一種靜止同步補償電路及其解耦控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靜止同步補償電路，包括靜止同步補償器，靜止同步補償器輸出端串接電容器Cc后接入配電系統(tǒng)。本發(fā)明還公開了一種基于上述的靜止同步補償電路的解耦控制方法，步驟包括：步驟1、通過電壓互感器檢測網(wǎng)側(cè)PCC與Cc上的交流電壓us和ucs，通過電流互感器檢測無功補償電流ic；步驟2、通過直流電壓檢測電路得到直流電容器C上的電壓udc；步驟3、列出VSC交流側(cè)電壓平衡方程和Cc上的電壓電流關(guān)系式；步驟4、對靜止同步補償器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。本發(fā)明的裝置和方法，啟動性能明顯提升；開關(guān)器件電壓應(yīng)力明顯降低，降低了補償裝置輸出電流的總諧波畸變率。
【專利說明】—種靜止同步補償電路及其解耦控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補償【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種靜止同步補償電路，本發(fā)明還涉及一種基于該靜止同步補償電路的解耦控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在用戶配電系統(tǒng)中，廣泛使用的電力變壓器、交流電機和交流電抗器等感性設(shè)備，它們從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，增大了線路電流，在輸電線路中產(chǎn)生額外的附加電能損耗；一些負荷的啟動(如交流電機)引起的電壓波動等電能質(zhì)量問題會對大量的敏感用電設(shè)備造成嚴重影響。對電力系統(tǒng)中的無功功率進行快速的動態(tài)補償，可以實現(xiàn)負載功率因數(shù)動態(tài)校正，降低線路損耗，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩，改善電壓調(diào)整率，減少電壓和電流的不平衡等。
[0003]投切電容器對無功功率進行補償在實際中得到了廣泛應(yīng)用。目前的電容器投切技術(shù)已由早期的機械斷路器發(fā)展為晶閘管，減少了前者投切時的沖擊電流和操作難度。但是，電容器進行無功補償不能解決無功功率連續(xù)調(diào)節(jié)的問題，而且在實際應(yīng)用中其占用的空間較大。采用恒直流電壓控制的靜止同步補償器(STATC0M)作為一種并聯(lián)型電能質(zhì)量控制技術(shù)，因其響應(yīng)速度快，可以發(fā)出連續(xù)可調(diào)的感性無功和容性無功，且不會引起諧振短路，能綜合解決電網(wǎng)中電壓波動與閃變、電流畸變、三相電壓不平衡等電能質(zhì)量問題。因此，STATC0M在配電網(wǎng)中頗受關(guān)注，成為現(xiàn)階段配電網(wǎng)無功補償和電能質(zhì)量控制的發(fā)展方向。由于STATC0M是一種全電力電子技術(shù)智能裝置，目前成本較高，而且隨著開關(guān)器件耐壓水平的增加，其價格呈指數(shù)規(guī)律增長。混合無功補償技術(shù)是目前無功補償技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，它將電容器和靜止同步補償器結(jié)合在一起，可降低靜止同步補償器的容量要求。傳統(tǒng)靜止同步補償電路由電容器和靜止同步補償器并聯(lián)而成，在相同的負荷感性無功需求下，靜止同步補償器容量可降低一半。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種靜止同步補償電路，電容器與靜止同步補償器直接串聯(lián)，這種拓撲可以降低靜止同步補償器的直流側(cè)電壓，從而降低補償器對電力電子器件耐壓水平的要求。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種基于該靜止同步補償電路的解耦控制方法，實現(xiàn)與上述主電路拓撲對應(yīng)的恒直流電壓解耦控制。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種靜止同步補償電路，包括靜止同步補償器，靜止同步補償器輸出端串接電容器C。后接入配電系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種基于上述的靜止同步補償電路的解耦控制方法，按照以下步驟具體實施:
[0008]步驟1、通過電壓互感器檢測網(wǎng)側(cè)PCC與C。上的交流電壓Us和Ues，通過電流互感器檢測無功補償電流i。；[0009]步驟2、通過直流電壓檢測電路得到直流電容器C上的電壓ud。；
[0010]步驟3、列出VSC交流側(cè)電壓平衡方程和C。上的電壓電流關(guān)系式；
[0011]步驟4、對靜止同步補償器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:靜止同步補償電路的啟動性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)靜止同步補償電路；靜止同步補償器的開關(guān)器件電壓應(yīng)力降低了 25%左右，同時有效降低了補償裝置輸出電流的總諧波畸變率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)靜止同步補償電路的拓撲圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的靜止同步補償電路的拓撲圖；
[0015]圖3是本發(fā)明靜止同步補償電路及傳統(tǒng)靜止同步補償電路的無功補償電流與逆變器輸出電壓關(guān)系曲線；
[0016]圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的靜止同步補償器dq坐標系下變量耦合示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的靜止同步補償器直流電壓控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖6是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的靜止同步補償器解耦控制框圖；
[0019]圖7是本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的靜止同步補償器dq坐標系中q軸控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖8是本發(fā)明靜止同步補償電路實施例1仿真結(jié)果波形；
[0021]圖9是傳統(tǒng)靜止同步補償電路實施例1仿真結(jié)果波形；
[0022]圖10是本發(fā)明靜止同步補償電路實施例2仿真結(jié)果波形；
[0023]圖11是傳統(tǒng)靜止同步補償電路實施例2仿真結(jié)果波形。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]圖1是傳統(tǒng)靜止同步補償電路的典型拓撲結(jié)構(gòu)，電容器Cp與靜止同步補償器(STATC0M)并聯(lián)接入配電系統(tǒng)，靜止同步補償器則由直流電容器C與電壓源換流器VSC并聯(lián)后與濾波電感L。再進行串聯(lián)而成。通過調(diào)節(jié)VSC逆變輸出電壓U。與網(wǎng)側(cè)電壓Us的相對大小，動態(tài)連續(xù)補償負荷變化的無功功率。圖3中的線段AB表示靜止同步補償器的U。與其無功補償電流之間的關(guān)系，線段BG表示Cp的無功補償電流特性，線段EF表示傳統(tǒng)靜止同步補償電路無功補償電流I。與U。之間的關(guān)系。
[0026]參照圖2，本發(fā)明靜止同步補償電路的拓撲結(jié)構(gòu)是，包括靜止同步補償器(STATC0M)，靜止同步補償器(STATC0M)輸出端通過電容器C。后接入配電系統(tǒng)，靜止同步補償器還是由直流電容器C與電壓源換流器VSC并聯(lián)后與濾波電感L。再進行串聯(lián)而成。通過調(diào)節(jié)VSC逆變輸出電壓U。與網(wǎng)側(cè)電壓Us的相對大小和極性，能夠動態(tài)連續(xù)補償負荷變化的無功功率。U。與無功補償電流I。之間的關(guān)系如圖3中的線段CD所示。本發(fā)明電路的拓撲結(jié)構(gòu)中，VSC逆變輸出電壓U。始終低于網(wǎng)側(cè)電壓Us。
[0027]圖1和圖2中VSC結(jié)構(gòu)相同，每相橋臂由上下兩個開關(guān)器件構(gòu)成，承受無功補償所需直流電壓。
[0028]本發(fā)明基于該靜止同步補償電路的解耦控制方法，基于圖2所示的拓撲結(jié)構(gòu)，按照以下步驟具體實施:[0029]步驟1、通過電壓互感器檢測網(wǎng)側(cè)PCC電壓Us與C。上的電壓Ues，通過電流互感器檢測無功補償電流i。;
[0030]步驟2、通過直流電壓檢測電路得到直流電容器C上的電壓ud。；
[0031]步驟3、列出VSC交流側(cè)電壓平衡方程和C。上的電壓電流關(guān)系式，如式⑴所示:
【權(quán)利要求】
1.一種靜止同步補償電路，其特點在于:包括靜止同步補償器，靜止同步補償器輸出端串接電容器C。后接入配電系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止同步補償電路，其特點在于:所述的靜止同步補償器的交流濾波支路由濾波電感L。和電容器C。串接而成。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的靜止同步補償電路的解耦控制方法，其特點在于，按照以下步驟具體實施: 步驟1、通過電壓互感器檢測網(wǎng)側(cè)PCC與C。上的交流電壓Us和Ues，通過電流互感器檢測無功補償電流i。； 步驟2、通過直流電壓檢測電路得到直流電容器C上的電壓ud。； 步驟3、列出VSC交流側(cè)電壓平衡方程和C。上的電壓電流關(guān)系式； 步驟4、對靜止同步補償器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解耦控制方法，其特點在于，所述的步驟3中，VSC交流側(cè)電壓平衡方程和C。上的電壓電流關(guān)系式，如式(I)所示:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解耦控制方法，其特點在于，所述的步驟4中，電壓外環(huán)具體控制過程是:以Gtk(S)表示的靜止同步補償器直流電壓控制器，根據(jù)直流指令電壓、與其實際電壓ud。的壓差，產(chǎn)生一個以有功電流id。表示的控制量，idc對直流電容器C充放電，即idc通過Ι/Cs后轉(zhuǎn)變?yōu)閡d。，實現(xiàn)靜止同步補償器直流電壓的反饋控制，使得ud。能夠緊緊跟隨 W:c。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解耦控制方法，其特點在于，所述的步驟4中，電流內(nèi)環(huán)具體控制過程是:首先，對Us進行鎖相操作，以獲取dq變換需要的單位正余弦信號，對負荷電流id乍dq變換，將得到q軸分量作無功指令電流/直流電壓閉環(huán)控制輸出電流id。作為有功指令電流/Id，對靜止同步補償器補償電流i。、串聯(lián)電容器C。上的電壓&和網(wǎng)側(cè)PCC電壓Us分別作dq變換，依次得到i。的dq軸電流分量1?！缓虸。.,，Ucs的dq軸電壓分量Ucs.d和Uc^us的d軸分量電壓Us ;其次，電流閉環(huán)控制的反饋信號UP I。.，分別加上《Cl.,和-ω CcUcs.d，以消除U。,.，對I。.d和U。,.d對I。.，的耦合影響，靜止同步補償器dq軸電流控制器G。(S),分別根據(jù)dq軸電流偏差I(lǐng)c.d -/c.d+ft>Qt4s.q和L.q -1c.(fOjCcUc^產(chǎn)生dq軸控制電壓，dq軸控制電壓分別加上ω LcIc.q和-ω LcIc.d，以消除I。.d和I。.q對dq軸控制電壓的耦合影響，通過d q軸電壓電流耦合項的解耦，實現(xiàn)了 dq軸電流的獨立閉環(huán)控制。
【文檔編號】H02J3/18GK103928935SQ201410024703
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】同向前, 張新聞 申請人:西安理工大學(xué)