[发明专利]基于调制波平移的H桥级联STATCOM直流侧电容电压相内平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域。

背景技术

电力系统当中越来越多的使用柔性交流输电系统（FACTS）对电能进行传输，它能够提高电力系统利用和传输电能的能力，同时使系统稳定、安全、可靠地运行。作为核心装置与核心技术之一的静止同步补偿器（STATCOM），以其损耗低、响应快、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点，成为动态无功补偿装置发展的重要方向。在几种比较成熟的拓扑结构中，H桥级联拓扑结构的STATCOM因其模块化结构、无需功率器件串联即可输出足够高的电压和输出多电平电压的特点，使其在高压大功率场合得到日益广泛的应用。图1为H桥级联STATCOM的主电路框图，其中，L表示电抗器，R表示电阻，i_a表示STATCOM a相输出电流，i_b表示STATCOM b相输出电流，i_c表示STATCOM c相输出电流，U_dc表示电容电压，u_a表示STATCOM a相输出电压，u_b表示STATCOM b相输出电压，u_c表示STATCOM c相输出电压，i_sa表示a相电网电流，i_sb表示b相电网电流，i_sc表示c相电网电流，i_la表示a相负载电流，i_lb表示b相负载电流，i_lc表示c相负载电流，N表示中性点。然而，这种级联型结构的STATCOM的各个H桥单元直流母线彼此独立，每个单元的并联损耗、开关损耗、驱动脉冲延时等又存在差异，会导致STATCOM直流侧电容电压出现不平衡的问题，进而导致各功率器件承受不同的电压，使装置输出电压的总畸变率（THD）增加。因此，对H桥级联STATCOM直流侧电容电压采取均衡措施是十分必要的。

从目前的发展技术来看，H桥级联STATCOM直流侧电容电压相内平衡控制方法主要有以下几种：（1）对各单元的参考电压进行PI调节，从有功调节的角度来达到单元电压的均衡。这种方法易于理解，但在实现过程中对于级联单元数目庞大的装置，需要使用大量的PI控制器，涉及到调节参数整定及延时问题，因此其可行性还存在疑问。（2）通过外加电路对各单元的直流侧电容进行有功交换，让能量通过直流或交流母线在各单元之间流动，但是这种方法附加的装置数量较多，提高了系统的体积和成本以及控制复杂度，使装置可靠性降低，也有违级联结构设计的初衷。（3）在独立电容两端并联可调电阻，从调节并联损耗的角度实现直流电压平衡控制，这种方法简单，而且很早就在工业应用中发挥作用，但由于额外增加了装置的损耗，应当避免用于大功率的场合。（4）通过调节各单元的移相角，从消除脉冲延迟所产生的相位差的角度来实现直流电压的平衡控制，但对于高压大容量的变流器，移相角的可调范围很小，少量的偏差都可能引起系统不稳定。（5）调整脉冲序列的方法，从能量的角度实现电容电压平衡。该方法首先对各功率单元按照电容上直流电压大小进行排序，然后根据当前功率流动方向，选择电容电压值最大或者最小的功率单元进行电平变换。这种方法平衡效果好，而且能够适用于各种调制算法，缺点则在于由于功率单元本身损耗特性不同，每个功率单元的开关频率也不同，容易出现某些功率单元柜过于频繁动作的情况，对装置整体的使用寿命有影响。

现有的H桥级联STATCOM的控制系统通常采用DSP和FPGA双控制器进行控制，DSP主要完成谐波和无功电流检测，参考指令电压的计算，并将参考指令电压送给FPGA等工作；FPGA在接收到DSP参考指令电压后，生成36路PWM调制波对三相的36个功率单元进行控制。

而现有的直流侧电容电压平衡控制方法大多数也在DSP中实现，这样就增加了DSP的运算量，降低了系统的运算速度。但将现有的控制算法移植到FPGA的过程非常复杂，也会大大的消耗FPGA的资源。

发明内容

本发明是为了解决现有的H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法的控制过程复杂、抗干扰性差、控制精度低和功率单元损耗大，导致系统寿命短的问题，本发明提供了一种基于调制波平移的H桥级联STATCOM直流侧电容电压相内平衡控制方法。

基于调制波平移的H桥级联STATCOM直流侧电容电压相内平衡控制方法，该方法是基于多个功率单元实现，所述的功率单元包括电容、1号功率开关、2号功率开关、3号功率开关、4号功率开关、1号二极管、2号二极管、3号二极管和4号二极管；