[发明专利]三电平静止同步补偿器的不平衡补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电能质量控制技术领域，特别涉及一种三电平静止同步补偿器的不平衡补偿方法。

背景技术

配电网的运行工况较为复杂，各种原因均可能造成电力系统的不对称，负载不平衡、电网电压不对称等情况经常发生，尤其是像铁路机车等单相运行的负载。如果不及时就地补偿负序电流，让其注入电网，会对发电机、调相机、继电保护、自动装置、仪器仪表有很大危害。对不对称负载的负序电流和无功电流用动态响应快，无静态误差的电流去补偿有很重要的实际意义。静止同步补偿器能够综合解决配电网中多种电能质量问题，起到了电压支撑、无功补偿、抑制闪变等关键作用，成为无功补偿装置的发展趋势。而采用二极管中点箝位式三电平拓扑结构的静止同步补偿器具有更高的装置容量、更好的补偿效果和系统可靠性。目前，在设计STATCOM控制器时一般都假设电网电压以及负载是三相对称的，在这种条件下设计出的控制器在电网电压和负载平衡时具有良好的性能。然而，实际中电网以及负载不平衡情况普遍存在，当电网电压以及负载不对称时基于对称假设的控制器的性能会变差，更严重的情况甚至会烧坏STATCOM装置。三电平静止同步补偿器的不平衡控制可以提高静止同步补偿器在电网电压以及负载不对称条件下的生存能力，补偿不对称系统的无功电流和负序电流，具有重要的实际意义。

发明内容

为克服电网电压不平衡以及负载不对称对三电平静止同步补偿器性能的影响，提高静止同步补偿器不平衡条件下的生存和补偿能力，本发明提供了一种动态响应快、无静态误差的三电平静止同步补偿器的不平衡补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：检测负载侧不对称电流并进行序分解，把得到的正负序电流分别进行dq变换得到直流参考，用PI解耦控制的原理和方法实现正负序有功、无功电流完全解耦，从而得到三电平同步补偿器(STATCOM)输出电压的正负序参考电压矢量，最后经简化的三电平SVPWM调制产生PWM驱动信号去控制开关器件的动作来产生需要的补偿电流。对于电网电压不平衡的情况，只需额外考虑电压负序d轴和q轴分量。

本发明的技术效果在于：

1)本发明的不平衡补偿方法实现了正负序有功无功电流完全解耦，PI控制的参考值均为直流，简化了PI参数设计，降低了PI控制器的设计难度，直流侧电压保持平衡稳定，消除了静态误差，完全解耦提高了动态响应速度。

2)基于该不平衡补偿方法的三电平静止同步补偿器在三相平衡系统和三相不平衡系统中均取得理想的补偿效果，可以有效改善配电网的电能质量。

附图说明

图1是本发明的主电路原理图。

图2是本发明所述不平衡补偿方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理作进一步说明

三电平静止同步补偿器主电路如图1所示，主要由二极管中点箝位式(NPC)三电平逆变器、连接电感、电网电压和负载组成。二极管中点箝位式三电平逆变器可产生多阶梯、低失真的PWM输出波形，将其应用于三电平静止同步补偿器主回路，大大提高了装置容量以及谐波补偿效果。其功率开关器件采用绝缘栅双极晶体管IGBT，直流侧采用两个参数相同的电容C1和C2作为储能元件，为逆变器的工作提供直流电压支撑。连接电感L决定了静止同步补偿器补偿电流的跟踪速度和电流纹波的大小。三电平静止同步补偿器开关器件承受电压低、装置容量高、系统可靠性强，不经过变压器直接同电网相连接。负载为三相不对称阻感负载，补偿前三相电流不平衡且成感性。

三电平静止同步补偿器不平衡补偿方法原理如图2所示。

三电平静止同步补偿器不平衡补偿方法的研究思路就是把不平衡系统用对称分量法划分为两个对称系统来研究。这两个系统的等效电路图以及在abc坐标系下的微分方程形式在实质上是一样的。不同的是dq变换时的旋转坐标系的方向：正序分量经过同频率的顺时针的dq变换，而负序分量经过同频率的逆时针的dq变换。在三相系统中，正负序分量是独立的，可分别考虑，所以在控制过程中将控制量分为正负序两部分分别进行控制。

本发明具体技术方案的实施步骤如下：

1)检测负载侧不对称电流并进行序分解，把得到的正负序电流分别进行dq变换得到直流参考。为实现不对称电流中无功和负序电流一起补偿，直流侧电压恒定，i_d⁺参考用于稳定直流侧电压，i_q⁺参考值来自负载电流的正序无功分量取反，i_d^-、i_q^-参考值分别来自负载电流负序分量dq变换后值取反。