[发明专利]一种级联STATCOM变流单元容错方法

说明书

发明公开了一种级联STATCOM变流单元的故障冗余方法，首先检测各H桥输出电流和直流侧电压，判断系统是否出现故障，系统发生故障时旁路故障H桥，通过对变流单元的三相直流侧电压差别控制，稳定故障相各H桥模块的电压，将变流单元改造为三相不对称系统，然后通过中心点偏移技术与载波移相调制策略实现STATCOM变流单元输出三相对称的线电压。使用本发明的故障容错方法可以在H桥故障时仅旁路故障H桥，直接提高了变流器H桥单元的利用率。

技术领域

本发明涉及一种级联STATCOM的变流单元容错方法。

背景技术

随着我国国民经济及科技水平的快速发展，电能质量成为电力部门和电力用户共同关注的焦点，特别是随着各种电子装置和精密设备的广泛应用，使得用户希望供电企业能够提供高效优质的电能。而电力系统中异步电动机、变压器、电弧炉尤其是电力电子装置广泛应用，工业领域中很多企业日耗电量巨大，负荷呈非线性和冲击性，引发了多种电能质量问题，主要包括功率因数低、谐波含量高、三相不平衡、功率冲击、电压闪变和电压波动。

STATCOM作为较为有效的调压手段，它的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定，在电压低时仍能提供较强的无功支撑，并且可从感性到容性全范围内连续调节。此外，STATCOM还可以抑制电压闪变，提高系统暂态稳定水平。

目前高压STATCOM多采用级联结构，但是随着级联数量的增加，系统发生故障的概率也会增加。所以级联STATCOM必须要有相应的冗余措施。目前常用的冗余方法主要有以下缺陷：

1.采用冷预备冗余容错方式，系统出现故障时，预备H桥投入运行时需要一个充电过程，系统动态性能较差，其动态特性如图1所示，故障发生瞬间的电容电压波形如图2所示。

2.使用热预备冗余容错方式，当采用直流母线法实现的高压 STATCOM，直流侧电压由二极管整流提供，故障时为了保障系统的正常运行，必须切除非故障相相同位置的H桥，因此系统H桥利用率不高，故障时刻电网动态特性如图3所示，故障发生瞬间的电容电压波形如图4所示。

3.使用热预备冗余容错方式，采用交流母线法实现的高压 STATCOM，直流侧电压有DC/DC变换器提供，故障时为了保障系统的正常运行，常通过故障相模块升压以保障系统的正常运行，这增加了直流侧器件的选型成本。

发明内容

本发明的目的是提供级联结构的STATCOM一种的冗余容错方式，当系统出现故障时，可以不切除非故障相相同位置H桥模块，且不需要提升故障相非故障H桥模块的电压，以达到提高H桥利用率以及降低H桥器件选型成本的目的。

为达上述目的，本发明的冗余容错技术主要包括以下步骤：

1.检测三相负载电流，计算并提取负载侧无功电流，用于补偿电网中的无功功率。

2.故障前，将各H桥直流侧电压之和与设定电压值送入PI控制器，得到直流侧电压控制有功分量，通过指令有功分量的控制，使变流单元吸收电网有功功率，实现直流侧电压的平稳。

3.故障后，旁路故障H桥，将各相H桥直流侧电压送入故障冗余控制器，输出指令有功分量以抑制变流单元的三相耦合特性，实现故障状态下的各相电压稳定。

4.将检测提取的电网无功电流与输出指令有功分量通过前馈解耦环节得到指令电压信号实现变流单元的间接电流控制。

5.根据系统的故障运行状态，故障前坐标变换法将指令电压信号转换为三相调制信号，故障后将指令电压信号送入调制参数修正模块以实现故障状态下的参数修正。

6.最后通过载波移相调制方式使变流单元输出三相电压，以补偿电网无功功率。

本发明提供的故障冗余容错方法具有以下优点