基于反馈型重复控制的STATCOM电流控制策略

在新能源及工矿等诸多应用领域,无功补偿和谐波抑制的需求往往同时存在,常规静止同步补偿器(STATCOM)+FC的补偿方式在经济性和技术性上难以满足要求。基于比例积分(PI)控制对直流量的零静差跟踪和重复控制器对周期性信号的高增益控制,提出了一种PI+反馈型重复控制的电流控制策略,实现了PI控制内环和重复控制外环在控制指令、控制量和响应时间上的解耦,获得了良好的阶跃响应和谐波补偿性能。该控制策略可通过准谐振型滤波器灵活提取网侧电流中的谐波,实现特定次谐波抑制。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

链式STATCOM的新型电流控制策略

针对分相电流控制的链式静止同步补偿器(STATCOM)的参考电压会引入零序分量的特点,提出一种基于坐标变换的链式STATCOM的电流跟踪控制方法。该方法将三相系统的各组交流变量变换为两相静止坐标系下的交流变量,并采用比例谐振(PR)控制器跟踪参考电流。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于电气阻尼计算的STATCOM次同步振荡控制器设计

文中提出了一种基于电气阻尼计算的STATCOM对次同步振荡的策略。首先推导了含STATCOM系统的简化电磁转矩和电气阻尼表达式,分析了STATCOM及其电压控制等对系统电气阻尼的影响。指出STATCOM的电压控制等可能会复杂化扭振频下的阻尼特性,给STATCOM的控制器设计带来困难。为此考虑各扭振频率的影响,以阻尼计算得到的补偿相位综合最优为目标,将控制器参数设计转化成一个优化问题并用遗传算法求解。最后用特征值计算和电磁暂态时域仿真验证了所设计控制器的有效性。     

三相PWM变换器相位补偿谐振控制策略

针对线性相位补偿重复控制不能对每一个谐波频率实现精确的超前相位补偿以及多谐振控制容易失稳问题,提出相位补偿谐振控制策略。借助于重复控制的相位补偿原理,阐明谐振控制的相位补偿原理,给出谐振控制系统和谐振控制环的稳定条件。所提出的控制策略能使谐振控制器对闭环系统在谐波频率处提供所需要的补偿相位,进而提高多谐振控制系统的稳定范围和跟踪精确度。提供一个三相PWM逆变器的应用实例验证所提方案的有效性。实验结果表明,采用所提出的控制方案控制的三相PWM逆变器,即使在整流器负载下和高次谐波谐振控制器嵌入的情况下,仍具有收敛速度快(0.15 s),控制误差小(±5 V(峰值)),鲁棒性好,能有效抑制输出电压中的特定次谐波。     

STATCOM附加电压控制抑制次同步谐振的理论和仿真

提出了应用静止同步补偿器(STATCOM)附加电压控制抑制电力系统次同步谐振(SSR)的控制策略,并详细分析了其作用机理。以某典型串联补偿输电系统为实例,通过电磁暂态仿真验证了该控制策略的有效性。与利用静止无功补偿器(SVC)进行SSR抑制方案的仿真比较表明,同等容量下,应用文中提出的附加电压控制策略的STATCOM对系统SSR的抑制效果优于SVC。该方法为解决国内外输电工程所面临的SSR问题提供了参考,也为STATCOM装置的推广应用提供了依据。     

基于复合控制的改进型级联STATCOM控制策略

作为当前广泛应用的无功补偿装置,静止同步补偿器(STATCOM)在进行无功补偿的同时,还可以实现对谐波及不对称分量的补偿功能。STATCOM进行多目标补偿时,比例积分(Proportion-Integral,PI)控制难以实现对谐波及不对称分量的无静差控制。为此,提出将一种改进型重复控制技术引入谐波及不对称分量的跟踪控制中,建立了基于重复控制和PI控制的复合控制器的模型,该控制器既可实现对直流信号的快速跟踪控制,又能显著加快对交流信号的响应速度。针对特征谐波的选择性补偿,采用dq坐标变换及递归傅立叶变换(DFT)相结合的电流检测方法。最后,基于多FPGA控制架构搭建了基于H桥的级联STATCOM仿真与实验平台,并通过仿真及实验来验证控制策略的合理性。     

配电静止同步补偿器补偿电流优化重复控制策略

比例—积分与重复控制相结合的电流控制策略可以有效地提高配电静止同步补偿器的无功功率和谐波补偿精度,并抑制装置自身由于死区、电网畸变等影响在输出电流中产生的低次谐波,由于传统重复控制器设计引入周期延时环节,导致装置动态时性能不佳,稳定性差。针对这一问题进行改进,提出基于误差调节及改进内模的优化重复控制,利用滞环比较器和衰减器构成误差调节器,在指令或负载切换等动态过程中,根据无功轴电流误差幅值对重复控制器输入信号进行动态调节,减小重复控制对比例—积分前馈通路的影响,并根据三相电网在同步旋转坐标系下谐波电流特性,采用改进内模减小周期延时,提高装置动态性能和稳定性。仿真和实验结果验证了提出方法的可行性和实用性。     

基于i_p-i_q算法的STATCOM补偿指令电流检测方法

随着静止无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的结构多重化,使得其负载电流测量点和补偿注入点因所处位置不同,从而产生较大的检测差异。针对上述问题,文中提出一种改进型ip-iq算法,分别从测量点和补偿点引入电压相位信息,通过设置相位补偿角和比例谐振(PR)控制器,消除因两处电压相位和幅值差异引起的检测误差,提高检测精度。理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于重复控制的DSTATCOM补偿电流控制

针对配电网负载多样、谐波污染严重的情况,为提高配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的无功补偿性能以及低次谐波抑制能力,提出比例积分(PI)与重复控制相结合的电流控制策略,利用PI控制器低频段优越的动态性能和鲁棒性,快速补偿基波无功,并利用重复控制器对周期信号的高跟踪精度,修正PI的谐波跟踪误差。频率特性分析表明,该控制策略可以有效消除传统PI控制在中频段的相位滞后,提高谐波补偿精度。为了提高装置补偿的灵活性和稳定性,通过谐振控制器构造带通滤波器,进行指令选择性提取,针对性补偿危害严重的特征次谐波,并避开系统谐振频率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

链式星形STATCOM补偿不平衡负载的控制策略

星形结构的链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)受限于三相输出电流之和等于零的约束条件,因此,在补偿不平衡负载时,必须注入零序电压,以强迫输出电流的相位与 STATCOM 相电压的相位相差90°。首先推导在补偿不平衡负载工况下所要添加的零序电压的数学公式,证明该工况下零序电压添加的必要性与唯一性;然后改进适用于补偿不平衡负载工况的目标电流提取方法,该方法能有效减少参考电流的二倍频分量。而且,提出的零序电压计算方法,无需对参考电流锁相,参考电流提取完毕后,即可计算出零序电压。给出基于经典控制理论在αβ静止坐标系下的参考电流跟踪控制策略。最后,仿真与实验结果验证了所提出方法的正确性。     

基于特征次谐波电流控制的STATCOM控制器仿真研究

针对目前静止同步补偿器(STATCOM)难控制、难指定特征次谐波的特点,提出了一种基于特征次谐波的电流解耦控制策略。该策略采用基于锁相环的单次谐波检测方法,将无功、有功解耦控制方法拓展应用到特征次谐波检测,从而可快速精确地检测出特征次谐波并进行补偿控制。仿真结果证明所提方法的正确性及有效性。     

基于频率自适应谐振控制器的静止无功发生器电流控制

为了提高静止无功发生器(SVG)的补偿性能、增强谐波抑制能力、拓宽补偿带宽,提出一种基于谐振控制器(RC)的电流控制策略。通过对基波无功和特定次谐波分别设置对应的RC,利用控制器在谐振频率点的无穷大开环增益,实现基波和谐波电流的无静差跟踪。通过数字信号处理芯片(DSP)实现控制功能,为了避免数字化过程引入的控制器性能偏差,直接在离散域进行控制器设计,并针对RC开环增益对电网频率敏感的特性,利用固定基波周期采样点数,实时调节采样周期的数字锁相环,保证控制器谐振频率实时跟踪电网频率变化,提高装置鲁棒性。实验结果验证了本文提出控制策略的有效性。     

基于模型预测和谐振调节器的PMSM电流控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)的控制性能,提出了一种基于模型预测控制(MPC)和谐振调节器的电流控制方法。首先,通过建立预测模型和滚动优化,设计PMSM电流预测控制器。然后,针对电流谐波造成的电机转矩脉动问题,在模型预测电流控制方法基础上引入了谐振调节器。实验结果表明,所提方法具有良好的电流动态性能和电流跟踪特性,且能有效地改善电流波形,减小转矩脉动。     

链式静止同步补偿器电流控制策略

在链式静止同步补偿器(static synchronous compen-sator,STATCOM)小信号交流模型的基础上,提出简化的STATCOM电流控制闭环系统;分别对典型Ⅰ型、典型Ⅱ型控制系统的电流调节器进行参数优化及比较,分析表明,对于电流阶跃响应,系统处于线性控制状态时超调量相对百分比不变,处于限幅非线性状态时超调量绝对值不变;采用比例调节器的典型I型系统稳态精度稍差,但动态控制精度较高,适合用于链式STATCOM工程装置;在a-b-c坐标系下仿真表明,应用优化设计的典型Ⅰ型系统控制参数,链式STATCOM输出电流可以快速跟踪参考值变化,具有良好的稳定性和跟踪精度。     

不平衡电网下基于降阶谐振器的双馈风电系统网侧变换器辅助控制策略

电网电压不平衡条件下,为了最大限度提升双馈发电系统综合运行能力,需考虑网侧变换器的辅助控制功能。本文提出一种采用降阶谐振器的电流控制方案,可实现以消除整个双馈发电系统输出有功、无功功率脉动为目标的辅助控制功能。该控制方案以整个系统输出的有功、无功功率直接作为被控对象,在正转同步旋转坐标系中通过2倍频降阶谐振器对其进行直接调节,可消除以正、负序电压分量为基础的网侧变换器负序电流指令计算环节,并完全无需对电压、电流进行相序分离,即可实现所设定的网侧变换器辅助控制目标。仿真和实验结果表明:所提出采用降阶谐振器的电流控制方案,在电网电压不平衡条件下,既实现消除整个发电系统输出有功、无功功率的脉动的网侧变换器既定控制目标,又可提高双馈系统在不平衡故障下的动态控制性能。     

基于VPI控制器选择性谐波电流控制策略

为提高有源电力滤波器(APF)的补偿性能,提出一种基于同步旋转坐标系的矢量比例积分(VPI)控制器的电流控制策略。在旋转坐标系下,对指定次谐波分别设置对应的VPI控制器,利用其无穷大开环增益和频率选择特性,实现谐波电流的无静差和选择性跟踪补偿。通过对VPI控制器在谐波频率点处的频谱分析,论证了VPI控制器在谐波补偿中对谐波电流的优良控制性能。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

级联H桥STATCOM控制算法研究

针对级联H桥静止同步无功补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)提出了一种基于虚拟磁链跟踪的PWM算法。首先建立虚拟磁链的数学模型,以虚拟磁链跟踪和子模块电容电压平衡为目标建立PWM调制算法,然后结合STATCOM双闭环控制来确定各相调制信号。最后搭建了Matlab/Simulink仿真实验平台,仿真结果表明:所提出的虚拟磁链追踪PWM算法具有很好的调制效果,电容电压平衡得到了很好的控制,并且级联H桥STATCOM具有很好的动态响应特性。     

基于d-q坐标系的单相链式STATCOM直流电压平衡控制策略

直流侧电压平衡是单相链式STATCOM能够安全、可靠运行的前提,而各H桥之间有功功率损耗的差异是造成直流侧电压不平衡的根本原因。建立了单相链式STATCOM在d-q旋转坐标系下的数学模型,基于瞬时功率理论分析了引起直流电压不平衡的原因,并设计了由前馈解耦电流内环、电压均值外环和电压平衡外环组成的三环控制策略。与在a-b-c静止坐标系下的控制策略相比,该方法不仅实现了网侧电流的无静差控制,同时更便于直流侧电压平衡环节的实现。仿真与实验均验证了该方法的有效性。     

d-q-0坐标系下链式STATCOM电流控制策略

推导d-q-0坐标系下链式静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)数学模型,应用线性控制方式,提出d-q-0坐标系下简化的STATCOM模型,设计解耦控制算法,给出解耦控制模型,并进行仿真验证。仿真表明:应用优化设计的控制参数,d-q-0坐标系下链式STATCOM三相电流控制具有较好的跟踪性能和控制精度;在a-b-c、d-q-0坐标系下电流控制都具有良好的快速跟踪性能,表明电流调节器设计方法及参数整定的可行性和有效性。     

百兆乏角型STATCOM的分相控制策略

南网永富直流输电工程富宁换流站静止同步补偿器(STATCOM)工程采用3套角型35 kV/100 Mvar等级换流器,以提高弱交流电网下的电压稳定性,加快N-1故障后的直流恢复速度。为提高不对称故障下的电压支撑能力,STATCOM需具备分相控制功能。提出一种基于同步旋转d,q坐标系的电流分相控制策略,可有效实现对STATCOM输出电流的分相精确控制。结合工程应用,采用了电压外环的分相控制策略,可有效实现对500kV各相电压的分相调节。同时针对角型STATCOM的角内3次谐波环流问题,提出了相应的抑制策略。