[发明专利]一种直流侧电压稳定控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流侧电压稳定控制方法，尤其涉及到一种级联型DSTATCOM装置的功率单元直流侧电压稳定控制方法。

背景技术

级联H桥型多电平变流器由于结构简单、易于模块化设计、开关负荷平衡及输出电压谐波小等优点而被广泛应用于DSTATCOM等大功率变流装置；但该结构存在由各功率单元电容能量变化差异及功率单元自身损耗所造成的直流侧电容电压的不平衡问题，严重影响了装置输出波形质量。

为此，人们发展了许多直流侧电容电压均衡控制方案，其中外部能量交换法由于具有算法简单独立、响应速度快以及实时性强等优点在实际工程中被广泛使用。

典型的外部能量交换法采用四象限整流器结合直流电容为各功率单元H桥逆变器提供了独立的直流电源，主要优点在于：当H桥逆变器需要与电网交换有功功率时，如DSTATCOM输出三相不平衡补偿电流时，该方案中独立电源为能够为逆变器提供有功能量传输通道。

现存的该装置功率单元直流电压稳定控制方法主要有两种：

第一种方法是：直流电压反馈控制；该方法实时采集直流电压并与给定值相比较，通过PI控制器调节实现对直流电压的稳定控制。该方法将有功功率能量流动通过电压波动反应出来，实际上是一种对有功功率的间接控制。因此，响应速度慢。

第二种方法是：直流电流前馈控制方法；该控制方法在第一种方法的基础上，加上直流侧电流前馈，如图1中虚线框①，将有功功率流动信息通过电流实时反应出来。因此，相比较于第一种方法，具有较快的相应速度，属于有功功率的直接控制方法。但该方法运用在本发明所涉及级联型DSTATCOM装置时，一方面，该检测电流是通过补偿电流反应出来，相比较负载需要平衡的有功功率产生一定的延时；每一个功率单元都需要电流检测环节，造成了硬件电路的复杂性和硬件成本的提高，比如当装置为N功率单元级联时，需要3N个直流霍尔传感器和AD模块。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直流侧电压稳定控制方法，能在常规的直流电压闭环控制的基础上，采取直接从主电路检测负序分量中提取各功率单元有功功率流动信息，以提高有功功率流通的响应速度，最大限度的降低由有功功率传输造成的直流电压波动量。能针对现有直流电流前馈电压稳定控制方法中的电流检测元件多的缺点，减少电流检测元件的数量，降低装置的成本，提高控制的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流侧电压稳定控制方法，其级联型DSTATCOM装置功率单元采用AC-DC-AC的变流器结构形式，包括四象限整流器、直流电容C以及H桥逆变器，其中：直流电容C左侧为四象限整流器，通过多绕组变压器隔离连接交流电网，四象限整流器结合直流电容C为H桥逆变器提供了独立的直流电源；直流电容C右侧为H桥逆变器，各单元H桥逆变器级联后通过电抗L_s连接电网。装置控制系统包括主控制系统和底层控制系统，底层控制系统包括整流控制模块和逆变控制模块，整流控制模块负责四象限整流器的控制并包括直流侧电压的稳定控制。

本发明在各单元直流电压控制，在常规的直流电压闭环控制的基础上，加入电流前馈控制，该前馈电流信息取自主控制系统。主控制系统实时采集三相负载电流，从负载电流中分离出负序电流分量，并转换折算成各单元直流电流，该直流电流即前馈电流。将前馈电流信息实时发送至底层控制单元，主控制系统与底层控制系统采用光纤通信模式。

本发明所涉及级联型DSTATCOM装置，功率单元采用AC-DC-AC的变流器结构形式，包括四象限整流器、直流电容C以及H桥逆变器，其中：直流电容C左侧为四象限整流器，通过多绕组变压器隔离连接交流电网；直流电容C右侧为H桥逆变器，各单元H桥逆变器级联后通过电抗L_s连接电网；四象限整流器结合直流电容C为H桥逆变器提供了独立的直流电源。

当装置补偿负序分量时，各相与系统之间存在有功功率的交换，此时，四象限整流器必须实时捕捉到有功功率流动信息，并通过控制为有功功率提供快速通道。否则，如果检测存在延时或偏差，将引起直流电压的波动，甚至当电压涌升到一定程度，造成直流电容及开关器件的损坏；或当直流电压跌落到一定程度，引起装置某一相的短路而另外两相承受线电压造成器件击穿损坏。

与现有技术相比，本发明具有下列优点。

（1）由于直接从负载电流中提取各功率单元有功功率流动所对应的直流电流信息，使得各单元整流器能够实时响应直流有功负载的变化，并为其提供快速能量传输通道，从而直流电压稳定控制较快具有较快的响应速度。