[发明专利]一种三相静止无功同步补偿器直接功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于三相电网的静止无功同步补偿器的控制方法，特别是一种基于αβ坐标系下电流无差拍调节的三相静止无功同步补偿器直接功率控制方法。

背景技术

由于不可再生能源减少、电力紧张、环境污染日益严重，电力节能技术引起了全球各国的广泛关注，静止无功同步补偿器已经成为降低电网线损和提高电能质量主要设备之一。因此，易于工程实现且控制性能优良的用于三相电网的静止无功同步补偿器(Static var syschronous compensator，STATCOM)的控制方法具有重要的经济意义。

用于静止无功同步补偿器的主电路拓扑结构主要由电压源型和电流源型两种，由于电压源型拓扑结构具有体积小、重量轻的优点，因此，静止无功同步补偿器通常采用电压源型拓扑结构。电压源型静止无功同步补偿器主要包括逆变器直流侧电容电压外环控制和电流内环控制，静止无功同步补偿器的性能很大程度取决于电流内环控制的性能，但其电流参考值的计算和直流侧电容电压的稳定也会影响无功电流的控制效果，因此，对于静止无功同步补偿器的电流控制应该综合考虑各个相关因素。

目前，静止无功同步补偿器的无功电流控制技术主要有比例积分控制、滞环控制、直接功率控制、无差拍控制、谐振控制、鲁棒控制和其他非线性控制等方法。其中，比例积分控制虽然应该用广泛，但是对交流量很难做到无静差调节；滞环控制具有动态响应该快的优点，但是功率器件开关频率随着电流瞬时值的变化而变化，使得滤波器设计困难；采用直接功率控制，不需要进行电流的旋转变换，通过开关表直接选择合适的矢量实现有功功率控制，但是没有电流内环控制，难以保证电流波形质量；无差拍控制动态响应该快、稳定性较好，能将瞬时误差控制在一个开关周期变化量之内，但是已有相关文献都需要锁相环并需要进行旋转变换，增加了延时因素和计算量；谐振控制能实现交流量的无静差控制，但其控制器参数设计复杂，需要经过多次反复测试与调整；鲁棒控制及其他已有的非线性控制方法的控制效果和鲁棒性好，但它们设计方法复杂、计算量很大、不易于工程实现。

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，提供一种响应速度快、控制器参数设计简单和易于实现数字控制的三相静止无功同步补偿器直接功率控制方法，保证静止无功同步补偿器输出电流的波形质量、电流控制量之间不存在耦合关系。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三相静止无功同步补偿器直接功率控制方法，三相静止无功同步补偿器包括检测电路、控制电路、驱动电路、直流侧电容和三相电压型逆变器，三相电压型逆变器的桥臂由两个开关器件串联组成，检测电路的输出端接入控制电路，控制电路的输出端接入驱动电路，驱动电路的六个输出端分别与三相电压型逆变器的六个开关器件的控制极相连，三相电压型逆变器的桥臂与直流侧电容并联，三相电压型逆变器通过输出电感和电阻并联接入电网和三相负载之间，所述三相静止无功同步补偿器的直接功率控制方法包括以下步骤：

1)检测并采样三相静止无功同步补偿器与电网公共连接点处的系统电压u_sa、u_sb和u_sc、负荷电流i_La、i_Lb和i_Lc、三相静止无功同步补偿器的输出电流i_ca、i_cb和i_cc，利用CLARKE变换计算出系统电压的αβ分量u_sα、u_sβ、负荷电流的αβ分量i_Lα、i_Lβ和三相静止无功同步补偿器输出的补偿电流i_cα、i_cβ，同时检测并采样直流侧电容电压U_dc；

2)直流侧电容电压给定值与直流侧电容电压U_dc的差值经PI控制器得到有功功率目标值P^*，即电压控制环；

3)根据瞬时无功功率理论，由系统电压的αβ分量u_sα、u_sβ和负荷电流的αβ分量i_Lα、i_Lβ计算出无功功率目标值Q^*；

4)根据瞬时无功功率理论，由P^*、Q^*和系统电压的αβ分量u_sα、u_sβ计算得到三相静止无功同步补偿器输出的补偿电流目标值的αβ分量