一种级联型statcom装置的自动均压结构及控制方法
【专利摘要】本发明公开了电力系统动态无功补偿领域的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，技术方案是，为级联STATCOM装置配置一个直流电源，各H桥模块的直流电容通过全控型开关与电源两端相连。当均压全控开关导通时，自动均压。为避免电源短路，使尽量多的H桥模块获得均压机会，将上层控制及PWM调制得到的开关信号在保证总输出电压相等的前提下进行等效，重新设置各H桥的输出状态，生成各H桥全控开关及均压开关的触发信号。本发明提出自动均压结构及控制方法，只需配置一个直流电源，无需对电容电压进行测量和采样，成本低，均压可靠，且不影响上层控制和输出特性。各开关动作次数相同且频率低，有利于提高装置寿命，降低损耗。
【专利说明】一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统动态无功补偿领域，具体涉及一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法。
【背景技术】
[0002]静止同步补偿器STATCOM (Static Synchronous Compensator)是米用全控型开关器件组成的逆变器，与其他的FACTS装置(如SVC)相比，具有响应速度快，运行范围宽等优点。为了减小谐波、提高容量，通常需采用多重化、多电平等技术。通过变压器耦合实现多重化的STATCOM装置会大大增加系统的体积和成本，且损耗较大。而采用H桥级联(“链式结构”)的STATCOM中各个H桥模块相互独立，结构简单，损耗低，在无功补偿领域得到了广泛应用。
[0003]理想情况下，H桥级联的STATCOM与系统之间只进行无功交换，无有功交换，直流电容仅起一个电压支撑的作用。但实际的STACOM装置总是存在损耗的，由于各H桥模块的损耗不同，加上触发信号的延迟，会使得各级联模块直流电容上的电压不平衡。特别是当级联STATCOM装置用作风电场的无功补偿时，由于风电的波动性和间歇性，直流电容电压的波动更大。直流电容电压的不平衡，会导致STATCOM装置产生的谐波量增大，调制出来的目标波形失真，所以需采取措施实现各H桥模块的快速均压。
[0004]STATCOM装置的均压方法总结起来可以分为两类:一类是增加附加的均压装置；另一类是在STATCOM无功补偿控制器中，增加均压控制环节。后者需要对每个H桥模块的直流电容电压进行采样，当级联的H桥个数较多时，需要采样的电气量的数目也较多，会影响STATCOM装置的响应速度和上层的无功补偿控制。并且，在均压控制环节中，每个模块的直流电容电压都通过PI控制器来实现对参考值的跟踪，参数整定繁琐。第一类均压方法，常用的措施是在每个H桥模块的直流电容两端接独立电源或者接辅助逆变器经隔离变压器与公共交流母线相连。这类方法电容电压的平衡可通过电路自动实现，无需测量各直流电容电压，也无需外部控制，可实现可靠均压，对STATCOM无功补偿控制不产生影响，所以在实际工程中应用较多。但由于增加了多个电源或逆变器、变压器，装置的成本增加。且由于STATCOM消耗的有功较少，所以各电源的利用率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提出一种更为简单、经济并且可靠的级联型STATCOM装置自动均压结构及控制方法，解决目前采用附加均压装置的高成本及低利用率的问题，起到快速、可靠均压的作用。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现。
[0007]级联STATCOM装置配置一个直流电源，每个H桥模块的直流电容分别通过全控型开关器件(如IGBT等)与电源两端相连。当全控型开关导通时，直流电源并接在直流电容两端。当电容电压高于直流电源电压时，电容对电源放电；否则，电源对电容充电。充放电过程一直持续，直到电源和电容两端电压达到平衡或者均压开关关断。
[0008]级联STATCOM装置新型均压结构的控制方法包括下列步骤:
步骤1:确定各H桥状态；
步骤2:确定输出电压大小；
步骤3:设定参考模块；
步骤4:设定各H桥模块的输出状态；
步骤5:生成H桥开关触发信号；
步骤6:生成均压开关触发信号。
[0009]所述的独立电源，可以是储能电池，也可以是外部母线上的交流电经逆变器转换成的直流电源。
[0010]所述的确定各H桥状态，其方法是，获取由上层控制及PWM调制得到的各H桥模块开关信号，开关信号不直接用于触发。Sn Sj3- Sb' 3“分别为第i个H桥模块的四个全控型开关器件il、i2、i3、i4的开关触
发信号。当((SilASil)丨(Si5ASu)) = I时,H桥处于“ O，，状态S(SjlASil)=I时，H桥处于
“+I ”状态；当(知& Sg)=l时，H桥处于“-1 ”状态。i表不H桥的编号，il、i2、i3、i4所处
的位置如图1所示。操作符“&”表示位与；操作符“ I ”表示位或。
[0011]所述的确定输出电压大小，其方法是，对各H桥输出电压求和，即:输出电压
M
C =[Cf,为整数,U为第i个H桥模块的状态值，为整数。H桥模块为“O”状态时，
? C# I
CJ|= O ;“+ι ” 状态时=1 ;“_1 ” 状态时，C‘= —lo [0012]所述的设定参考模块，其方法是，H1和Hn交替作为参考模块，交替时间为I个工频周期，可适当调整。H1为第一个H桥模块，Hn表示第N个H桥模块，即最后一个H桥模块。
[0013]所述的设定各H桥模块输出状态，其方法是，若H1为参考模块，将第1~|€|个H桥
C
模块的状态设置为第个H桥模块设置成“O”状态；若Hn为参考模块，则将
CC
第,,+1)4个模块设置成胃,第I
I时，设置成“+I”状态时，设置成“-1”状态。jCJ|表示U的绝对值。
[0014]所述的生成H桥开关触发信号，其方法是，根据设定的输出状态，设置用于直接触发各H桥4个全控器件的开关信号。若第i个H桥设定的状态为“+I”，则触发信号为Sjl =1? ^ = 0.S^ = Oi =I;若设定的状态为“-1”,
触发信号为^ = CK =L =1? Sjl =0;若设定的状态为“0”，且
时，实际触发信号为Sj1 = 0? =Oi Sg = L S!j =1,否则，实际触发信号为
^=1，Sq = L ^ =Op =O0 $ S^? 为第i个H桥模块的4个全控开关的触发信号。
[0015]所述的生成均压开关触发信号，其方法是，设定为“O”状态的H桥的均压开关触发导通，其他H桥的均压开关触发关断。
[0016]本发明提出的级联STATCOM的自动均压结构及控制方法，只需配置一个直流电源，无需对各个H桥模块的电容电压进行测量和采样，可降低装置成本，起到快速、可靠均压的作用，且不会影响SATCOM装置的上层控制和输出特性。各开关器件的动作次数相同，有利于提高装置寿命。开关动作频率降低，损耗减小。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是只配置一个储能电源的STATCOM装置示意图。
[0018]图2是外部母线逆变后作为直流电源的STATCOM装置示意图。
[0019]图3是STATCOM新型均压结构的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
【权利要求】
1.一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征在于，包括: 级联STATCOM装置配置一个直流电源，每个H桥模块的直流电容分别通过全控型开关器件(如IGBT等)与电源两端相连，当全控型开关导通时，直流电源并接在直流电容两端，电容电压高于直流电源电压时，电容对电源放电；否则，电源对电容充电，充放电过程一直持续，直到电源和电容两端电压达到平衡或者均压开关关断，新型均压结构的控制方法包括下列步骤: 步骤1:确定各H桥状态； 步骤2:确定输出电压大小； 步骤3:设定参考模块； 步骤4:设定各H桥模块的输出状态； 步骤5:生成H桥开关触发信号； 步骤6:生成均压开关触发信号。
2.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的独立电源，可以是储 能电池，也可以是外部母线上的交流电经逆变器转换成的直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的确定各H桥状态，其方法是，获取由上层控制及PWM调制得到的各H桥模块开关信号，开关信号不直接用于触发，Sil Sn, Sb, Si4分别为第i个H桥模块的四个全控型开关器件il、i2、i3、i4的开关触发信号，当((Sl1AS82)I(Sj5ASL4))=I 时，H 桥处于“O”状态；当(SfcAS^)=I 时，H 桥处于“+I ”状态；当(知& Sg^=I时，H桥处于“-1”状态，i表示H桥的编号，il、i2、i3、?4所处的位置为左上、右上、左下、右下，操作符“&”表示位与；操作符“ I ”表示位或。
4.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特
JT征是所述的确定输出电压大小，其方法是，对各H桥输出电压求和，即:输出电压C 二 力整数,q为第i个H桥模块的状态值，为整数，H桥模块为“O”状态时，q = O ;“+1 ”状态时,Cf=I ;“-1”状态时,Ci = -10
5.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的设定参考模块，其方法是，H1和Hn交替作为参考模块，交替时间为I个工频周期，可适当调整，H1为第一个H桥模块，Hn表示第N个H桥模块，即最后一个H桥模块。
6.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的设定各H桥模块输出状态，其方法是，若H1为参考模块，将第HC|个H桥模块的状态设置为胃，第个H桥模块设置成“O”状态；若Hn为参考模块，则将第个模块设置成_，第；个H桥模块设置成“O”状态，同，即OO时，设置成“+I”状态；C<0时，设置成“-1”状态，M表示C:的绝对值。
7.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的生成H桥开关触发信号，其方法是，根据设定的输出状态，设置用于直接触发各H桥4个全控器件的开关信号，若第i个H桥设定的状态为“+I”，则触发信号为 碡=1;若设定的状态为触发信号为
8.根据权利要求1所述的一种级联型STATCOM装置的自动均压结构及控制方法，其特征是所述的生成均压开关触发信号，其方法是，设定为“O”状态的H桥的均压开关触发导通，其他H桥的均压开关触发关断。
【文档编号】H02J3/18GK103475007SQ201310441114
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】陈甜妹, 肖湘宁, 郭春林, 杨琳, 张剑, 罗超 申请人:华北电力大学