[發明專利]基于斬控均壓的鏈式STATCOM直流側電壓控制方法及控制電路

有效

• 申請號: 201210280592.8
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102780226A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 卓放;熊連松
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明屬于電能質量治理研究領域，特別涉及中高壓鏈式STATCOM的直流側電壓控制方法及控制電路。

背景技術：

鏈式STATCOM具有電平數量多、諧波含量少、無源器件小、擴展性能好等顯著優勢；在輸配電系統中發揮著補償無功，提高系統電壓的穩定性，改善系統的運行性能等重要作用，是解決中高壓大容量領域電能質量問題的有效手段，是柔性交流輸電系統(Flexible?AC?Transmission?System,FACTS)的核心技術之一。

鏈式STATCOM的優良性能與現有的系統控制策略都是建立在每個功率模塊具有完美的一致性的基礎之上的，即要求每個功率模塊必須具有相同的直流側電容電壓。但實際系統中，由于開關器件的寄生參數、工作狀態等的差異性，不同功率模塊需要吸收或發出的有功功率會有所不同，因此就會出現部分功率模塊的直流側電壓跌落較快，另外一部分功率模塊的直流側電壓降低較慢，即直流側電壓不平衡現象。因此，必須附加額外的控制來保障直流側電壓穩定而不跌落，且直流側電壓始終保持相等。

直流側電壓不均衡的原因歸納起來主要有兩方面：一是功率模塊參數的不一致性；二是功率模塊工作狀態的不一致性，此兩種原因導致了功率模塊消耗能量且耗能的數量不一致。現有的直流側電壓控制策略也可以分為兩大類：第一類是硬件方法，基本思想是通過硬件電路來補給直流側電容消耗的能量。此類方法典型的有：并聯電阻法、交流母線能量交換法、直流母線能量交換法等，這一類方法使用的硬件電路主要有：PWM整流電路、二極管整流橋、逆變器和隔離變壓器的組合，不同方法之間的差異主要體現在電路拓撲、能量來源以及能量流動的路徑，其中最經典的方法是使用移相多繞組變壓器加二極管整流器方案，它是目前直流側電容電壓控制的主流方法。硬件方法均壓、穩壓的效果很好，但成本高、體積大、效率低且不便于擴展。部分硬件的設計困難、生產不便、控制復雜，而且還會導致裝置的功率因數變低，污染電網。

第二類是軟件方法，此類方法采用了閉環控制的思想，根據功率模塊的直流側電壓的偏差或者功率的偏差進行PI調節，從而獲取各功率模塊的驅動信號，因此需要采集所有的功率模塊的直流側電容電壓。此類方法對硬件的依賴較小，僅需傳感器檢測電壓、電流信號，成本較低、體積小。但PI調節器的設計和調試復雜。隨著功率模塊數量的增加，PI控制環隨之增加，使得常常需要憑借調試經驗才能完成的PI參數設計無法完成。并且各控制環之間的耦合復雜度也隨模塊數量的增加而急劇增加，系統調試困難，可靠性很差，限制了系統的擴展。因此，在實際裝置中的應用還很少。

此外，軟件方法的實質是調節了每個功率模塊的脈沖寬度或者相角，也就是改變了CPS-SPWM調制方法的輸出脈沖信號。改變脈沖寬度或者相角使得CMI輸出電壓波形變得不對稱，引入了更多的諧波；當功率模塊數很多、不一致性差異越大的時候，這種方法引入的諧波頻率會越低，相角的調節范圍也越小，因此該方法可應用的范圍很有限。

本發明結合了硬件方法控制效果優異、軟件方法成本低廉等優點，采用小容量的斬控器與分層控制思想結合使用的鏈式STATCOM直流側電壓控制策略。該方案只需要添加一些成本很低的斬控器，配合簡單的控制程序即可實現各直流側電容電壓的穩定、均衡，省去了大量的高精度檢測元件和體積成本巨大的硬件電路，而無需眾多復雜、脆弱的電壓閉環控制，從而簡化了控制程序和調節器設計，大大提高了系統的可靠性和易實現性，顯著地降低了電壓均衡控制的成本，縮短了產品開發周期，從而促使鏈式STATCOM可靠地應用于中高壓大容量電力裝備。

以下給出檢索的相關文獻

[1]劉文華，宋強，滕樂天.基于鏈式逆變器的50MVA靜止同步補償器的直流側電壓平衡控制[J].中國電機工程學報.2004，24（4）：145-150．

[2]魏文輝.鏈式止同步補償器的主電路及動態控制策略的研究[D].清華大學博士學位論文，2004.

[3]許勝.基于四象限雙H橋變流器級聯型大容量DSTATCOM關鍵技術的研究[D].東南大學博士學位論文，2009.

[4]戴珂，陳晶晶，宮力.采用多DSP的級聯型DSTATCOM分散控制策略[J].高電壓技術.2010，36（11）：2821-2826．

[5]邱燕慧.串聯多電平電能質量控制器直流側電壓控制方法的研究.[D]西安交通大學碩士學位論文，2010.

[6]劉釗，劉邦銀，段善旭.鏈式靜止同步補償器的直流電容電壓平衡控制[J].中國電機工程學報.2009，29（30）：7-12．