一種直流側電壓穩定控制方法
2023-06-10 09:17:21
一種直流側電壓穩定控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種直流側電壓穩定控制方法，其級聯型DSTATCOM裝置功率單元採用AC-DC-AC的變流器結構形式，包括四象限整流器、直流電容C以及H橋逆變器，其中：直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網，四象限整流器結合直流電容C為H橋逆變器提供了獨立的直流電源。它使得各單元整流器能夠實時響應直流有功負載的變化，並為其提供快速能量傳輸通道，從而直流電壓穩定控制較快具有較快的響應速度。它節約了3N套電流檢測元件，極大降低了裝置的成本和運行的可靠性。
【專利說明】一種直流側電壓穩定控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流側電壓穩定控制方法，尤其涉及到一種級聯型DSTATCOM裝置的功率單元直流側電壓穩定控制方法。
【背景技術】
[0002]級聯H橋型多電平變流器由於結構簡單、易於模塊化設計、開關負荷平衡及輸出電壓諧波小等優點而被廣泛應用於DSTATCOM等大功率變流裝置；但該結構存在由各功率單元電容能量變化差異及功率單元自身損耗所造成的直流側電容電壓的不平衡問題，嚴重影響了裝置輸出波形質量。
[0003]為此，人們發展了許多直流側電容電壓均衡控制方案，其中外部能量交換法由於具有算法簡單獨立、響應速度快以及實時性強等優點在實際工程中被廣泛使用。
[0004]典型的外部能量交換法採用四象限整流器結合直流電容為各功率單元H橋逆變器提供了獨立的直流電源，主要優點在於:當H橋逆變器需要與電網交換有功功率時，如DSTATCOM輸出三相不平衡補償電流時，該方案中獨立電源為能夠為逆變器提供有功能量傳輸通道。
[0005]現存的該裝置功率單元直流電壓穩定控制方法主要有兩種:
第一種方法是:直流電壓反饋控制；該方法實時採集直流電壓並與給定值相比較，通過PI控制器調節實現對直流電壓的穩定控制。該方法將有功功率能量流動通過電壓波動反應出來，實際上是一種對有功功率的間接控制。因此，響應速度慢。
[0006]第二種方法是:直流電流前饋控制方法；該控制方法在第一種方法的基礎上，力口上直流側電流前饋，如圖1中虛線框①，將有功功率流動信息通過電流實時反應出來。因此，相比較於第一種方法，具有較快的相應速度，屬於有功功率的直接控制方法。但該方法運用在本發明所涉及級聯型DSTATCOM裝置時，一方面，該檢測電流是通過補償電流反應出來，相比較負載需要平衡的有功功率產生一定的延時；每一個功率單元都需要電流檢測環節，造成了硬體電路的複雜性和硬體成本的提高，比如當裝置為N功率單元級聯時，需要3N個直流霍爾傳感器和AD模塊。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是提供一種直流側電壓穩定控制方法，能在常規的直流電壓閉環控制的基礎上，採取直接從主電路檢測負序分量中提取各功率單元有功功率流動信息，以提高有功功率流通的響應速度，最大限度的降低由有功功率傳輸造成的直流電壓波動量。能針對現有直流電流前饋電壓穩定控制方法中的電流檢測元件多的缺點，減少電流檢測元件的數量，降低裝置的成本，提高控制的可靠性。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種直流側電壓穩定控制方法，其級聯型DSTATCOM裝置功率單元採用AC-DC-AC的變流器結構形式，包括四象限整流器、直流電容C以及H橋逆變器，其中:直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網，四象限整流器結合直流電容C為H橋逆變器提供了獨立的直流電源；直流電容C右側為H橋逆變器，各單元H橋逆變器級聯後通過電抗Zs連接電網。裝置控制系統包括主控制系統和底層控制系統，底層控制系統包括整流控制模塊和逆變控制模塊，整流控制模塊負責四象限整流器的控制並包括直流側電壓的穩定控制。
[0009]本發明在各單元直流電壓控制，在常規的直流電壓閉環控制的基礎上，加入電流前饋控制，該前饋電流信息取自主控制系統。主控制系統實時採集三相負載電流，從負載電流中分離出負序電流分量，並轉換折算成各單元直流電流，該直流電流即前饋電流。將前饋電流信息實時發送至底層控制單元，主控制系統與底層控制系統採用光纖通信模式。
[0010]本發明所涉及級聯型DSTATCOM裝置，功率單元採用AC-DC-AC的變流器結構形式，包括四象限整流器、直流電容C以及H橋逆變器，其中:直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網；直流電容C右側為H橋逆變器，各單元H橋逆變器級聯後通過電抗Zs連接電網；四象限整流器結合直流電容C為H橋逆變器提供了獨立的直流電源。
[0011]當裝置補償負序分量時，各相與系統之間存在有功功率的交換，此時，四象限整流器必須實時捕捉到有功功率流動信息，並通過控制為有功功率提供快速通道。否則，如果檢測存在延時或偏差，將引起直流電壓的波動，甚至當電壓湧升到一定程度，造成直流電容及開關器件的損壞；或當直流電壓跌落到一定程度，引起裝置某一相的短路而另外兩相承受線電壓造成器件擊穿損壞。
[0012]與現有技術相比，本發明具有下列優點。
[0013](I)由於直接從負載電流中提取各功率單元有功功率流動所對應的直流電流信息，使得各單元整流器能夠實時響應直流有功負載的變化，並為其提供快速能量傳輸通道，從而直流電壓穩定控制較快具有較快的響應速度。
[0014](2)只需要前饋電流檢測與負載電流檢測共用I套電流檢測元件，相比較於現有直流電流前饋的直流電壓控制方案，該方法節約了 3N套電流檢測元件，極大降低了裝置的成本和運行的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明控制原理結構簡圖。
【具體實施方式】
[0016]根據圖1所示，本發明所述一種級聯型DSTATCOM裝置的功率單元直流側電壓穩定控制方法，它由於三相結構對稱，這裡僅以一相為例，由N個功率單元組成。
[0017]裝置功率單元採用AC-DC-AC的變流器結構形式，包括四象限整流器、直流電容C以及H橋逆變器，其中:直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網，四象限整流器結合直流電容C為H橋逆變器提供了獨立的直流電源；直流電容C右側為H橋逆變器，各單元H橋逆變器級聯後通過電抗Zs連接電網。
[0018]具體實施步驟。
[0019](I)主控制系統實時採集負載電流，從負載電流中分離出負序電流分量，並轉換折算成各單元對應傳輸有功功率的直流電流。[0020](2)將(I)中直流電流信息通過光纖實時發送至各底層控制單元。
[0021](3)各單元底層控制器在常規的直流電壓閉環控制的基礎上，將該直流電流加入控制迴路，即電流前饋控制。
【權利要求】
1.一種直流側電壓穩定控制方法，其特徵在於:其級聯型DSTATCOM裝置功率單元採用AC-DC-AC的變流器結構形式，包括四象限整流器、直流電容C和H橋逆變器，所述直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網，四象限整流器結合直流電容C為H橋逆變器提供了獨立的直流電源，直流電容C右側為H橋逆變器，各單元H橋逆變器級聯後通過電抗Zs連接電網，裝置控制系統包括主控制系統和底層控制系統，所述底層控制系統包括整流控制模塊和逆變控制模塊，所述整流控制模塊負責四象限整流器的控制並包括直流側電壓的穩定控制。
2.根據權利要求1所述的直流側電壓穩定控制方法，其特徵在於:所述各單元直流電壓控制，在常規的直流電壓閉環控制的基礎上，加入電流前饋控制，該前饋電流信息取自主控制系統。
3.根據權利要求1所述的直流側電壓穩定控制方法，其特徵在於:主控制系統實時採集三相負載電流，從負載電流中分離出負序電流分量，並轉換折算成各單元直流電流，該直流電流即前饋電流。
4.根據權利要求3所述的直流側電壓穩定控制方法，其特徵在於:將前饋電流信息實時發送至底層控制單元，主控制 系統與底層控制系統採用光纖通信模式。
【文檔編號】H02M5/44GK103904908SQ201210583782
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】許杏桃, 許勝 , 史明明, 陳群, 張正祥, 王益明, 任飛 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院, 江蘇安方電力科技有限公司