CN111293704B - 星型链式statcom的分相控制方法以及*** - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种星型链式STATCOM的分相控制方法及***。其中，该方法包括：基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式静止同步补偿器的中性点电压；基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量并计算负载无功和负序电流；基于预设谐振控制器分别控制单相交流电电流；基于二阶广义积分器的锁相环分别获取单相交流电电压相位；分别沿单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制，完成星型链式STATCOM的分相控制。本公开无需复杂的坐标变换及电流解耦控制，无需复杂的零序电压或负序电压计算，可自动适应电网电压不平衡和负载不平衡工况，通过分相控制较好地实现了各链节单元的电容电压的均衡。

Description

星型链式STATCOM的分相控制方法以及***

技术领域

本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种星型链式STATCOM的分相控制方法及***。

背景技术

静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)作为解决电力***和电力用户端电能质量的有效手段之一，目前应用越来越广泛。其中链式静止同步补偿器具有无需变压器、模块化程度高、易于扩展、容错能力强、输出波形好、运行范围宽、调节速度快等优点，特别适用于中高压大功率***的无功补偿。根据连接方式不同，分为星型和三角型两种拓扑。在相同电压等级下，星型拓扑相电压要求低，级联单元数目少，在成本上具有一定优势。

链式静止同步补偿器由于各链节单元的电容独立，存在电容电压均衡的问题。特别在不平衡工况下，三相之间的功率不一致，会使电容电压持续偏差，最终导致***无法运行，故需进行电容电压的均衡控制。目前链式静止同步补偿器的控制策略主要是在dq或αβ坐标系下，采用“电压定向解耦控制+相间控制+相内控制“进行控制。在正常工况下，采用dq旋转坐标系下的电压前馈解耦控制，为了保持相间电容电压平衡，相间控制采用PI控制实现相间平衡，但该方法容易使三相输出电流不平衡；另一种形式的相间控制采用两相坐标系变换计算得到零序电压，但该控制方法不适用于不平衡工况。在不平衡负载情况下，通过注入负序电压实现相间电容电压的平衡，但该方法会对电网电流注入负序电流；在不平衡电网工况下，通过注入零序电压实现相间电容电压的平衡，但零序电压计算复杂；综合零序电压和负序电压两种控制策略，根据实际工况进行切换，增大了***的复杂性。

由上述现有技术可知，“电压定向解耦控制+相间控制+相内控制“的控制需要进行坐标变换，相间、相内控制控制复杂，特别在不平衡工况下，需要注入零序电压或负序电压，计算更加复杂。

因此，需要一种或多种方法解决上述问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种星型链式STATCOM的分相控制方法、***、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种星型链式STATCOM的分相控制方法，包括：

中性点电压计算步骤，基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

负载电流检测步骤，根据解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

交流电流控制步骤，基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

分相锁相步骤，基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

相内均衡控制步骤，分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，并生成相内调整信号；

分相控制步骤，基于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，根据负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

基于星型链式STATCOM主电路拓扑，根据基尔霍夫电压定律，建立三相坐标下的电压方程，并根据所述电压方程，得出中性点电压计算公式。

在本公开的一种示例性实施例中，所述中性点电压计算步骤还包括：

基于预设三相电压调制信号u_ra、u_rb、u_rc及三相电网电压e_sa、e_sb、e_sc，根据中性点电压计算公式计算星型链式STATCOM的中性点电压。中性点电压计算公式为：

在本公开的一种示例性实施例中，所述负载电流检测步骤还包括：

基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，去除所述补偿电流的正负序分量的正序有功分量，并通过对正负序电流进行反变换后相加得到三相坐标系下的无功和负序电流的补偿量i_ca ^*、i_cb ^*、i_cc ^*。

在本公开的一种示例性实施例中，所述交流电流控制步骤还包括：

基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流，所述预设谐振控制器的传递函数为

其中，K_P为调节器比例系数；K_R为谐振系数；ω₀为***谐振角频率；ω_c为调节器的带宽角频率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括，基于不平衡工况导致的三相间功率差异分析分相电路相间直流电容电压自适应均衡机理，得出功率平衡方程：

在本公开的一个方面，提供一种星型链式STATCOM的分相控制***，包括：

中性点电压计算模块，用于基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

负载电流检测模块，用于基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

交流电流控制模块，用于基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

分相锁相模块，用于基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

相内均衡控制模块，用于分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制；

分相控制模块，用于基于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，基于负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

本公开的示例性实施例中的星型链式STATCOM的分相控制方法，基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式静止同步补偿器的中性点电压；基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量并计算负载无功和负序电流；基于预设谐振控制器分别控制单相交流电电流；基于二阶广义积分器的锁相环分别获取单相交流电电压相位；分别沿单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制，完成星型链式STATCOM的分相控制。本公开无需复杂的坐标变换及电流解耦控制，无需复杂的零序电压或负序电压计算，可自动适应电网电压不平衡和负载不平衡工况，通过分相控制较好地实现了各链节单元的电容电压的均衡。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的流程图；

图2示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的链式STATCOM主电路拓扑图；

图3示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的单相控制框图；

图4示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的中性点电压计算框图；

图5示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的无功和负序电流检测框图；

图6示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的PR电流控制框图；

图7示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的SOGI-PLL分相锁相控制框图；

图8示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的相内直流侧电容电压控制框图；

图9示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的链式STATCOM控制策略总框图；

图10示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的在平衡工况下仿真波形图；

图11示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的在负载不平衡工况下仿真波形图；

图12示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的在电网及负载不平衡工况下仿真波形；

图13示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的在电网含零序分量及负载不平衡工况下仿真波形；

图14示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制***的示意框图；

图15示出了根据本公开一示例性实施例的星型链式STATCOM的分相控制方法的单相等效H桥简化电路图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、***、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、***、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器***和/或微控制器***中实现这些功能实体。

在本示例实施例中，首先提供了一种星型链式STATCOM的分相控制方法；参考图1中所示，该星型链式STATCOM的分相控制方法可以包括以下步骤：

中性点电压计算步骤S110，基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

负载电流检测步骤S120，根据解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

交流电流控制步骤S130，基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

分相锁相步骤S140，基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

相内均衡控制步骤S150，分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，并生成调整信号；

分相控制步骤S160，基于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，根据负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

本公开的示例性实施例中的星型链式STATCOM的分相控制方法，基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式静止同步补偿器的中性点电压；基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量并计算负载无功和负序电流；基于预设谐振控制器分别控制单相交流电电流；基于二阶广义积分器的锁相环分别获取单相交流电电压相位；分别沿单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制，完成星型链式STATCOM的分相控制。本公开无需复杂的坐标变换及电流解耦控制，无需复杂的零序电压或负序电压计算，可自动适应电网电压不平衡和负载不平衡工况，通过分相控制较好地实现了各链节单元电容电压的均衡。下面，将对本示例实施例中的星型链式STATCOM的分相控制方法进行进一步的说明。

在中性点电压计算步骤S110中，可以基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压。

在本示例的实施例中，所述方法还包括：

基于链式STATCOM主电路拓扑，根据基尔霍夫电压定律，建立三相坐标下的电压方程，并根据所述电压方程，得出中性点电压计算公式。

在本示例的实施例中，如图2所示为链式STATCOM主电路拓扑，其链节单元为H桥电路，每相由n个相同的链节单元串联组成，三相之间采用星型接法连接，通过电感与电网连接。调节并网电流来实现无功补偿功能。图中，输入三相电网电压为e_sa、e_sb、e_sc；三相级联H桥输出电压为u_ca、u_cb、u_cc；补偿电流为i_ca、i_cb、i_cc；链节单元直流母线电压为u_{dc_xn}(x＝a，b，c；n＝1，2，3，…，N)；链节单元直流母线电容为C_dc；连接电感为L_a、L_b、L_c，电感内阻为R_a、R_b、R_c。

在图2中，考虑到作为基准的正序电压的初相角为零，不平衡电网电压用相量的极坐标形式可表示为

其中，E₊、E_-分别为电网电压正、负序分量的有效值，θ_u-为电网负序电压的初相角。

同理，补偿电流也可以表示为

其中，I₊、I_-分别为补偿电流正序、负序分量的有效值，θ_i+、θ_i-分别为电网正序、负序电流的初相角。

各相的平均功率为

上式中，等式右边第一项正序电压和正序电流、第二项负序电压和负序电流产生的三相一致的有功功率，不影响三相间功率平衡；第三项正序电压和负序电流、第四项负序电压和正序电流产生的三相有功功率之和为零，不影响总功率输出，但三相间有功功率不一致，影响三相之间的功率输出。由上述功率分析可知，三相的平均功率不一致，即三相吸收电网的功率不一致，会引起三相间直流母线电压失衡，从而影响链式STATCOM的正常运行。为了实现三相之间直流侧电压的平衡，三相间有功功率需要进行相间均衡控制，使三相间有功功率保持一致。

基于中性点电压解耦的分相电路，根据基尔霍夫电压定律，建立三相abc坐标系下的电压方程

根据星型结构中三相电流之和为零，即i_a+i_b+i_c＝0，可推导出中性点电压公式：

在本示例的实施例中，所述中性点电压计算步骤还包括：

基于预设三相电压调制信号u_ra、u_rb、u_rc及三相电网电压e_sa、e_sb、e_sc，根据中性点电压计算公式

计算星型链式STATCOM的中性点电压。

在本示例的实施例中，所述方法还包括，基于不平衡工况导致的三相间功率差异分析分相电路相间直流电容电压自适应均衡机理，得出功率平衡方程：

在本示例的实施例中，独立的三个单相电路分别对直流电压进行稳定控制时，由于相内均衡控制使三相各自相内链节电压相同。因此，仅考虑三相间差异时，有各相内各链节占空比相等，三相之间占空比不一致，dx表示各相链节占空比的周期平均值，即

d_x1＝d_x2＝...＝d_xN＝d_x(x＝a，b，c；d_a≠d_b≠d_c)2)各相内各链节损耗相同，三相之间损耗不一致，R_x表示各相链节的开关损耗和电容损耗等的总损耗，即

R_x1＝R_x2＝...＝R_xN＝R_x(x＝a，b，c；R_a≠R_b≠R_c)3)各相内链节电容电压相同，三相之间链节电容电压不一致，

表示各相链节电容电压的平均值，即

式中，

则建立三相开关周期平均模型为

上式中所有标有“-”的变量，表示为该变量的周期平均值。

直流侧电容电压周期平均模型为

式中，

为反向叠加中性点电压后各相调制电压的周期平均占空比。

以a相为例，将单相级联结构等效为单H桥结构电路如图15所示。

将上式两边乘

则得到功率平衡方程为

由上式可知，等式右边第一项为实现各相总直流侧电压平衡的主要调节占空比；第二项为三相占空比耦合项，这项也是三相间功率互流的通道，在不平衡工况下，通过自适应微调三相的占空比来改变中性点电压，实现三相之间的有功功率自动分配，达到相间有功功率的均衡，从而保证各相总直流母线的平衡；第三项为电网电压零序电压项，当电网电压存在零序电压时，通过该项可实现零序电压前馈控制。

在本示例的实施例中，由上述公式可知，星型结构存在中性点，三相之间存在耦合。将三相电压同时偏移中性点电压u_no，则可将三相电压解耦为三个单相电路，采用单相电路控制策略如图3所示。

图3中各相直流电容电压之和∑u_{dc_xn}与给定电压u_d ^*比较经过PI调节器生成各相有功电流幅值，再与各相的相位θ_x乘积得到有功电流给定，主要稳定各相的电容电压。有功给定电流加上检测到的补偿电流i_x ^*得到总给定电流，与各相反馈电流i_cx比较经过电流调节器生成控制信号，根据模型可以加上相电压e_sx及中性点电压u_no得到各相的中性点电压调制信号u_rx，相电压e_sx是电网电压前馈，可抵消电网电压扰动，提高STATTCOM对电网的抗扰动能力。最后叠加上相内各单元的调整量△u_xn，生成各单元的中性点电压调制信号u_rxn，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的IGBT。其中，分相控制主要包括中性点电压计算、负载补偿电流检测、交流电流控制、分相锁相及相内电压均衡控制。

在本示例的实施例中，中性点电压u_no不能直接通过采样方法获得，可通过公式

计算得到。但三相输出电压u_an、u_bn、u_cn为PWM波，也不易采样获取。为了简便，可以通过生成的三相电压调制信号u_ra、u_rb、u_rc来近似计算中性点电压，计算框图如图4所示。

在负载电流检测步骤S120中，可以基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流。

在本示例的实施例中，基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，去除所述补偿电流的正负序分量的正序有功分量，并通过对正负序电流进行反变换后相加得到三相坐标系下的无功和负序电流的补偿量i_ca ^*、i_cb ^*、。

在本示例的实施例中，本控制主要应用于配电网***，对无功和负序电流进行综合补偿，因此需检测负载的无功和负序电流。可采用基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取方法，快速准确的获取补偿电流的正负序分量。去除正序有功分量后，对正负序电流进行反变换后相加得到三相坐标系下的无功和负序电流的补偿量i_ca ^*、i_cb ^*、i_cc ^*，其框图如图5所示。

在交流电流控制步骤S130中，可以基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流。

在本示例的实施例中，所述交流电流控制步骤还包括：

基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流，所述预设谐振控制器的传递函数为

其中，K_P为调节器比例系数；K_R为谐振系数；ω₀为***谐振角频率；ω_c为调节器的带宽角频率。

在本示例的实施例中，经过中性点电压解耦之后，星型结构等效为三个单相电路，电流为三个单相交流电。根据内模控制原理，比例谐振控制器(PR)可以实现交流信号的无静差跟踪，因此采用PR调节器进行电流控制。为了避免无穷大增益引起的稳定性问题，保证对电网有一定适应性，采用一种准PR调节器，其传递函数为

上式中，K_P为调节器比例系数；K_R为谐振系数；ω₀为***谐振角频率；ω_c为调节器的带宽角频率，有助于提高对微小频率变化的鲁棒性。电流控制的控制框图如图6所示。

在分相锁相步骤S140中，可以基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位。

在本示例的实施例中在电网电压不平衡的工况下，三相电压之间的相位会发生变化，因此需要分别对各相的电网电压进行独立锁相，确定各自的相位。单相***中，为了更好地适应电网扰动和谐波的场合，采用动态性能好，且易于设计实现的基于二阶广义积分器的锁相环(SOGI-PLL)进行锁相控制，其结构框图如图7所示。

在相内均衡控制步骤S150中，可以分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制。

在本示例的实施例中，每相内各链节单元由于损耗、调制延时等因数使自身损耗不一样，从而导致相内有功功率分配不均引起各链接单元的电容电压产生偏差。若不加控制，损耗低于平均有功功率的链节单元电容电压会一直上升，反之，链节单元电容电压会下降，从而增加输出电压的谐波，严重的使装置无法工作。因此，需要对各相内的各链节单元的直流侧电容电压进行控制，保证各链节单元的电容电压均衡。最简单的方法是沿各相输出电流方向调整输出电压，这样可以最快的使相内各链节单元电容平衡。相内控制框图如图8所示。

在分相控制步骤S160中，可以基于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，基于负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

在本示例的实施例中，如图9所示为链式STATCOM控制策略总框图，根据所示控制策略进行仿真实验，仿真参数可以如表1所示：

参数名	参数值
		额定容量	5kVA
额定线电压有效值	144V
		级联数目	3
电网侧电感	1.5mH
		直流侧额定电压	48V
直流侧电容	4.7mF
		PWM载波频率	2KHz
等效载波频率	12KHz

表1

仿真条件为：在***平衡工况下，0.1s启动STATCOM进行无功补偿；0.2s负载变为不平衡负载，0.4s电网变为不平衡电压，0.6s不平衡电网注入零序电压，综合补偿无功及负序电流。

在本示例的实施例中，如图10所示为0.1s启动STATCOM在平衡工况下(a)电网电压、电网电流(b)负载电流(c)指令电流及补偿电流(d)中性点电压(e)三相直流侧电容电压的波形。图10(a)可见0.1s后电网电流和电网电压同相位，实现了无功补偿功能；图10(b)可见负载电流是平衡的；图10(c)可知实际补偿电流很好地跟踪了给定电流指令，PR调节器性能良好；图10(d)为补偿的中性点电压；图10(e)中三相直流侧电容电压稳定在给定电压48V左右，均压控制良好。

在本示例的实施例中，如图11为0.2s后负载切换为不平衡负载时(a)电网电压、电网电流(b)负载电流(c)指令电流及补偿电流(d)中性点电压(e)三相直流侧电容电压的波形。图11(a)可见在负载不平衡工况下，电网电压与电流还是同相位，且电流为对称波形，对负序电流进行了补偿，很好的适应了不平衡负载的控制；图11(b)可见负载电流变为不平衡电流，含负序电流，相应的图11(c)中的补偿电流也变为不平衡，无功和负序电流跟踪效果较好；图11(d)中性点电压也随之进行调整；图11(e)三相直流侧电容电压稳定在给定电压48V左右，说明通过中性点电压调整较好地实现了三相间有功功率分配。

在本示例的实施例中，如图12为0.4s后电网电压切换为不平衡电网时(a)电网电压、电网电流(b)负载电流(c)指令电流及补偿电流(d)中性点电压(e)三相直流侧电容电压的波形。图12(a)可见在负载不平衡且电网不平衡工况下，电网电压与电流还是同相位，且电流为对称波形，在负序电压的影响下，对负序电流进行了补偿，很好地适应了不平衡电网的控制；图12(b)可见在负序电压的影响下，负载不平衡电流发生变化，相应的图12(c)中的补偿电流也变化，在电网不平衡下无功和负序电流跟踪效果较好；图12(d)电网不平衡后中性点电压随之进行了调整；图12(e)三相直流侧电容电压稳定在给定电压48V左右，说明在电网及负载不平衡下，通过中性点电压调整较好的实现了三相间有功功率分配。

在本示例的实施例中，如图13为0.6s后不平衡电网电压注入了零序电压时(a)电网电压、电网电流(b)负载电流(c)指令电流及补偿电流(d)中性点电压(e)三相直流侧电容电压的波形。图13(a)可见在负载不平衡、电网不平衡且含零序电压工况下，电网电压与电流还是同相位，很好的适应了含零序电压不平衡电网的控制；图13(b)中负载不平衡电流未改变，相应的图13(c)中的补偿电流也未改变，可见零序电压不影响负载电流，在含零序电压的电压不平衡下无功和负序电流跟踪效果较好；图13(d)含零序电压电网不平衡后中性点随之进行了调整；图13(e)三相直流侧电容电压稳定在给定电压48V左右，说明在含零序电网不平衡下，通过中性点电压调整较好的实现了三相间有功功率分配。

在本示例的实施例中，综合上述仿真结果，说明分相控制的链式STATCOM***能够在不平衡工况下，有效地补偿电网所需的无功功率及负序电流。该控制策略能够在不平衡工况下有效地进行无功、负序电流的补偿，且具备自动适应不平衡工况的能力；与传统控制的方法相比控制结构简单，在不平衡工况下无需复杂计算。该控制策略也可以应用于相同结构的链式储能***。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

此外，在本示例实施例中，还提供了一种星型链式STATCOM的分相控制***。参照图14所示，该星型链式STATCOM的分相控制***1400可以包括：中性点电压计算模块1410、负载补偿电流检测模块1420、交流电流控制模块1430、分相锁相模块1440、相内均衡控制模块1450以及分相控制模块1460。其中：

中性点电压计算模块1410，用于基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

负载补偿电流检测模块1420，用于基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

交流电流控制模块1430，用于基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

分相锁相模块1440，用于基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

相内均衡控制模块1450，用于分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，实现相内均衡控制；

分相控制模块1460，用于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，基于负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

上述中各星型链式STATCOM的分相控制***模块的具体细节已经在对应的星型链式STATCOM的分相控制方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了星型链式STATCOM的分相控制***1400的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (7)

1.一种星型链式STATCOM的分相控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

根据解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，并生成相内调整信号；

基于所述中性点电压生成中性点电压调制信号，根据负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于星型链式STATCOM主电路拓扑，根据基尔霍夫电压定律，建立三相坐标下的电压方程，并根据所述电压方程，得出中性点电压计算公式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压还包括：

基于预设三相电压调制信号u_ra、u_rb、u_rc及三相电网电压e_sa、e_sb、e_sc，根据中性点电压计算公式计算星型链式STATCOM的中性点电压，所述中性点电压计算公式为：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流，还包括：

基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，去除所述补偿电流的正负序分量的正序有功分量，并通过对正负序电流进行反变换后相加得到三相坐标系下的无功和负序电流的补偿量i_ca ^*、i_cb ^*、i_cc ^*。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，并生成调整信号以控制相内均衡，还包括：

基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流，所述预设谐振控制器的传递函数为

其中，K_P为调节器比例系数；K_R为谐振系数；ω₀为***谐振角频率；ω_c为调节器的带宽角频率。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，基于不平衡工况导致的三相间功率差异分析分相电路相间直流电容电压自适应均衡机理，得出功率平衡方程：

其中，C为链节单元直流母线电容值；N为各相链节单元数；

为各相链节电容电压的平均值之和；R_x为各相链节的开关损耗和电容损耗等的总损耗；d_x为各相链节占空比的周期平均值；

为三相电网电压周期平均值。

7.一种星型链式STATCOM的分相控制***，其特征在于，所述***包括：

中性点电压计算模块，用于基于预设三相电压调制信号及三相电网电压计算星型链式STATCOM的中性点电压；

负载电流检测模块，用于基于解耦双同步参考坐标系的正负序分量提取法获取补偿电流的正负序分量，并通过所述补偿电流的正负序分量计算负载无功和负序电流；

交流电流控制模块，用于基于预设谐振控制器分别控制所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电流；

分相锁相模块，用于基于二阶广义积分器的锁相环分别获取所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电电压相位；

相内均衡控制模块，用于分别沿所述星型链式STATCOM分相后的单相交流电输出电流方向调整输出电压，并生成调整信号；

分相控制模块，用于根据所述中性点电压生成中性点电压调制信号，根据负载电流生成控制信号，通过预设算法叠加所述中性点电压调制信号、控制信号及调整信号，生成分相控制信号，并以所述分相控制信号为输入，通过载波移相CPS-PWM生成PWM，驱动各链节单元的功率原件对星型链式STATCOM进行分相控制。

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