星形链式STATCOM的冗余容错控制算法

发布时间：2020-12-09 13:17

　　传统冗余容错控制方法在改变故障相位时,会引起非故障相变化并带来额外的干扰。为了减少故障保护对非故障相的影响,提高多电平级联STATCOM的可靠性,本文提出了一种优化的冗余容错控制算法。首先根据星形链式STATCOM的方程,研究了冗余容错与中性点偏移的定量关系并分析中性点偏移的影响;然后基于负序电流的闭环控制方法,提出了星形链式STATCOM的优化冗余容错控制算法;最后以仿真和实验验证,对比了传统算法和所提优化算法。实验结果表明,该优化算法改善了冗余容错过程中的暂态性能,将故障暂态电流的不平衡度降低2.4%,而稳态不平衡度仅增加1%;非故障模块电压波动下降13%。所提方法有效提高了STATCOM的可靠性,且在对于可靠性要求较高的高压大功率工业领域更为适用。 

【文章来源】：高电压技术. 2020年10期 第3398-3408页 北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

链式STATCOM的整体控制策略Fig.2ControldiagramofcascadedSTATCOM

u分别为3条换流链的调制波，*aiu、*biu和*ciu分别为3条换流链第i个模块的调制波。图2(a)仅包括电网的正序dq轴电压为sdu和squ。图2(b)负序dq轴电压为sdu和squ，正序dq轴电流为di和q+i，负序dq轴电流为di和qi，*abc+u和*abcu分别是正序调制波和负序调制波。3.3两种冗余容错算法的直流电压和链节均压控制在A相发生冗余容错后，功率模块数会减少，因此直流电压控制、链节均压控制参数都要相应调整，对应图3。故障前，直流电压参考值*dcu等于额定电压dcu，三相平均电压都接近额定电压dcu，初始调制度a(peak)a0dcumNu。故障后旁路掉M个模块，直流电压来不及改变，调制度a0amNmNM。本文所提冗余容错控制，将*dcu抬升至dc33NuNM，故障A相的平均电压dcau抬升至dcNuNM，非故障相B、C相电压不变，从而引起平均电压dc_avu、模块电压dca_iu跟随改变。故障后，最终故障相模块电压抬升，非故障相电压不变，调制度接近于故障前。3.4所提冗余容错算法的载波移相控制以每相5个模块的换流链为例，说明载波移相的冗余容错控制。链式STATCOM无故障时，相邻功率模块的载波间隔时间为Ts，见图4(a)。当第5个子模块发生故障后，如果不采取控制，则其余子模块的载波相位变为图4(b)，此时载波的间隔时间不一致，电压将产生畸变。因此冗余容错控制时，在载波周期不变的前提下调整所有非故障子模块的载波相位，使其平均分配于载波周期中，如图4(c)。图2链式STA

为nnnncos()sin()dqiIiI(14)代入式(14)，可得b_pnc_pna_pnb_pnc_pn223()3dqpppippi(15)考虑到有功功率增大，换流链电压升高，功率减小，有功功率减小，换流链电压降低，则a_pn1cab_pn1cbc_pn1ccpKupKupKu(16)式中1K0为增益。因此结合式(5)中功率模块电压与有功功率的关系，可得a_pndcab_pndcbc_pndccpupupu(17)结合式(15)，设计负序电流的闭环控制见图5。4仿真和实验4.1测试验证方案星形链式STATCOM的实验装置见图6。本文中仿真和实验验证中的设备参数如表1所示。子模块A5是指A相第5个模块，为仿真和实验中任意选定的，其他模块结果类似。一般而言，图4冗余容错的载波移相控制Fig.4RedundantcontrolofCPS-PWM图5链式STATCOM的电路模型Fig.5CircuitmodelofcascadedSTATCOM图6链式STATCOM的实验设备Fig.6TestequipmentsofcascadedSTATCOM表1星形链式STATCOM的主要参数Table1MainparametersofcascadedSTATCOMwithstarconnection参数名符号数值备注电网额定电压/Vus380有效值H桥额定电压/Vudc36100V电容电感/mHL6额定电流/AIrate20峰值换流链模块数N12H桥IGBT额定电压/VVIGBT600H桥IGBT额定电流/AIIGBT30H桥电容容值/μFC04000H桥电阻/RL50旁路开关延时/msTd<10典型值

【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑电网不对称故障的链式STATCOM并网点电压前馈策略[J]. 余攀,孙建军,查晓明,杨勇,王朝亮,许烽.  高电压技术. 2019(10)
[2]大功率链式STATCOM电磁暂态快速等效建模和误差评估[J]. 张扬,万安平.  电力自动化设备. 2019(03)
[3]基于平均模型的高压链式STATCOM功率模块直流电压失控机理[J]. 张扬,万安平,杨小品.  高电压技术. 2019(07)
[4]链式静止同步补偿器预充电稳压方法[J]. 孙永恒,王森,陆道荣,姚建辉,胡海兵.  电力系统自动化. 2017(04)
[5]±100Mvar高压STATCOM直接电流分相谐振控制参数整定方法及RTDS仿真实验[J]. 张扬,常亮,杨小品.  电力系统保护与控制. 2016(15)
[6]基于负序电流前馈的星型链式STATCOM链间均压策略[J]. 冯宇鹏,王先为,吴金龙,王林,左广杰,潘爱强.  电网技术. 2016(05)
[7]链式STATCOM负序电流补偿能力分析[J]. 董亮,李文可,温传新,侯凯,俞拙非,吕宏水.  电力系统自动化. 2015(23)
[8]提高链式STATCOM非对称故障运行能力的控制方法[J]. 林建熙,袁志昌,杨银国,易杨.  电力自动化设备. 2015(12)
[9]±200 Mvar链式静止同步补偿器保护功能设计[J]. 张言权,刘洋.  电力系统自动化. 2015(20)
[10]三角形连接链式STATCOM三倍频环流优化研究[J]. 宋强,魏伟,黎小林,许树楷,刘文华.  电网技术. 2015(08)



本文编号：2906919