一種基於模塊化多電平換流器的statcom不平衡補償控制方法
2023-05-29 16:10:41 3
一種基於模塊化多電平換流器的statcom不平衡補償控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法，包括換流器補償電流無差拍控制方法和換流器相間環流有源阻尼控制方法兩部分。綜合補償電流無差拍控制部分通過控制MMC輸出的有功電流、無功電流與負序電流，補償MMC內部有功損耗，消除電網電流的不平衡並補償無功功率；相間環流有源阻尼控制方法通過檢測各相上、下橋臂的橋臂電流，求和並乘以0.5獲得各相環流，三相環流經過有源阻尼控制器後的輸出疊加到無差拍控制輸出中，以抑制環流中的交流分量，減小換流器器件電流應力，降低換流器自身損耗。本發明的方法在實現電網中不平衡負載的負序電流與無功電流的補償的同時，抑制MMC相間二倍頻環流簡單，響應速度快，穩定性強。
【專利說明】—種基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基於模塊化多電平換流器的靜止同步補償器，特別是一種基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法。
【背景技術】
[0002]工業交流電弧爐、電氣化鐵路等大量不平衡工業負荷與單相大容量負荷的存在，以及電力電子裝置的廣泛使用，給電力系統帶來了大量的無功和負序電流，不僅增加損耗，而且危害電力設備，嚴重威脅著電力系統的安全和經濟運行，研製對無功和負序電流綜合補償的裝置顯得十分必要。適用於中高壓電網，且能實現無功和負序電流綜合補償的裝置可分為三類:第一類是具有獨立直流電源供電的變流器，其三相輸出功率的不平衡由直流源直接補償，控制簡單，但提高了電路結構的複雜性，不易擴展；第二類是採用三相公共直流側的變流器，以鐵路功率調節器(Railway Power Conditioner, RPC)和隔離型靜止無功發生器為代表，但均需要隔離變壓器，造成裝置體積大、造價高；第三類是具有相間環流通路的換流器，其可以實現三相功率的自然平衡，以角型SVC、SVG及MMC-STATC0M為代表，其中，由於SVC採用半控器件晶閘管，換相依賴公共耦合點電壓，響應速度慢，在補償的同時會引入大量諧波，角型鏈式SVG採用級聯型多電平技術，功率器件承受電壓低，可直掛於中高壓電網，響應速度快，可進行無功、負序和諧波的綜合治理，但其指令電流由線電流到相電流的求解複雜，而採用模塊化多電平結構的MMC，模塊化程度高、器件耐壓低、輸出電壓畸變小，且其指令電流不需要進行星型到角型即Υ-Λ的變換，不失為一種理想的補償方案。
[0003]如圖1, MMC (Modular Multilevel Converter, MMC,模塊化多電平換流器)共有 3相、6個橋臂，每相由上、下兩個橋臂組成，每個橋臂由數目相同或者相近的半H橋子模塊與電感串聯構成，半H橋子模塊如圖2所示。採用合理的調製策略，控制子模塊電容的投入與切除，使輸出電壓呈多電平波形，模塊數足夠多時，輸出電壓可近似於正弦波，通過調節輸出電壓的幅值與相位，就能控制換流器輸出無功和負序電流。由於MMC三相共用直流側，能形成相間環流通路，實現三相功率的自然平衡，這是MMC能進行負序電流補償的前提，沒有環流通路也是星型鏈式SVG無法提供大量負序電流的原因。
[0004]當前針對MMC的電流控制主要集中於適用於輕型直流輸電的同步旋轉坐標系的有功、無功電流解耦控制，雖然能實現對有功功率和無功功率的直接控制，但在進行補償無功和負序電流綜合補償時，需要用到雙同步旋轉坐標系，且電流控制環還需對多路PI控制器進行參數整定，增加了控制系統設計的難度。研究一種基於MMC的STATCOM無功與負序電流綜合補償控制方法十分必要，而採用補償電流無差拍控制方法參數直接由系統給出，不用進行坐標變換，即能實現對綜合補償電流指令的跟蹤控制。
[0005]理想情況下MMC半H橋子模塊電容電壓保持平衡，橋臂電流中只含有工頻分量與直流分量，工程實際中，受子模塊電容容值、電抗感值以及子模塊損耗不一致等參數的影響，子模塊循環充放電導致子模塊電容電壓不可能完全相同，甚至出現較大偏差，這導致實際的橋臂電流出現畸變，產生的相間環流交流分量不僅增加換流器的損耗，也影響換流器的穩定運行，研究一種簡單有效的控制方法以抑制環流中的交流分量意義明顯。已有文獻抑制環流的方法主要有增大橋臂電抗、雙同步旋轉坐標變換和環流分量PI控制等，此類方法是建立在增加系統成本或控制複雜度的基礎上，而且對環流的交流分量的提取方法鮮有提及。引入有源阻尼控制，通過算法增加系統虛擬電阻，在不增加損耗的情況下，大大減小環流的波動。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基於模塊化多電平換流器的STATCOM (MMC-STATC0M)不平衡補償控制方法，加快STATCOM響應速度；在不影響STATCOM效率前提下，有效抑制相間環流的交流分量。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:一種基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法，模塊化多電平換流器包括三個並聯的橋臂，每個橋臂由上橋臂、下橋臂組成，所述上橋臂、下橋臂均包括電感和多個串聯的半H橋子模塊，所述上橋臂的電感與所述下橋臂的電感串聯，所述三個橋臂並聯接入三相電網和負載之間組成STATCOM ;該方法為:
[0008]I)檢測模塊化多電平換流器所有半H橋子模塊電容電壓，求和後除以6得到模塊化多電平換流器三相直流側電壓平均值Udc 』將模塊化多電平換流器直流側電壓給定值U=
與平均值Ud。相減後，通過PI控制器調節後輸出一個調壓指令信號Id。；
[0009]2)檢測負載電流ila、ilb、h。,運用瞬時無功功率理論分離出需要補償的無功和負序電流指令 ilfa、ilfb、 ilfc ;
[0010]3)將調壓指令信號Id。分別乘以模塊化多電平換流器各橋臂的電網電壓同步信
號，疊加到無功和負序電流指令中，得到模塊化多電平換流器三個橋臂輸出電流指令為.*.*
ha、I cb、^cc:
[0011]
【權利要求】
1.一種基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法，模塊化多電平換流器包括三個並聯的橋臂，每個橋臂由上橋臂、下橋臂組成，所述上橋臂、下橋臂均包括電感和多個串聯的半H橋子模塊，所述上橋臂的電感與所述下橋臂的電感串聯，所述三個橋臂並聯接入三相電網和負載之間組成STATCOM ;其特徵在於，該方法為: 1)檢測模塊化多電平換流器所有半H橋子模塊電容電壓，求和後除以6得到模塊化多電平換流器三相直流側電壓平均值Ud。，將模塊化多電平換流器直流側電壓給定值〔_平均值Ud。相減後，通過PI控制器調節後輸出一個調壓指令信號Id。； 2)檢測負載電流ila、ilb、I1。，運用瞬時無功功率理論分離出需要補償的無功和負序電流指令 ilfa、ilfb、iifc ; 3)將調壓指令信號Id。分別乘以模塊化多電平換流器各橋臂的電網電壓同步信號，疊加到無功和負序電流指令中，得到模塊化多電平換流器三個橋臂輸出電流指令為.*.*.*lCa、h.b、1CC:
2.根據權利要求1所 述的基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法，其特徵在於，所述半H橋子模塊包括一個開關臂和與所述開關臂並聯的電容支路，所述開關臂包括兩個串聯的開關管。
3.根據權利要求1所述的基於模塊化多電平換流器的STATCOM不平衡補償控制方法，其特徵在於，所述步驟7)中，帶阻濾波器的中心頻率設置為100Hz。
【文檔編號】H02M7/5387GK103532156SQ201310532376
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】羅安, 徐千鳴, 周發雲, 王逸超, 何志興, 謝龍裕, 曹曉輝, 劉亞昕 申請人:湖南大學