[发明专利]链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统动态无功补偿方法，特别涉及一种链式静止同步补偿器的直流侧电容电压平衡控制方法。

背景技术

静止同步补偿器(STATic synchronous COMpensator,STATCOM)是目前最先进的动态无功补偿装置，其工作原理是将基于全控型器件的自换相变流器通过变压器或电抗器与电网并联，通过调节变流器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接调节其交流侧电流，使之吸收或发出符合要求的无功功率，从而达到动态无功补偿的目的。静止同步补偿器（STATCOM）通常用在输配电系统中用以调节系统电压以保持电压稳定、控制无功潮流从而增加输送能力、以及加强对系统低频振荡的阻尼进而提高系统稳定性等。

目前世界上实际投入运行的高压大功率静止同步补偿器主要有三种拓扑结构：1).基于多重化变压器和两电平变流器的结构，2).基于多重化变压器和三电平变流器的结构，3).基于级联H桥的结构，即链式静止同步补偿器（链式STATCOM）。第一种拓扑具有结构简单控制容易等特点，但其中的多重化变压器具有体积庞大、价格昂贵、损耗较高等缺陷；第二种拓扑相对于第一种能够获得更高的电压更大的容量，但是由于其同样使用变压器因此具有跟第一种拓扑相同的问题，同时三电平变流器存在内外管损耗不一致以及均压控制等问题；基于H桥级联型多电平变流器的链式静止同步补偿器于1995年由F.Z.Peng等人在“A Multilevel Voltage Source Inverter with Separate DC source for Static VAR Generation(IEEE-IAS’95,Conf.,pp:2541-2548)”文中提出，该拓扑通过将多个结构相同的链接单元串联以实现耐高压能力因此易于扩容且可以省略输入变压器、另外由于链接单元结构一致因此具有易于模块化规模生产等优势，目前在中高压无功补偿领域得到了广泛应用。

由于基于H桥级联型多电平变流器的链式静止同步补偿器中各链接单元的电容相互独立，各链接单元电路分布参数的差异、各功率器件开关特性及导通特性的不一致、以及触发控制信号的微小差异等因素都会引起电容电压的不平衡。电容电压不平衡一方面会导致各链接单元承受电压不一致危及装置安全；另一方面会影响变流器输出电压波形质量降低变流器输出性能，可见各链接单元直流侧电容电压平衡是链式静止同步补偿器可靠运行的关键。因此为了成功应用链式静止同步补偿器，必须采取合理有效的直流侧电容电压平衡控制方法。

CN1461088和CN1514525通过附加的外部设备使H桥级联型多电平变流器直接与电网进行有功功率交换，从而实现直流侧电容电压的平衡控制，这类均压方法需要附加额外的硬件设备及相应控制，增加了拓扑结构复杂度、系统体积及装置成本。另有CN102684204A和CN1933274均未采用附加外部设备对直流侧电容电压进行平衡控制，前者仅对偏离参考电压最大的链接单元进行电压调节，实质上属于开环控制；后者虽然属于闭环控制但其对电容电压的调节仅基于比例控制，且调节量与电容参数和控制周期有关容易受系统参数变化影响。美国发明专利US6075350没有采用附加设备，其通过调节每个链接单元的触发角控制直流侧电容电压平衡，它是基于脉冲周期轮换原理，使平均意义上每个链接单元吸收的平均功率以及等效损耗基本相同，属于开环控制。另外还有Hossein Iman-Eini,Jean-Luc Schanen等人在“A Modular Strategy for Control and Voltage Balancing of Cascaded H-Bridge Rectifiers.(IEEE Transactions on Power Electronics,vol.23,no.5,pp.2428-2442,2008)”文中提出了基于电容电压排序的直流侧电容电压控制方法等，其本质也属于直流侧电容电压开环控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制技术存在的问题：比如需要额外附加设备、电容电压平衡开环控制、仅适用于补偿平衡系统等，针对以H桥级联型多电平变流器为主电路的链式静止同步补偿器,为其提供一种直流侧电容电压的闭环平衡控制方法。本发明无需额外附加设备、适用于平衡及不平衡系统、且满足动态无功补偿需要。