[发明专利]一种利用冗余电压矢量实现中压级联STATCOM容错控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无功补偿技术领域，尤其涉及一种利用冗余电压矢量实现中压级联STATCOM容错控制的方法。

背景技术

H桥级联逆变器具有容量大、等效开关频率低、结构灵活、更换方便等优点，非常适合应用于中压大功率领域。1996年，美国田纳西大学的F.Z.Peng等人提出将H桥级联逆变器应用于STATCOM中。

但由于级联逆变器中的开关器件较多，相比于传统的两电平逆变器，级联逆变器的故障几率会大很多。由于各级联H桥单元为串联，当任意一个级联单元发生故障时，如果不采取措施，将使得该故障单元所在相无法继续工作，会对电网造成很大冲击。因此，如何提高级联STATCOM系统的故障容错能力就很自然的摆在我们面前。

目前，级联式逆变器的容错控制技术主要有以下3种：

 (1)短接故障的单元，并将另外两相中与故障单元相对应的非故障单元短接，保证三相输出电压的对称。但是此方法属于降容量运行，部分非故障级联单元的容量没能得到充分利用，存在资源的浪费。

(2)基于中性点偏移的方法只短接故障单元，且能够获得对称的线电压；但此方法多用于有调制波的控制系统，不适合电压矢量法。

(3)充分利用系统的冗余资源，代替因故障而无法使用的开关状态或级联单元；冗余可分为系统冗余、单元冗余和开关状态冗余3种。

①系统冗余是增加一个与原系统完全一致并联冗余结构，该法不适合级联结构，否则会造成资源的严重浪费。

②单元冗余即在原有N单元串联的基础上，每相再增加一个或两个备用单元，常用的是N+1冗余；一旦某些级联单元发生故障，立即旁路该故障单元，同时将冗余单元投入工作，代替故障单元；但是，由于装置绝大多数情况下工作于非故障状态，因此该方法会造成冗余单元容量的浪费。

③开关状态冗余则不需要附加硬件冗余资源，是利用位置重叠或接近的冗余开关状态（即冗余电压矢量）代替故障开关状态，从而实现容错控制，此方法最经济实惠；本发明涉及的容错控制方法就是利用冗余开关状态来实现容错控制。

目前，在级联STATCOM领域容错控制技术的研究也有了一定进展，Wenchao Song和Alex Q Huang在标题为Control Strategy for Fault-Tolerant Cascaded Multilevel Converter based STATCOM（APEC 2007-22nd Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition 2007:1073-1076.）的文章中提出一种基于N+1冗余方式的级联STATCOM容错控制方法。N+1冗余方式在级联STATCOM中已经得到了实际应用。经查阅国内外文献，尚未发现“利用冗余电压矢量实现级联STATCOM容错控制”的研究出现。

发明内容

(一)要解决的技术问题

       为了提高级联STATCOM系统的故障容错能力，并尽可能的降低硬件成本，本发明提出了一种级联STATCOM故障容错控制方法，充分利用级联逆变器的冗余电压矢量实现容错控制。

(二)技术方案

       为了达到上述目的，本发明涉及方法包括如下步骤：

      (1)当级联STATCOM的某些级联单元发生故障时，迅速将故障单元短接，并向上位机发送故障信号，以便确定故障位置等信息，进行相应的容错控制；       

        (2)系统采用电流直接控制法，首先利用瞬时无功功率理论对无功电流进行实时检测，必要时还需对谐波分量等进行实时检测，从而得到级联STATCOM输出电流参考值i_c^*；

       (3)为了使级联STATCOM输出电流能够实时准确的跟踪参考值，首先利用电流滞环确定输出电流实际值i_c与参考值i_c^*之间的误差△i；当△i大于h时，说明电流跟踪误差较大，此时应用电平圆整法逐步筛选出最优的电压矢量U_k，使得电流误差△i降到滞环宽度h以内；当电流误差△i没有超出滞环宽度h时，说明电流跟踪精度符合要求，此时保持上一采样周期选择的电压矢量不变；

       (4)当步骤（3）最终确定的U_k为非故障矢量时（即U_k未受到该故障的影响，可以正常使用），则计算结束；