[发明专利]一种单相级联型静止同步补偿器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单相级联型静止同步补偿器，特别是一种单相级联型静止同步补偿器的控制方法。

背景技术

受功率器件电压等级和功率等级的限制，目前适用于中高压大功率静止同步补偿器(STATCOM)的主电路结构主要有：基于器件串联的三相桥式结构、钳位式多电平结构和级联结构。

其中，级联型静止同步补偿器主电路结构：以单相全桥逆变电路为级联单元，由多个级联单元在输出端直接串联，再经连接电抗器与电网相接。其工作原理是通过适当地调节各级联单元输出电压的相位和幅值，使补偿器吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。级联型静止同步补偿器广泛采用载波移相脉宽调制，由一组移相的三角载波与调制信号相比较，生成多路PWM波，用于控制级联单元中开关器件的通断。级联型静止同步补偿器目前的研究热点和工程应用的主要趋势，具有以下优点：所需器件数量少，不需要钳位器件；容易实现模块化，易于扩展，适用不同的电压等级；载波移相脉宽调制能够保证各开关器件负荷平衡，在较低的开关频率实现低谐波电压输出。

理论上，静止同步补偿器与电网只进行无功功率的交换，一个电网周期内交换的能量为零。但是由于功率器件并非理想器件，存在开关损耗，静止同步补偿器需从电网获得一定的有功功率维持直流侧电压稳定。级联型静止同步补偿器各个级联单元直流侧电容相互独立，参数的分散性、开关损耗的不同以及脉冲延时的差异会造成直流侧电压不平衡。

直流侧电压不平衡现象，一方面，会增加装置输出电流的谐波含量；另一方面，不平衡现象特别严重时，会造成一些级联单元直流侧电压过高，达到器件的耐压水平，威胁到整个装置的安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种单相级联型静止同步补偿器的控制方法，实现补偿器输出电流对指令电流的跟踪控制，保证各级联单元直流侧电压的平衡，抑制不平衡现象。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种单相级联型静止同步补偿器的控制方法，包括单相级联型静止同步补偿器，单相级联型静止同步补偿器包括多个级联单元，每个级联单元包括一个单相全桥逆变电路和一个直流侧电容，电容与单相全桥逆变电路并联，多个级联单元输出端串联后经电抗器接入电网，该方法为：在直流侧总电压外环和电流跟踪内环组成的双闭环瞬时值控制的基础上，引入基于虚拟电阻的直流侧电压平衡控制，在各级联单元输出端构造可控的虚拟电阻；将各级联单元直流侧电压实际值与设定值比较，并根据比较结果调整各虚拟电阻的大小，独立地调节各级联单元从电网获得的输入功率，以满足各级联单元因损耗不同而对输入功率的不同需求，达到直流侧电压平衡控制的目的。

单相级联型静止同步补偿器的控制方法具体包括以下步骤：

1)采用直流侧总电压外环和电流跟踪内环的双闭环瞬时值控制生成电压调制信号u_r；

2)将各级联单元直流侧电压实际值U_dci与设定值U_ref/n比较，得到各级联单元直流侧电压误差，经PI环节生成虚拟电阻R_i′；其中n为级联单元数量；

3)将虚拟电阻R_i′与补偿器输出电流的瞬时值i_inv相乘，生成电压调制信号的修正量Δu_i，即Δu_i＝R_i′×i_inv；

4)将电压调制信号的修正量Δu_i与双闭环控制生成的电压调制信号u_r叠加，生成各级联单元最终的电压调制信号u_i，即u_i＝u_r+Δu_i；

5)对电压调制信号u_i进行载波移相调制，生成多路PWM波。

电压调制信号u_r的表达式为：