H橋級聯(lián)statcom自適應死區(qū)補償方法
【專利摘要】H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，涉及一種H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法。它是為了解決缺少直接針對H橋級聯(lián)STATCOM進行死區(qū)補償?shù)膯栴}。本發(fā)明根據(jù)H橋級聯(lián)STATCOM的電路拓撲結構，得出三相坐標系下H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型；并將其轉換成離散狀態(tài)下的傳遞函數(shù)形式；采用離散擾動觀測器，對死區(qū)效應引起的STATCOM輸出電壓與參考電壓的差值進行實時的在線觀測，并將觀測到的差值作為補償量，引入到H橋級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對死區(qū)的自適應補償。本發(fā)明適用于一種H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法。
【專利說明】H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)應用中，隨著電網(wǎng)中非線性負載的廣泛使用，所產(chǎn)生的無功和諧波電流對電網(wǎng)造成嚴重沖擊，為了保證較好的電能質量，需要對6kV和1kV電網(wǎng)進行無功補償和諧波消除，以提高電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性。H橋級聯(lián)靜止同步補償器(STATCOM)利用多電平變換技術，將開關器件電壓應力降低，通過級聯(lián)，使整個裝置可以輸出高電壓，并具有損耗低、響應快、儲能元件體積小和輸出電流諧波含量低等優(yōu)點，成為動態(tài)無功補償裝置發(fā)展的重要方向，在中高壓大容量場合得到了迅速的發(fā)展。
[0003]但由于H橋功率單元每個橋臂的功率管具有互補的驅動信號，為避免開關器件的直通現(xiàn)象，必須在互補的兩路信號間插入死區(qū)。然而死區(qū)時間的設置和開關器件的非理想特性，必然造成了輸出電壓與參考電壓之間的誤差，導致功率單元輸出電流的諧波含量增大，還會出現(xiàn)零電流箝位現(xiàn)象。
[0004]然而，目前現(xiàn)有的死區(qū)補償方法，大多只針對非H橋級聯(lián)STATC0M，鮮有直接針對H橋級聯(lián)STATCOM這一新興結構提出的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是為了解決缺少直接針對H橋級聯(lián)STATCOM進行死區(qū)補償?shù)膯栴}，從而提供了一種H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法。
[0006]H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、根據(jù)H橋級聯(lián)STATCOM的電路拓撲結構，得出三相坐標系下H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型；
[0008]步驟二、根據(jù)步驟一得到的H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型，得到離散狀態(tài)下的傳遞函數(shù)形式；
[0009]步驟三、采用離散擾動觀測器，對死區(qū)效應引起的STATCOM輸出電壓與參考電壓的差值進行實時的在線觀測，并將觀測到的差值作為補償量，引入到H橋級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對死區(qū)的自適應補償。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明對實際的H橋級聯(lián)STATCOM的補償性能進行實驗驗證。搭建H橋級聯(lián)STATCOM實驗平臺，并完成網(wǎng)側電壓us = 400V時和H橋單元直流側電壓參考值Udc = 200V時的低壓實驗。具體實驗參數(shù)為:每相N = 12個H橋單元，f =50Hz,單元直流側電容C = 5600 μ F,連接電抗器L = 1mH,等效開關頻率f = IkHz,死區(qū)時間Td = 6μ S?？刂破髦械腄SP選擇TI公司的TMS320F28335芯片，負責無功電流檢測，參考指令電流計算和直流電壓控制；FPGA選擇Altera公司的Cyclone III系列的EP3C25芯片，負責產(chǎn)生36路PWM脈沖控制信號，并通過光纖將脈沖觸發(fā)信號送到每個H橋單元。測得的實驗波形均為A相電流波形。[0011]圖3和圖4為H橋級聯(lián)STATCOM輸出的A相補償電流波形。其中，圖3為未進行死區(qū)補償時的電流波形，可以看出電流波形有明顯畸變，出現(xiàn)了明顯的零點電流箝位現(xiàn)象，并且在電流峰值處出現(xiàn)了較大的畸變；圖4為采用死區(qū)補償后的電流波形，電流波形正弦度得到了明顯改善，畸變減小，有效的消除了零點電流箝位現(xiàn)象，且峰值處的波形平滑。諧波畸變THD由未補償時的2.64%，下降到1.53%。
[0012]圖5和圖6為STATCOM輸出的A相電壓波形。其中，圖5為未進行死區(qū)補償時的輸出電壓波形，可以看出電壓含有很大的諧波，并且在電壓峰值處，階梯波形嚴重畸變；圖6為采用死區(qū)補償后的輸出電壓波形，電壓所含諧波降低，在峰值處，波形平滑，畸變減小，波形的正弦度得到了明顯改善。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是H橋級聯(lián)STATCOM的主電路拓撲框圖；
[0014]圖2是本發(fā)明自適應死區(qū)補償方法框圖；
[0015]圖3是未采用本發(fā)明提出的自適應死區(qū)補償方法時的H橋級聯(lián)STATCOM的輸出電流波形；
[0016]圖4是采用本發(fā)明提出的自適應死區(qū)補償方法時的H橋級聯(lián)STATCOM的輸出電流波形；
[0017]圖5是未采用本發(fā)明提出的自適應死區(qū)補償方法時的H橋級聯(lián)STATCOM的輸出電壓波形；
[0018]圖6是采用本發(fā)明提出的自適應死區(qū)補償方法時的H橋級聯(lián)STATCOM的輸出電壓波形。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，該方法包括以下步驟:
[0020]步驟一、根據(jù)H橋級聯(lián)STATCOM的電路拓撲結構，得出三相坐標系下H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型；
[0021]步驟二、根據(jù)步驟一得到的H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型，得到離散狀態(tài)下的傳遞函數(shù)形式；
[0022]步驟三、采用離散擾動觀測器，對死區(qū)效應引起的STATCOM輸出電壓與參考電壓的差值進行實時的在線觀測，并將觀測到的差值作為補償量，引入到H橋級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對死區(qū)的自適應補償。
[0023]【具體實施方式】二:本實施方式對【具體實施方式】一所述的H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法作進一步限定，本實施方式中，步驟一中的三相坐標系下的離散數(shù)學模型為:
【權利要求】
1.H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)H橋級聯(lián)STATCOM的電路拓撲結構，得出三相坐標系下H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型； 步驟二、根據(jù)步驟一得到的H橋級聯(lián)STATCOM的離散數(shù)學模型，得到離散狀態(tài)下的傳遞函數(shù)形式； 步驟三、采用離散擾動觀測器，對死區(qū)效應引起的STATCOM輸出電壓與參考電壓的差值進行實時的在線觀測，并將觀測到的差值作為補償量，引入到H橋級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對死區(qū)的自適應補償。
2.根據(jù)權利要求1所述的H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，其特征在于:步驟一中的三相坐標系下的離散數(shù)學模型為:
3.根據(jù)權利要求1所述的H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，其特征在于:步驟二中，得到離散狀態(tài)下的傳遞函數(shù)為:
4.根據(jù)權利要求1所述的H橋級聯(lián)STATCOM自適應死區(qū)補償方法，其特征在于:步驟三中，結合式(4)、式(5)與離散擾動觀測器的工作原理，并重新定義各個變量，將觀測到的差值作為補償量，引入到H橋級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)中，同時考慮死區(qū)效應的影響，由式(4)可得:
【文檔編號】H02J3/01GK104037768SQ201410293425
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】于泳, 徐榕, 徐殿國, 何崇飛 申請人:哈爾濱同為電氣股份有限公司