CN109687477B - 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法 - Google Patents

应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109687477B
CN109687477B CN201910127160.5A CN201910127160A CN109687477B CN 109687477 B CN109687477 B CN 109687477B CN 201910127160 A CN201910127160 A CN 201910127160A CN 109687477 B CN109687477 B CN 109687477B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
wave
basic unit
ref
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910127160.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109687477A (zh
Inventor
高峰
牛得存
张承慧
秦福田
马展
孟祥剑
许涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201910127160.5A priority Critical patent/CN109687477B/zh
Publication of CN109687477A publication Critical patent/CN109687477A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109687477B publication Critical patent/CN109687477B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本公开提出了应用于链式STATCOM的基本单元、链式STATCOM及方法，基本单元包括通过两个开关管T1、T2交叉连接的两个半桥模块，每个半桥模块中包括两个开关管及一个电容，其中两个开关管串联后并与一个电容并联，每个半桥模块中两个开关管之间的连接点为半桥的中点，每个中点与一个输出端连接，两个半桥模块对应的两个电容通过两个开关管T1、T2交叉连接。本公开在获得相同输出电压的条件下，所使用的开关管数量可以减少25％；可以采用较小容值的电容，可以降低装置体积、重量和成本；可以显著降低开关损耗。

Description

应用于链式STATCOM的基本单元、链式STATCOM及方法
技术领域
本公开涉及无功补偿技术领域，特别是涉及应用于链式STATCOM的基本单元、链式STATCOM及方法。
背景技术
链式STATCOM在中高压配电网的电能质量治理领域已经广泛应用，它具有模块化、易扩展的特点，可以不经过变压器直接并入中高压电网。参见附图1所示，为现有链式STATCOM拓扑结构，它通过级联多个全桥基本单元来提高装置的输出电压。
但是随着输出电压的增加，现有链式STATCOM需要级联更多的全桥单元，进而需求更多的功率开关管，增加了系统成本及设计的复杂度。
现有的链式STATCOM的全桥单元电容电压含有二倍频波动分量，电容电压二倍频波动分量会增加电容电压的幅值，因此工程上通常采用大容值电容以限制电容电压二倍频波动幅值在平均电容电压的10％以内。但是采用大容值电容将增加链式STATCOM的成本和体积，同时也影响了装置的无功补偿性能。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开实施例子提供了应用于链式STATCOM的基本单元，链式STATCOM在输出相同电压的情况下，采用本公开的基本单元代替两个全桥级联，开关管数量可以减少25％。
为实现上述目的，本公开采用以下技术方案：
应用于链式STATCOM的基本单元，包括通过两个开关管T1、T2交叉连接的两个半桥模块，每个半桥模块中包括两个开关管及一个电容，其中两个开关管串联后并与一个电容并联，每个半桥模块中两个开关管之间的连接点为半桥的中点，每个中点与一个输出端连接，两个半桥模块对应的两个电容通过两个开关管T1、T2交叉连接。
进一步的技术方案，所述交叉连接即其中一个半桥模块的电容C1正极端通过开关管T1与另一个半桥模块的电容C2的负极端相连接，电容C1的负极端通过开关管T1与电容C2的正极端相连接。
进一步的技术方案，应用于链式STATCOM的基本单元按照其中的开关管组合状态，可以产生五电平的输出电压。
本公开实施例子还公开了单相链式STATCOM，包括N个基本单元和一个滤波电感L，第N-1个基本单元的输出端P2连接第N个基本单元的输出端P1，实现N个基本单元首位连接；
第一个基本单元输出端P1连接电感L的一端，第N个基本单位输出端P2和电感L的另一端作为单相输出端，连接至电网。
本公开实施例子还公开了三相链式STATCOM，将三个单相链式STATCOM第N个基本单元的输出端P2连接在一起，构成三相链式STATCOM的星型连接，三个单相链式STATCOM的电感L的另一端作为三个输出端，连接至三相电网。
本公开实施例子还公开了三相链式STATCOM，将三个单相链式STATCOM首尾相连，三个单相链式STATCOM两两之间的公共节点连接至三相电网，构成三相链式STATCOM的三角型连接。
进一步的技术方案，所述开关管为具有体内反并联二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管与二极管组合而成。
本公开实施例子还公开了链式STATCOM的调制方法，包括：
电容电压与等幅高频三角载波通过数学运算得到具有正弦包络线特点的载波，正弦调制波通过数学运算得到适用于本公开的调制波。
进一步的技术方案，通过采样获得电容电压瞬时值uc，并计算电容电压uc的峰值，然后将电容电压瞬时值除以电容电压峰值，得到归一化的电容电压瞬时值uc_unit；
根据归一化的电容电压瞬时值uc_unit与高频等幅值的三角载波Vcar进行处理得到所需要的载波VR_car，然后将载波VR_car初相位角依次移开π/2N，共得到2N个载波VR_car(1～2N)；
将正弦调制波Vref进行变换，得到适用于链式STATCOM的调制波VR_ref；
将调制波VR_ref与三角波VR_car1比较得到第一个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，将调制波VR_ref与三角波VR_car2比较得到第一基本单元第二半桥的开关管驱动信号，依次类推，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N-1)比较得到第N个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N)比较得到第N个基本单元第二半桥的开关管驱动信号。
进一步的技术方案，将正弦调制波Vref与零比较，当Vref大于等于零时，所有基本单元的开关管T2导通，T1关断，当Vref小于零时，所有基本单元的开关管T1导通，T2关断。
进一步的技术方案，采用的高频等幅值三角载波Vcar最大值是1，最小值为0。
本公开实施例子还公开了单相链式STATCOM电容电压平衡控制方法，包括：
采用比例积分谐振PIR调节器，能够准确跟踪电容电压直流分量和二倍频分量。
进一步的技术方案，根据链式STATCOM的输出电流得到电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000021
采集各基本单元的电容电压ucj并得到基本单元的平均电容电压
Figure BDA0001974000080000031
电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000032
与平均电容电压
Figure BDA0001974000080000033
做差后通过PIR调节器得到网侧有功电流幅值Ip，网侧有功电流幅值Ip乘以网侧电压的相位sinωt,得网侧向STATCOM输入的电流有功分量
Figure BDA0001974000080000034
将无功电流的给定值
Figure BDA0001974000080000035
与电流有功分量
Figure BDA0001974000080000036
相加作为电流参考指令值i*，然后电流参考指令值i*与电网输出电流采样值i做差后通过PR调节器闭环控制，从而计算出链式STATCOM的总调制电压V；
将电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000037
分别与各基本单元的电容电压采样值ucj做差，将该差值通过PIR调节器运算后乘以网侧电压的相位sinωt得到各电容电压的调节量ΔVcj，将总调制电压V分别与各电容电压调节量ΔVcj相加，得到各基本单元的最终调制波Vj，将该调制波Vj分别与相应的载波比较后得到各开关管的驱动信号。
本公开实施例子还公开了三相链式STATCOM电容电压平衡控制方法，包括：
采用比例积分谐振PIR调节器，准确跟踪电容电压直流分量和二倍频分量。
进一步的技术方案，根据链式STATCOM的输出电流得到三相电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000038
采集各基本单元的电容电压ucxj，x＝a,b,c，j＝1,2,3…2N，并将所有电容电压ucxj相加后除以6N得到平均电容电压
Figure BDA0001974000080000039
将
Figure BDA00019740000800000310
和
Figure BDA00019740000800000311
相加后除以3得到平均电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000312
平均电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000313
与平均电容电压
Figure BDA00019740000800000314
做差后通过PIR调节器得到正序DQ坐标系下d轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000315
将A相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000316
与A相电容电压平均值
Figure BDA00019740000800000317
作差后通过PIR调节器得到负序DQ坐标系下d轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000318
将B相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000319
与C相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000320
做差，将B相电容电压平均值
Figure BDA00019740000800000321
与C相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000322
做差，然后将两差值再做差后通过PIR调节器得到负序DQ坐标系下q轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000323
将链式STATCOM的三相输出电流ix通过正负序分解得到正序电流ipx和负序电流inx，正序电流ipx通过正序abc/dq变换得到正序d轴、q轴分量ipd、ipq，负序电流inx通过负序abc/dq变换得到负序d轴、q轴分量ind、inq；
正序d轴、q轴电流参考值
Figure BDA0001974000080000041
分别与正序d轴、q轴电流分量ipd、ipq做差，然后通过正序dq/abc变换得到正序三相调制波Vpa,Vpb,Vpc；
负序d轴、q轴电流参考值
Figure BDA0001974000080000042
分别与负序d轴、q轴电流分量ind、inq做差，然后通过负序dq/abc变换得到负序三相调制波Vna,Vnb,Vnc；
最后正序、负序三相调制波相加得到总三相调制波Va,Vb,Vc；
各相电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000043
分别与各相基本单元的电容电压ucxj做差后通过PIR调节器后与电网电压相位相乘得到各电容电压的调节量ΔVcxj，将总调制电压Vx分别与各电容电压调节量ΔVcxj相加，得到各基本单元中最终调制波Vj，将该调制波Vj分别与相应的载波比较后得到各开关管的驱动信号。
进一步的技术方案，所述PIR调节器中比例积分调节器主要对电容电压中直流分量实现无静态误差调节，谐振调节器主要实现对电容电压中二倍频分量实现无静态误差调节。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
与现有的链式STATCOM相比本公开具有如下优势：(1)在获得相同输出电压的条件下，所使用的开关管数量可以减少25％；(2)可以采用较小容值的电容，可以降低装置体积、重量和成本；(3)可以显著降低开关损耗。
传统的链式STATCOM电容电压波动较小，一般只考虑电容电压的直流分量，所以电容电压平衡控制大多采用比例+积分(PI)调节器，但是本公开基本单元采用较小容值的电容，电容电压波动较大，电容电压中包含直流分量和大量的二倍频分量。而PI调节器仅能实现对直流量的无静差调节，无法实现对交流量的准确跟踪，所以本公开采用比例+积分+谐振(PIR)调节器实现对小电容链式STATCOM电容电压平衡控制。
本公开链式STATCOM采用较小容值的电容，电容电压与等幅高频三角载波通过数学运算得到具有正弦包络线特点的载波，正弦调制波通过数学运算得到适用于本公开的调制波。电容电压平衡控制采用比例积分谐振(PIR)调节器，能够准确跟踪电容电压直流分量和二倍频分量。本公开链式STATCOM具有开关管数量较少，电容容值较小和开关损耗较低的优势。
本公开单相和三相链式STATCOM采用较小容值的电容，充分利用链式STATCOM发容性无功时电容电压二倍频波动分量与电网电压绝对值二次分量同相位，发感性无功时情况恰好相反。采用较小容值电容并采取适当控制，可以保证电容在含有较大纹波电压的情形下仍保持不过压。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1：现有链式STATCOM拓扑结构示意图；
图2：本公开实施例子的基本单元拓扑结构示意图；
图3：本公开实施例子的单相链式STATCOM拓扑结构示意图；
图4：本公开实施例子的三相星型链式STATCOM拓扑结构示意图；
图5：本公开实施例子的三相角型链式STATCOM拓扑结构示意图；
图6：本公开实施例子的三角载波示意图；
图7：本公开实施例子的调制波示意图；
图8：本公开实施例子的单相链式STATCOM电容电压平衡控制方法示意图；
图9：本公开实施例子的三相链式STATCOM电容电压平衡控制方示意图法。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本公开的一种典型的实施方式中，参见附图2所示，公开了应用于链式STATCOM的基本单元，包括两个半桥HB1、HB2,两个开关管T1、T2；半桥HB1由两个开关管S1、S2串联后与一个较小容值的电容C1并联组成，半桥HB2由两个开关管S3、S4串联后与一个较小容值的电容C2并联组成。所述半桥HB1的中点即两个开关管S1、S2的连接点为输出端P1,所述半桥HB2的中点即两个开关管S3、S4的连接点为输出端P2。两个半桥的电容C1，C2通过两个开关管T1，T2交叉连接，即半桥HB1的电容C1正极端通过开关管T1与半桥HB2的电容C2的负极端相连接，电容C1的负极端通过开关管T1与电容C2的正极端相连接。
每个基本单元按照表1所述的开关组合状态，可以产生五电平的输出电压，与两个全桥单元级联产生的电平数相同。但是本公开的基本单元可以减少2个开关管。所以链式STATCOM在输出相同电压的情况下，采用本公开基本单元代替两个全桥级联，开关管数量可以减少25％。
另外，通过表1可知，开关管T1,T2始终工作在工频状态，其他开关管S1-S4工作在高频状态，所以与两个全桥级联相比，本实施例子的基本单元可显著降低开关损耗。
表1基本单元开关组合状态
Figure BDA0001974000080000061
另一实施例子，参见附图3所示，本公开的实施例子还公开了单相链式STATCOM，包括N个基本单元和一个滤波电感L。第一个基本单元的输出端P2连接第二个基本单元的输出端P1，以此类推，第N-1个基本单元的输出端P2连接第N个基本单元的输出端P1。
第一个基本单元输出端P1连接电感L的一端，第N个基本单位输出端P2和电感L的另一端作为单相输出端，可以接中高压电网。
根据上述连接关系，就组成了本公开实施例子的单相链式STATCOM。
再一实施例子，参见附图4所示，本公开的实施例子还公开了三相链式STATCOM，三个单相链式STATCOM可以构成一个三相链式STATCOM。把三个单相链式STATCOM第N个基本单元的输出端P2连接在一起，构成三相链式STATCOM的星型连接，三个单相链式STATCOM的电感L的另一端作为三个输出端，连接三相电网。
再一实施例子，参见附图5中，三相链式STATCOM的另一连接方式，三个单相链式STATCOM首尾相连，构成三相链式STATCOM的三角型连接。
上述实施例子中的链式STATCOM的所有开关管为具有体内反并联二极管的开关管或者由体内无二极管的开关管组合而成。
上述实施例子中链式STATCOM发容性无功时电容电压二倍频波动分量与电网电压绝对值二次分量同相位，发感性无功时情况恰好相反。本公开充分利用上述特点，采用较小容值电容并采取适当控制，可以保证电容在含有较大纹波电压的情形下仍保持不过压。所以，与现有链式STATCOM相比，本公开的技术方案可大幅度降低电容容值，进而降低装置体积、重量和成本。
本公开的另一实施例子，参见附图6所示，公开了上述链式STATCOM的调制方法，首先通过采样装置得到电容电压瞬时值uc，并计算电容电压uc的峰值，然后将电容电压瞬时值除以电容电压峰值，得到归一化的电容电压瞬时值uc_unit。归一化的电容电压瞬时值uc_unit与高频等幅值的三角载波Vcar通过公式(1)得到本公开链式STATCOM所需要的载波VR_car。此处对链式STATCOM不做具体限定，可为单相也可为三相，所采用的高频等幅值三角载波Vcar其特征在于最大值是1，最小值为0。然后将载波VR_car初相位角依次移开π/2N，共得到2N个载波VR_car(1～2N)。
Figure BDA0001974000080000071
详细参见图7所示，将正弦调制波Vref按照公式(2)变换，得到适用于本公开链式STATCOM的调制波VR_ref。
Figure BDA0001974000080000072
将调制波VR_ref与三角波VR_car1比较得到第一个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，将调制波VR_ref与三角波VR_car2比较得到第一基本单元第二半桥的开关管驱动信号，依次类推，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N-1)比较得到第N个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N)比较得到第N个基本单元第二半桥的开关管驱动信号。
将正弦调制波Vref与零比较，当Vref大于等于零时，所有基本单元的开关管T2导通，T1关断，当Vref小于零时，所有基本单元的开关管T1导通，T2关断。
本公开的另一实施例子，参见附图8所示，公开了单相链式STATCOM电容电压平衡控制方法，包括：
(1)如果链式STATCOM的输出电流I已知，那么根据公式(3)(4)可得到电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000073
Figure BDA0001974000080000074
Figure BDA0001974000080000081
其中，Us为电网电压峰值，ω为电网电压频率，N为链节数目，L为滤波电感，C为基本单元的电容值。
(2)采集各基本单元的电容电压ucj(j＝1,2,3…2N)，并将所有电容电压ucj相加然后除以2N得到平均电容电压
Figure BDA0001974000080000082
电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000083
与平均电容电压
Figure BDA0001974000080000084
做差后通过PIR调节器得到网侧有功电流幅值Ip，乘以网侧电压的相位sinωt,可得网侧向STATCOM输入的电流有功分量
Figure BDA0001974000080000085
将无功电流的给定值
Figure BDA0001974000080000086
与
Figure BDA0001974000080000087
相加作为电流参考指令值i*。然后与电网输出电流采样值i做差后通过PR调节器闭环控制，从而计算出链式STATCOM的总调制电压V。
(3)将电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000088
分别与各基本单元的电容电压采样值ucj做差，将该差值通过PIR调节器运算后乘以网侧电压的相位sinωt得到各电容电压的调节量ΔVcj。将总调制电压V分别与各电容电压调节量ΔVcj相加，得到各基本单元的最终调制波Vj，将该调制波Vj分别与相应的载波比较后得到各开关管的驱动信号。
本公开的再一实施例子，参见附图9所示，公开了三相链式STATCOM电容电压平衡控制方法，包括：
(1)如果链式STATCOM的输出电流已知，那么根据公式(5)(6)可得到三相电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000089
Figure BDA00019740000800000810
Figure BDA00019740000800000811
(2)采集各基本单元的电容电压ucxj(x＝a,b,c；j＝1,2,3…2N)，并将所有电容电压ucxj相加后除以6N得到平均电容电压
Figure BDA0001974000080000091
将
Figure BDA0001974000080000092
和
Figure BDA0001974000080000093
相加后除以3得到平均电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000094
平均电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000095
与平均电容电压
Figure BDA0001974000080000096
做差后通过PIR调节器得到正序DQ坐标系下d轴电流参考值
Figure BDA0001974000080000097
(3)将A相电容电压参考值
Figure BDA0001974000080000098
与A相电容电压平均值
Figure BDA0001974000080000099
作差后通过PIR调节器得到负序DQ坐标系下d轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000910
将B相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000911
与C相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000912
做差，将B相电容电压平均值
Figure BDA00019740000800000913
与C相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000914
做差，然后将两差值再做差后通过PIR调节器得到负序DQ坐标系下q轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000915
(4)首先将链式STATCOM的三相输出电流ix通过正负序分解得到正序电流ipx和负序电流inx。正序电流ipx通过正序abc/dq变换得到正序d轴、q轴分量ipd、ipq，负序电流inx通过负序abc/dq变换得到负序d轴、q轴分量ind、inq。
(5)正序d轴、q轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000916
分别与正序d轴、q轴电流分量ipd、ipq做差，然后通过正序dq/abc变换得到正序三相调制波Vpa,Vpb,Vpc。负序d轴、q轴电流参考值
Figure BDA00019740000800000917
Figure BDA00019740000800000918
分别与负序d轴、q轴电流分量ind、inq做差，然后通过负序dq/abc变换得到负序三相调制波Vna,Vnb,Vnc。最后正序、负序三相调制波相加得到总三相调制波Va,Vb,Vc。
(6)各相电容电压参考值
Figure BDA00019740000800000919
分别与各相基本单元的电容电压ucxj做差后通过PIR调节器后与电网电压相位相乘得到各电容电压的调节量ΔVcxj，将总调制电压Vx分别与各电容电压调节量ΔVcxj相加，得到各基本单元中最终调制波Vj，将该调制波Vj分别与相应的载波比较后得到各开关管的驱动信号。
本公开单相和三相链式STATCOM采用的公式(7)所示的PIR调节器。PIR调节器中，比例积分调节器主要对电容电压中直流分量实现无静态误差调节，谐振调节器主要实现对电容电压中二倍频分量实现无静态误差调节。
本公开单相和三相链式STATCOM采用的PIR调节器传递函数为：
Figure BDA0001974000080000101
其中，Kp为比例系数，KI为积分系数，KR为谐振系数，ωc为截止频率，ω0为电网电压频率。上述PIR控制器中，比例和积分调节器主要对电容电压中直流分量实现无静态误差调节，谐振调节器主要实现对电容电压中二倍频分量实现无静态误差调节。
本公开的链式STATCOM与现有链式STATCOM相比，在获得相同输出电压的条件下，它使用的器件数量可以减少25％，电容容值可以大幅度降低，进而大幅度降低了装置体积、重量和成本。
本公开的链式STATCOM采用较小容值的电容，电容电压与等幅高频三角载波通过数学运算得到具有正弦包络线特点的载波，正弦调制波通过数学运算得到适用于本公开的调制波。电容电压平衡控制采用比例积分谐振(PIR)调节器，能够准确跟踪电容电压直流分量和二倍频分量。本公开的链式STATCOM具有开关管数量较少，电容容值较小和开关损耗较低的优势。
本公开充分利用电容电压二倍频波动分量与电网电压绝对值二次分量同相位的特点，采用小容值电容并进行适当控制，可以控制电容在含有较大纹波电压的情形下仍保持不过压。例如：当电网电压为10kV，无功额定容量为10MVar，每相链节的基本单元数量为6时，本公开可采用容值约为360mF的电容，而现有的链式STATCOM为了抑制电容电压波动在10％以内，需采用容值至少为1800mF的电容。
可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单相链式STATCOM的调制方法，其特征是，单相链式STATCOM的基本单元包括通过两个开关管T1、T2交叉连接的两个半桥模块，每个半桥模块中包括两个开关管及一个电容，其中两个开关管串联后并与一个电容并联，每个半桥模块中两个开关管之间的连接点为半桥的中点，每个中点与一个输出端连接，两个半桥模块对应的两个电容通过两个开关管T1、T2交叉连接；
单相链式STATCOM，包括N个基本单元和一个滤波电感L，第N-1个基本单元的输出端P2连接第N个基本单元的输出端P1，实现N个基本单元首尾连接；
第一个基本单元输出端P1连接电感L的一端，第N个基本单位输出端P2和电感L的另一端作为单相输出端，连接至电网；
通过采样获得电容电压瞬时值u c，并计算电容电压u c的峰值，然后将电容电压瞬时值除以电容电压峰值，得到归一化的电容电压瞬时值u c_unit；
根据归一化的电容电压瞬时值u c_unit与高频等幅值的三角载波Vcar进行处理得到所需要的载波VR_car，然后将载波VR_car初相位角依次移开π/2N，共得到2N个载波VR_car(1~2N)；
将正弦调制波Vref 进行变换，得到适用于链式STATCOM的调制波VR_ref；
将调制波VR_ref与三角波VR_car1比较得到第一个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，将调制波VR_ref与三角波VR_car2比较得到第一基本单元第二半桥的开关管驱动信号，依次类推，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N-1)比较得到第N个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N)比较得到第N个基本单元第二半桥的开关管驱动信号。
2.权利要求1所述的单相链式STATCOM的调制方法，其特征是，将正弦调制波Vref与零比较，当Vref大于等于零时，所有基本单元的开关管T2导通，T1关断，当Vref小于零时，所有基本单元的开关管T1导通，T2关断；采用的高频等幅值三角载波Vcar最大值是1，最小值为0。
3.如权利要求2所述的单相链式STATCOM的调制方法，其特征是，所述交叉连接即其中一个半桥模块的电容C1正极端通过开关管T1与另一个半桥模块的电容C2的负极端相连接，电容C1的负极端通过开关管T1与电容C2的正极端相连接；应用于链式STATCOM的基本单元按照其中的开关管组合状态，可以产生五电平的输出电压。
4.一种三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，单相链式STATCOM的基本单元包括通过两个开关管T1、T2交叉连接的两个半桥模块，每个半桥模块中包括两个开关管及一个电容，其中两个开关管串联后并与一个电容并联，每个半桥模块中两个开关管之间的连接点为半桥的中点，每个中点与一个输出端连接，两个半桥模块对应的两个电容通过两个开关管T1、T2交叉连接；
单相链式STATCOM，包括N个基本单元和一个滤波电感L，第N-1个基本单元的输出端P2连接第N个基本单元的输出端P1，实现N个基本单元首尾连接；
第一个基本单元输出端P1连接电感L的一端，第N个基本单元输出端P2和电感L的另一端作为单相输出端；
三相链式STATCOM，包括三个所述的单相链式STATCOM的第N个基本单元的输出端P2连接在一起，构成三相链式STATCOM的星型连接，三个单相链式STATCOM的电感L的另一端作为三个输出端，连接至三相电网；
通过采样获得电容电压瞬时值u c，并计算电容电压u c的峰值，然后将电容电压瞬时值除以电容电压峰值，得到归一化的电容电压瞬时值u c_unit；
根据归一化的电容电压瞬时值u c_unit与高频等幅值的三角载波Vcar进行处理得到所需要的载波VR_car，然后将载波VR_car初相位角依次移开π/2N，共得到2N个载波VR_car(1~2N)；
将正弦调制波Vref 进行变换，得到适用于链式STATCOM的调制波VR_ref；
将调制波VR_ref与三角波VR_car1比较得到第一个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，将调制波VR_ref与三角波VR_car2比较得到第一基本单元第二半桥的开关管驱动信号，依次类推，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N-1)比较得到第N个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N)比较得到第N个基本单元第二半桥的开关管驱动信号。
5.权利要求4所述的三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，将正弦调制波Vref与零比较，当Vref大于等于零时，所有基本单元的开关管T2导通，T1关断，当Vref小于零时，所有基本单元的开关管T1导通，T2关断；采用的高频等幅值三角载波Vcar最大值是1，最小值为0。
6.如权利要求5所述的三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，所述交叉连接即其中一个半桥模块的电容C1正极端通过开关管T1与另一个半桥模块的电容C2的负极端相连接，电容C1的负极端通过开关管T1与电容C2的正极端相连接；应用于链式STATCOM的基本单元按照其中的开关管组合状态，可以产生五电平的输出电压。
7.一种三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，单相链式STATCOM基本单元包括通过两个开关管T1、T2交叉连接的两个半桥模块，每个半桥模块中包括两个开关管及一个电容，其中两个开关管串联后并与一个电容并联，每个半桥模块中两个开关管之间的连接点为半桥的中点，每个中点与一个输出端连接，两个半桥模块对应的两个电容通过两个开关管T1、T2交叉连接；
单相链式STATCOM，包括N个基本单元和一个滤波电感L，第N-1个基本单元的输出端P2连接第N个基本单元的输出端P1，实现N个基本单元首尾连接；
第一个基本单元输出端P1连接电感L的一端，第N个基本单位输出端P2和电感L的另一端作为单相输出端，连接至电网；
三相链式STATCOM，包括三个所述的单相链式STATCOM首尾相连，三个单相链式STATCOM两两之间的公共节点连接至三相电网，构成三相链式STATCOM的三角型连接；
通过采样获得电容电压瞬时值u c，并计算电容电压u c的峰值，然后将电容电压瞬时值除以电容电压峰值，得到归一化的电容电压瞬时值u c_unit；
根据归一化的电容电压瞬时值u c_unit与高频等幅值的三角载波Vcar进行处理得到所需要的载波VR_car，然后将载波VR_car初相位角依次移开π/2N，共得到2N个载波VR_car(1~2N)；
将正弦调制波Vref 进行变换，得到适用于链式STATCOM的调制波VR_ref；
将调制波VR_ref与三角波VR_car1比较得到第一个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，将调制波VR_ref与三角波VR_car2比较得到第一基本单元第二半桥的开关管驱动信号，依次类推，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N-1)比较得到第N个基本单元第一半桥的开关管驱动信号，调制波VR_ref与三角波VR_car(2N)比较得到第N个基本单元第二半桥的开关管驱动信号。
8.如权利要求7所述的三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，将正弦调制波Vref与零比较，当Vref大于等于零时，所有基本单元的开关管T2导通，T1关断，当Vref小于零时，所有基本单元的开关管T1导通，T2关断；采用的高频等幅值三角载波Vcar最大值是1，最小值为0。
9.如权利要求8所述的三相链式STATCOM的调制方法，其特征是，所述交叉连接即其中一个半桥模块的电容C1正极端通过开关管T1与另一个半桥模块的电容C2的负极端相连接，电容C1的负极端通过开关管T1与电容C2的正极端相连接；应用于链式STATCOM的基本单元按照其中的开关管组合状态，可以产生五电平的输出电压。
CN201910127160.5A 2019-02-20 2019-02-20 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法 Active CN109687477B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910127160.5A CN109687477B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910127160.5A CN109687477B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109687477A CN109687477A (zh) 2019-04-26
CN109687477B true CN109687477B (zh) 2021-07-02

Family

ID=66196047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910127160.5A Active CN109687477B (zh) 2019-02-20 2019-02-20 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109687477B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111262460B (zh) * 2020-02-16 2021-08-17 河南理工大学 一种基于耦合电感的五电平整流器滑模pir控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104167912B (zh) * 2014-08-14 2016-08-31 华中科技大学 一种具备零直流电压故障穿越能力的mmc及其设计方法
CN104810835B (zh) * 2015-04-23 2017-09-22 许继电气股份有限公司 Statcom不平衡控制方法及其零序分量生成方法
WO2017102033A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Abb Schweiz Ag Voltage balancing in a modular multilevel converter having delta configuration
CN205657603U (zh) * 2016-05-17 2016-10-19 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 功率模块和换流器
CN106340886B (zh) * 2016-08-30 2018-06-05 山东大学 适用于级联h桥静止无功补偿器的新型控制方法
CN106849696B (zh) * 2017-02-03 2019-02-01 许继集团有限公司 一种混合双子模块mmc均压控制方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于改进阶梯波调制的链式STATCOM直流电容电压平衡策略;魏新伟 等;《电力系统及其自动化》;20180228;第30卷(第2期);107-112 *
链式STATCOM直流电容电压平衡控制;杨波 等;《电源学报》;20160930;第14卷(第5期);128-136 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109687477A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220166343A1 (en) Solid-state transformer having uninterrupted operation ability under ac/dc fault and control method thereof
CN105553304B (zh) 一种模块化多电平型固态变压器及其内模控制方法
CN102832841A (zh) 一种带辅助二极管模块化多电平变换器
CN110138011B (zh) 级联光伏固态变压器的模块功率均衡控制方法
CN102624006B (zh) 一种单相级联型静止同步补偿器的控制方法
CN110233496B (zh) 电网电压不平衡条件下级联光伏固态变压器的控制方法
CN105048788A (zh) 一种混合级联结构的多端口电力电子变压器及其控制方法
CN112271940A (zh) 一种具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略
CN109728731A (zh) 一种具有模块化整流结构的谐振变换器
CN102437575B (zh) 一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器
CN109687477B (zh) 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法
CN112564171B (zh) 一种级联h桥光伏并网逆变器调制波的配置策略
CN112865550A (zh) 一种输入并联输出串联的双有源桥变换器及其控制方法
CN105429468B (zh) 一种模块化隔离型电池储能变换器及其调制方法
CN117039976A (zh) 一种cllc双向谐振变换器级联并网逆变器及其抑制方法
CN112688576B (zh) 具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略
CN112583289B (zh) 用于电流源型整流器并联运行上下母线电流协同控制方法
CN112953254A (zh) 一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法
CN114069633A (zh) 一种含高频隔离型背靠背变换器的混合型智能配电变压器
CN115441732A (zh) 一种多端口直流变换器及其控制方法
CN105356756B (zh) 一种模块化隔离型电池储能变换器的准方波调制方法
CN114499244B (zh) 一种中高压五电平整流器及直流电容电压平衡控制策略
Zuo et al. Suppression strategy of circulating current in MMC-HVDC based on quasi-PR controller
CN105375776B (zh) 一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法
CN105356479B (zh) 一种c型串联滤波式级联svg及其负序补偿控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant