CN103457273A - 一种基于pam+pwm调制的静止同步补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静止同步补偿器，其包括一PAM单元与一PWM单元，所述PAM单元由四个H桥级联形成的，所述PAM单元采用基频优化PAM方法使输出阶梯波逼近正弦波，所述PWM单元包括一与所述PAM单元串联的H桥，PWM单元采用跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制；同时提供了一用于对该静止同步补偿器的等效电路模型的时变参数进行修正的控制器。本发明采用PAM+PWM进行调制提高了装置输出电流的质量；同时考虑开关器件和直流侧电容的影响，建立了更为准确的数学模型。

Description

一种基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器

技术领域

本发明涉及电力静止同步补偿器电能质量无功补偿中的一种静止同步补偿器，特别是涉及一种基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器及其时变参数修正方法。

背景技术

静止同步补偿器(STATCOM)通过对无功进行补偿，能够提高静止同步补偿器功率因数、减少功率损耗、提高供电质量。其中，级联SVG因功率容量大、开关频率低、输出谐波小、响应速度快等优点在高压大容量场合得到越来越广泛的应用。

级联STATCOM在调制方法上分为脉冲幅值调制(PAM)和脉冲宽度调制（PWM）。PAM调制是通过选取开关角度以减小低次谐波、使总谐波畸变率最小的调制方法，其开关损耗较小但输出电压谐波含量较大。PWM调制方法通过比较调制波与载波，控制开关器件通断，实现电压输出，其开关损耗较大而谐波含量较小。由于PAM+PWM调制方案中需要大量IGBT开关器件以及大电容，这些器件将引入较大的损耗，从而使静止同步补偿器呈现非线性。现有的控制方法不能抵消这种非线性而达到精确控制的目的。

发明内容

本发明提供了一种静止同步补偿器，其包括一PAM单元与一PWM单元；

所述PAM单元由四个H桥级联形成的，所述各H桥都工作于基频开关频率下，所述PAM单元采用基频优化PAM方法使输出阶梯波逼近正弦波；

所述PWM单元包括一与所述PAM单元串联的H桥，所述PWM单元对所述PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，PWM单元采用跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。

较佳地，其与一控制器连接，所述控制器用于建立所述静止同步补偿器的等效电路模型，所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功功率输出并对根据所述无功功率输出修正所述等效电路模型的时变参数。

较佳地，所述控制器完成所述时变参数修正过程包括：

将所述控制器与所述静止同步补偿器的无功功率输出端连接；

在所述控制器内建立该静止同步补偿器的等效电路模型，并根据该等效电路模型建立数学模型

其中，Q_c表示该静止同步补偿器输出的实际无功功率，U_S表示该静止同步补偿器的静止同步补偿器电压，表示该静止同步补偿器中与电流成正比的那一部分等效损耗，

表示该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那部分等效损耗，δ表示静止同步补偿器的功角；

所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功输出功率并通过所述数学模型得到时变参数的实时值，从而修正所述等效电路模型的时变参数。

较佳地，

所述静止同步补偿器的功角δ由

经过计算得到,式中，Q代表静止同步补偿器输出的无功功率，U_S表示***电压，R_i为稳态时该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那一部分等效损耗，U_b为稳态时该静止同步补偿器中与电流成正比的那部分等效损耗。

较佳地，所述时变参数为R_i和U_b。

本发明提供的静止同步补偿器采用PAM+PWM相对PWM开关损耗较小，相对PAM有效地降低了电压电流畸变率，提高装置输出电流的质量；同时考虑开关器件和直流侧电容的影响，建立了更为准确的数学模型；并且在数学模型的基础上采用自适应逆控制的方法对时变参数进行修正，使模型对参数变化的适应能力增强。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的静止同步补偿器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的静止同步补偿器的等效电路模型示意图；

图3是本发明实施例提供的等效电路模型的工作向量图；

图4是本发明实施例提供的含控制器的静止同步补偿器的结构示意图。

具体实施例

如图1所示，本实施例提供了一种静止同步补偿器，其包括一PAM单元与一PWM单元；

所述PAM单元由四个H桥级联形成的，所述各H桥都工作于基频开关频率下，所述PAM单元采用基频优化PAM方法使输出阶梯波逼近正弦波；

所述PWM单元包括一与所述PAM单元串联的H桥，所述PWM单元对所述PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，PWM单元采用跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。

本实施例提供的每个H桥有一个独立电容。四个H桥级联构成PAM单元，每个H桥有+E、0、-E(E为每个电容的电压值)三个电平，即四个H桥级联可以得到9个电平。PAM工作在基频开关频率，降低了开关损耗。第五个H桥采用PWM调制，采用电流直接控制法对无功电流进行跟踪控制，提高了控制精度和响应速度。由于PWM调制过程中对谐波进行补偿，所以有效的降低输出电流谐波畸变率。本发明提出的PAM+PWM方法综合了两者的优点，能够兼顾开关损耗和输出电流谐波含量，并且提高了装置控制精度和响应速度。

实施例二

本实施例提供了一种控制器，该控制器与实施例一中的静止同步补偿器的无功功率输出端连接，所述控制器用于建立所述静止同步补偿器的等效电路模型，所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功功率输出并对根据所述无功功率输出修正所述等效电路模型的时变参数；

所述控制器完成所述时变参数修正过程包括：

将所述控制器与所述静止同步补偿器的无功功率输出端连接；

在所述控制器内建立该静止同步补偿器的等效电路模型，将IGBT的开关损耗以及电容充放电的损耗进行计算后，分别等效为与静止同步补偿器电流成正比的部分以及与静止同步补偿器电流的平方成正比的部分，得到该等效电路模型如图2所示，其中，U_S表示静止同步补偿器的***电压，X表示连接电抗，R_i为稳态时该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那一部分等效损耗，U_b为稳态时该静止同步补偿器中与电流成正比的那部分等效损耗，I表示主电路电流，I_I表示静止同步补偿器注入的电流，U_I表示静止同步补偿器注入的电压。当静止同步补偿器工作在稳态时，对图2进行了分析从而得到了静止同步补偿器如图3所示的向量图，由向量图进行数学推导而得到静止同步补偿器的有功功率和无功功率公式：

$P=\frac{U_S^2\sin \mathrm{\δ}-U_S{U}_b}{R_i}\sin \mathrm{\δ}$

$Q=\frac{U_S^2\sin \mathrm{\δ}-U_S{U}_b}{R_i}\cos \mathrm{\δ}$

由

又在此静止同步补偿器中δ大小接近于0，因此有cosδ≈1，从而近似得到此处R_i为稳态时该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那一部分等效损耗，U_b为稳态时该静止同步补偿器中与电流成正比的那部分等效损耗；

再经过反变换得到数学模型

$\mathrm{\δ}=\arcsin [(Q_c{\hat{R}}_i+U_s{\hat{U}}_b)/U_s^2];$ 其中，Q_c表示该静止同步补偿器输出的实际无功功率，U_S表示该静止同步补偿器的静止同步补偿器电压，表示该静止同步补偿器中与电流成正比的那一部分等效损耗，表示该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那部分等效损耗，δ表示静止同步补偿器的功角；图4是本发明实施例提供的含控制器的静止同步补偿器的结构示意图，其中Q_ref为参考无功功率。

所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功输出功率并通过所述数学模型得到时变参数的实时值，从而修正所述等效电路模型的时变参数R_i和U_b。

本实施例中，静止同步补偿器的功角δ通过参考无功功率计算得到的。

本发明提供的静止同步补偿器采用PAM+PWM相对PWM开关损耗较小，相对PAM有效地降低了电压电流畸变率，提高装置输出电流的质量；同时考虑开关器件和直流侧电容的影响，建立了更为准确的数学模型；并且在数学模型的基础上采用自适应逆控制的方法对时变参数进行修正，使模型对参数变化的适应能力增强。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种一种基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器，其特征在于，包括一PAM单元与一PWM单元；

所述PAM单元由四个H桥级联形成的，所述各H桥都工作于基频开关频率下，所述PAM单元采用基频优化PAM方法使输出阶梯波逼近正弦波；

所述PWM单元包括一与所述PAM单元串联的H桥，所述PWM单元对所述PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，PWM单元采用跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。

2.如权利要求1所述的基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器，其特征在于，其与一控制器连接，所述控制器用于建立所述静止同步补偿器的等效电路模型，所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功功率输出并对根据所述无功功率输出修正所述等效电路模型的时变参数。

3.如权利要求2所述的基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器，其特征在于，所述控制器完成所述时变参数修正过程包括：

将所述控制器与所述静止同步补偿器的无功功率输出端连接；

在所述控制器内建立该静止同步补偿器的等效电路模型，并根据该等效电路模型建立数学模型

其中，Q_c表示该静止同步补偿器输出的实际无功功率，U_S表示该静止同步补偿器的静止同步补偿器电压，

表示该静止同步补偿器中与电流成正比的那一部分等效损耗，表示该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那部分等效损耗，δ表示静止同步补偿器的功角；

所述控制器接收所述静止同步补偿器的无功输出功率并通过所述数学模型得到时变参数的实时值，从而修正所述等效电路模型的时变参数。

4.如权利要求3所述的基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器，其特征在于，所述静止同步补偿器的功角δ由

经过计算得到,式中，Q代表静止同步补偿器输出的无功功率，U_S表示***电压，R_i为稳态时该静止同步补偿器中与电流平方成正比的那一部分等效损耗，U_b为稳态时该静止同步补偿器中与电流成正比的那部分等效损耗。

5.如权利要求3所述的基于PAM+PWM调制的静止同步补偿器，其特征在于，所述时变参数为R_i和U_b。

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