流链的无功电流的下垂控制量。
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