本發(fā)明涉及一種電壓支撐控制方法，尤其涉及一種考慮功率約束的三相四線級聯(lián)statcom最優(yōu)電壓支撐點(diǎn)的計(jì)算方法，屬于儲(chǔ)能逆變器控制。

背景技術(shù)：

1、電網(wǎng)電壓下跌是電力系統(tǒng)最常見的故障之一，通常是由遠(yuǎn)端的意外接觸、雷擊和設(shè)備故障造成的短路所導(dǎo)致的。為保障獨(dú)立微電網(wǎng)在短時(shí)可恢復(fù)性故障期間內(nèi)維持可靠供電運(yùn)行能力，研究獨(dú)立微電網(wǎng)故障穿越控制具有重要意義。低電壓穿越能力是衡量現(xiàn)代電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，現(xiàn)代電路系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中要求設(shè)備具有一定的應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落的能力，而下一代的并網(wǎng)準(zhǔn)則中將對低電壓穿越中的電壓支撐提出更高的要求。又由于在三相四線制系統(tǒng)中，零序電流通道的存在使pcc點(diǎn)處的零序電流也具有可控性，使得得以在基于三相四線系統(tǒng)的電壓支撐控制策略中利用零序分量以優(yōu)化電壓支撐效果。

2、目前，級聯(lián)多電平系統(tǒng)的相間均衡控制主要分為零序電壓法和負(fù)序電流法。公開日期為2016年4月14日的文獻(xiàn)《investigation?of?negative-sequence?injectioncapability?of?cascaded?h-bridge?converters?in?star?and?delta?configuration》對零序電壓和有功功率在abc坐標(biāo)系下的關(guān)系進(jìn)行了分析，并通過注入合適的相電壓來實(shí)現(xiàn)不平衡電網(wǎng)下的相間平均有功控制、直流電壓控制以及參考電流跟蹤控制。公開日期為2017年4月14日的文獻(xiàn)《clustered?voltage?balancing?mechanism?and?its?controlstrategy?for?star-connected?cascaded?h-bridge?statcom》基于不平衡功率信息控制負(fù)序調(diào)制指數(shù)而不使用任何控制器，這導(dǎo)致相內(nèi)直流電壓出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差。此外，根據(jù)正序變換來估計(jì)負(fù)序電流分量并將每個(gè)相的前饋電壓直接添加到所得到的調(diào)制指數(shù)，將會(huì)將會(huì)導(dǎo)致較差的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。當(dāng)電壓不平衡度較小時(shí)，零序電壓注入方法可以有效實(shí)現(xiàn)相間功率平衡，確保設(shè)備安全運(yùn)行。然而當(dāng)電壓不平衡度較大時(shí)，零序電壓注入方法失效。此時(shí)需要采用負(fù)序電流注入作為電壓穿越策略。然而無論負(fù)序電流還是零序電壓在處理不平衡電網(wǎng)下三相四線級聯(lián)多電平系統(tǒng)的功率均衡時(shí)，都會(huì)對系統(tǒng)的電網(wǎng)不平衡度產(chǎn)生不利的影響。因此三相四線級聯(lián)多電平系統(tǒng)的功率均衡問題需要進(jìn)一步的研究。

3、而關(guān)于低電壓穿越研究方面，公開日期為2018年7月16日的文獻(xiàn)《逆變型分布式電源的靈活正負(fù)序電流控制方法與等值序網(wǎng)模型》提出了一種正、負(fù)序獨(dú)立控制策略，在電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時(shí)向電網(wǎng)中注入正、負(fù)序無功電流，但在處理故障穿越過程中電流過大問題上未考慮電流限幅。公開日期為2017年8月日的文獻(xiàn)《control?strategy?fordistribution?generation?inverters?to?maximize?the?voltage?support?in?thelowest?phase?during?voltage?sags》中提到的控制策略目標(biāo)為使最低相位的電壓最大化，然而在該策略中只有正序電流被注入，忽略了負(fù)序電流的注入，沒有對負(fù)序電壓采取措施，并且沒有提出對pcc點(diǎn)不平衡度降低的目標(biāo)。公開日期為2020年2月13日的文獻(xiàn)《anadvanced?voltage?support?scheme?considering?the?impact?ofzero-sequencevoltage?under?microgrid?faults?using?model?predictive?control》針對三相四線制并網(wǎng)逆變器提出了兩種控制策略：一種是使用正、負(fù)序電網(wǎng)電流來補(bǔ)償零序電壓，另一種是使用零序電流來補(bǔ)償零序電壓。通過引入?yún)?shù)"k"和"k1"來判斷pcc點(diǎn)(點(diǎn)對點(diǎn)連接點(diǎn))電壓是否需要零序電流以保持在限定值內(nèi)。

4、綜上，盡管已有許多關(guān)于電壓支撐的研究，但現(xiàn)有技術(shù)大都是針對傳統(tǒng)三相兩電平逆變器進(jìn)行探討，在其實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)中，都沒有考慮到有功功率均衡的問題，以至于無法直接應(yīng)用于級聯(lián)系統(tǒng)。同時(shí)在三相四線級聯(lián)statcom中，由于零序通道的存在，零序電壓和負(fù)序電流的注入均會(huì)加劇電網(wǎng)不平衡度，不利于系統(tǒng)的低壓穿越。同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)大多都是針對傳統(tǒng)三相三線制進(jìn)行探討，因而無法直接應(yīng)用于三相四線級聯(lián)statcom。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種考慮功率約束的三相四線級聯(lián)statcom電壓支撐控制方法。

2、為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種考慮功率約束的三相四線級聯(lián)statcom電壓支撐控制方法，包括以下步驟：

3、步驟一、計(jì)算三相四線級聯(lián)多電平儲(chǔ)能系統(tǒng)中的下列參數(shù)：pcc點(diǎn)故障的正序、負(fù)序、零序電壓幅值，初始相角以及電壓不平衡度；

4、將多電平系統(tǒng)輸出的三相電流進(jìn)行正序、負(fù)序、零序分離，得到正序、負(fù)序、零序電流表達(dá)式；

5、步驟二、根據(jù)有功功率約束與電流限幅下的電壓支撐推導(dǎo)，得出所注入電網(wǎng)的最優(yōu)無功分量電流的幅值與相位；

6、步驟三、通過直流電容電壓閉環(huán)控制得到所需注入?yún)⒖茧娏鞯挠泄Ψ至?；最終通過電流控制回路和ps-spwm調(diào)制技術(shù)生成逆變器的開關(guān)管信號，實(shí)現(xiàn)所提出的電壓支撐控制方法的實(shí)施。

7、作為優(yōu)選地，步驟一中，對三相pcc電壓進(jìn)行分解，經(jīng)clarke變換，三相pcc電壓在αβ0軸上的分量vα，vβ，v0表示為：

8、

9、其中，v+α、v+β，v-α、v-β分別為vα，vβ的正序分量與負(fù)序分量；v+為正序電壓幅值，v-為負(fù)序電壓幅值，v0為零序電壓幅值；為正序電壓初相位，為負(fù)序電壓初相位，為零序電壓初相位；ω為電網(wǎng)基波角頻率；ωt表示電流隨時(shí)間t而變化的電角度；

10、根據(jù)靜止坐標(biāo)系表達(dá)式，推導(dǎo)出正序、負(fù)序電壓幅值以及正序、負(fù)序電壓相位差的表達(dá)式為：

11、

12、其中，atan2為反正切函數(shù)，為pcc處電壓初始相位。

13、作為優(yōu)選地，步驟一中，在電網(wǎng)跌落條件下，將多電平系統(tǒng)輸出的三相電流表達(dá)式經(jīng)clarke變換進(jìn)行正序、負(fù)序、零序分離：

14、

15、其中，iα，iβ，i0分別為三相電流在α、β、0軸上的分量；iα+、iα-，iβ+、iβ-分別為iα，iβ的正序分量與負(fù)序分量；i+，i-，i0分別是正序、負(fù)序、零序的電流幅值；φ+，φ-，φ0分別為正序、負(fù)序、零序的電網(wǎng)電流初相位，則有：

16、

17、其中，ip+，ip-，ip0分別為正序、負(fù)序、零序的電流有功分量幅值；iq+，iq-，iq0分別為正序、負(fù)序、零序的電流無功分量幅值；δ+，δ-，δ0分別為正序、負(fù)序、零序電流的阻抗角。

18、作為優(yōu)選地，步驟一中，將注入電流矢量分解為四個(gè)矢量的和，即正序、負(fù)序的有功分量和無功分量，得到ip+，ip-，ip0，iq+，iq-，iq0：

19、

20、其中，rg和lg為網(wǎng)側(cè)阻抗，列寫各相電流瞬時(shí)ia，ib，ic、電流幅值ia，

21、ib，ic與正負(fù)零序電流幅值i+，i-，i0的關(guān)系，即：

22、

23、作為優(yōu)選地，步驟二中，列寫出三相四線級聯(lián)多電平儲(chǔ)能系統(tǒng)中的三相電流：

24、

25、其中，為a相電網(wǎng)電壓初相位，為b相電網(wǎng)電壓初相位，為c相電網(wǎng)電壓初相位；θa，θb，θc為各相電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電流的相位差；in，vn分別為中線電流與中線電壓；網(wǎng)側(cè)阻抗z，阻抗角θl分別表示為：

26、

27、統(tǒng)一用r代替網(wǎng)側(cè)電阻rg，用l代替網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g，即令：

28、

29、不平衡電網(wǎng)下的零序電流可以表示為：

30、

31、作為優(yōu)選地，步驟二中，為抑制相間存在功率流動(dòng)，抵消由于電網(wǎng)故障引起的不平衡功率流動(dòng)的同時(shí)保證各相輸出有功功率為零，對三相的有功功率進(jìn)行分析，有：

32、

33、同時(shí)令θa＝θb＝θc＝θ，可得：

34、

35、其中vga、vgb、vgc分別為三相電網(wǎng)電壓幅值；

36、經(jīng)化簡，可得三相電流幅值ia，ib，ic可表示為：

37、

38、作為優(yōu)選地，步驟二中，三相四線級聯(lián)statcom的三相電流幅值滿足(16)中的表達(dá)式時(shí)，有功功率約束條件得以實(shí)現(xiàn)；

39、此時(shí)，三相電流ia，ib，ic都僅與θ該單一變量有關(guān)，各個(gè)分量均由θ表示，以對該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，模型的電壓支撐問題等效為：

40、

41、s.t.可表示為在該條件下使得該不等式成立需要滿足的條件，其中，imax為三相對電流限幅后允許通過的最大電流幅值的大小。

42、作為優(yōu)選地，步驟二中，基于(19)，由于：

43、

44、化簡可得：

45、

46、其中vga、vgb、vgc分別為三相電網(wǎng)電壓幅值。同理，可得正負(fù)零序電流幅值表達(dá)式：

47、

48、可推出正負(fù)零序電壓幅值可分別表示為：

49、

50、ta0、ta1、ta2、tb0、tb1、tb2、tc0、tc1、tc2分別為過程量，無實(shí)際物理意義，僅方便于計(jì)算。

51、作為優(yōu)選地，步驟二中，對于式(19)中的f(θ)，其為周期為2π的函數(shù)，在[0,2π]區(qū)間內(nèi)分析函數(shù)值變化，確定函數(shù)最小值始終在π/2+θl與3π/2+θl處取到；

52、則若θ＝3π/2+θl時(shí)滿足電流限幅條件，最優(yōu)值取3π/2+θl；

53、而當(dāng)θ＝3π/2+θl時(shí)不滿足電流限幅條件，由于各相電流幅值隨著θ在[3π/2,3π/2+θl]區(qū)間內(nèi)單增，因此在[3π/2,3π/2+θl]中必然存在θ＝θx使得各相電流最大的幅值為imax，且此時(shí)電網(wǎng)不平衡度在該處最小，即：

54、max{ia,ib,ic}＝imax(26)

55、對式(18)進(jìn)行簡化，令：

56、

57、則此時(shí)：

58、

59、在確定最優(yōu)支撐時(shí)θ的值后，由(27)可以確定注入各相電流ia,ib,ic的幅值與相位的大小；同時(shí)由于有功功率約束的條件，此時(shí)所得到的ia,ib,ic僅會(huì)與pcc處電壓vpcc發(fā)出無功功率，因此，此時(shí)所得到的ia,ib,ic即為pcc處進(jìn)行電壓支撐所需注入的無功電流iaq,ibq,icq。

60、作為優(yōu)選地，步驟三中，為了平衡開關(guān)損耗和恢復(fù)不平衡電網(wǎng)導(dǎo)致的電容電壓下降，需對各相注入一個(gè)相位垂直于iaq,ibq,icq的有功電流iap,ibp,icp，通過加入直流電容電壓環(huán)的方式實(shí)施。

61、本發(fā)明公開了一種考慮功率約束的三相四線級聯(lián)statcom電壓支撐控制方法，根據(jù)statcom無法提供有功功率的特點(diǎn)，通過引入三相四線系統(tǒng)中的零序分量作為系統(tǒng)新的可控的自由度，有效地平衡了有功功率約束與電壓支撐。并在電流限幅與有功功率約束的條件下與合理設(shè)計(jì)三相四線級聯(lián)statcom電壓支撐控制方法，提高系統(tǒng)的低電壓穿越能力。應(yīng)用本發(fā)明提出的電壓支撐方法后，pcc點(diǎn)不平衡度下降效果顯著，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了級聯(lián)statcom的功率均衡。