[发明专利]级联STATCOM稳态零误差控制方法

说明书

技术领域

[0001] 本发明旨在提供一种级联STATCOM在稳态时消除交流分量误差并抑制直流分量的控制方法，能够有效地保证级联STATCOM安全稳定精确运行，该方法实现起来容易，具有很高的工程实用价值。

背景技术

近年来，级联静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)由于具有无需变压器便可接入中高压电网、易于扩展，便于模块化设计等优点得到了广泛地应用。对装置输出电流的控制精度直接影响到系统整体补偿效果，通常电流控制性能指标主要有稳态幅值和相位误差、动态响应时间、单位功率因数、谐波畸变率以及直流分量等等。级联STATCOM由于大多数采用PI控制，其难以对交流量起到理想的效果，存在稳态误差的问题。而装置省去变压器虽然可以减小占地、降低成本、提高效率，但同时也带来了并网电流直流分量超标问题，将导致电网中磁性元件工作点偏移，进而引起变压器或电机的谐波、噪声、过热和电流尖峰等一系列问题，IEEE Std.1547-2003要求电力电子装置注入电网的直流分量不得超过额定输出电流的0.5%。

目前，国内外对STATCOM装置控制策略进行了多方面的研究。对电流控制而言，2001年第4期的《中国电机工程学报》中《STATCOM无功电流的鲁棒自适应控制》一文从装置级层次上提出了鲁棒型直接自适应控制算法，控制器具有良好的电流追踪能力和鲁棒特性，但控制相对复杂。2003年第6期的《中国电机工程学报》中《链式STATCOM的数学模型》一文在链式STATCOM开关函数数学模型的基础上，分析了基波电流有功、无功分量以及直流电压平均值的变化关系，但不利于输出电流控制算法设计。2010年第28期的《中国电机工程学报》中《链式D-STATCOM建模及其状态反馈精确线性化解耦控制》一文通过状态反馈精确线性化方式，实现了有功、无功解耦控制器设计，并在工程中得到应用。2006年第9期的《中国电机工程学报》中《并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究》一文采用滞环控制，其特点为原理简单且动态响应快，但其最大不足是开关频率受滞环宽度影响波动范围较大，导致滤波器设计困难，进而影响系统整体性能。2002年第2期的《IEEE Trans. on Power Electronics》中《Vector current controlled voltage source converter: deadbeat control and saturation strategies》一文采用无差拍控制和预测控制，其控制的有效性在很大程度上取决于被控对象精确模型的建立。而级联STATCOM系统的非线性使精确模型的设计有一定难度，设计不当会导致系统控制不稳定。2001年第3期的《IEEE Trans. on Power Electronics》中《Stationary frame current regulation of PWM inverters with zero steady-state error》一文采用基于内模原理的比例谐振PR控制解决了交流量控制存在稳态误差的问题，但是对于IEEE std.1547-2003中规定的直流偏置问题，该方法不能有效抑制。

发明内容

本发明提出基于前馈解耦PFI的控制方法，在实现级联STATCOM装置稳态零误差控制的同时，能够有效地抑制输出电流中所含直流分量。在kp或ki取值较小(系统稳定裕度较大)的情况下仍可实现稳态零误差控制，拥有原理简单、实现起来容易等特点，具有较高的工程实用价值。

具体实施方式如下：

根据说明书附图1可推出PFI控制下的STATCOM输出电流为：

当只考虑参考电流的影响。很明显，当                                                成立时，闭环系统基波频率处的幅频特性1，相频特性为0，即实现并网输出电流基波的零稳态幅值相位误差控制，此时并网直流分量同时得到抑制。然而考虑电网电压Us的影响时，在成立的情况下，基波频率处电网电压的扰动衰减了，说明电网电压扰动不可忽略，其会引起并网输出电流基波的稳态误差，并会累积直流分量。

传统的PI控制控制并网电流存在稳态幅值和相位误差，其根源是其基波频率处增益为，不具有无穷增益特性。而比例反馈积分控制在基波频率处具有无穷大的增益，使得闭环系统基波频率处的幅频特性为1，相频特性为0，因此可以实现并网电流的零稳态误差控制。