一种基于模块化多电平换流器的STATCOM不平衡补偿控制方法

摘要

本发明公开了一种基于模块化多电平换流器的STATCOM不平衡补偿控制方法，包括换流器补偿电流无差拍控制方法和换流器相间环流有源阻尼控制方法两部分。综合补偿电流无差拍控制部分通过控制MMC输出的有功电流、无功电流与负序电流，补偿MMC内部有功损耗，消除电网电流的不平衡并补偿无功功率；相间环流有源阻尼控制方法通过检测各相上、下桥臂的桥臂电流，求和并乘以0.5获得各相环流，三相环流经过有源阻尼控制器后的输出叠加到无差拍控制输出中，以抑制环流中的交流分量，减小换流器器件电流应力，降低换流器自身损耗。本发明的方法在实现电网中不平衡负载的负序电流与无功电流的补偿的同时，抑制MMC相间二倍频环流简单，响应速度快，稳定性强。

主权项

1.一种基于模块化多电平换流器的STATCOM不平衡补偿控制方法，模块化多电平换流器包括三个并联的桥臂，每个桥臂由上桥臂、下桥臂组成，所述上桥臂、下桥臂均包括电感和多个串联的半H桥子模块，所述上桥臂的电感与所述下桥臂的电感串联，所述三个桥臂并联接入三相电网和负载之间组成STATCOM；其特征在于，该方法为：1）检测模块化多电平换流器所有半H桥子模块电容电压，求和后除以6得到模块化多电平换流器三相直流侧电压平均值U_dc，将模块化多电平换流器直流侧电压给定值与平均值U_dc相减后，通过PI控制器调节后输出一个调压指令信号I_dc；2）检测负载电流i_la、i_lb、i_lc，运用瞬时无功功率理论分离出需要补偿的无功和负序电流指令i_lfa、i_lfb、i_lfc；3）将调压指令信号I_dc分别乘以模块化多电平换流器各桥臂的电网电压同步信号，叠加到无功和负序电流指令中，得到模块化多电平换流器三个桥臂输出电流指令为其中，ω为电网电压的基波角频率；4）根据模块化多电平换流器电路关系，求得模块化多电平换流器三个桥臂调制信号d_a、d_b、d_c，表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{d}_a=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_a-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{ca}}^{*}-i_{\mathrm{ca}})]\\ d_b=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_b-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cb}}^{*}-i_{\mathrm{cb}})]\\ d_c=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_c-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cc}}^{*}-i_{\mathrm{cc}})]\end{array}\right.$其中，T为载波控制周期；L_eq为模块化多电平换流器等效电感，L_eq值为所述上桥臂电感或下桥臂电感L的值的一半；e_a、e_b、e_c为三相电网电压，i_ca、i_cb、i_cc为模块化多电平换流器三个桥臂输出电流；5）根据模块化多电平换流器上、下桥臂调制波互补原理，由调制信号d_a、d_b、d_c得到模块化多电平换流器三个上桥臂调制信号d_ap、d_bp、d_cp、三个下桥臂调制信号d_an、d_bn、d_cn：$\left\{\begin{array}{cc}{d}_{\mathrm{ap}}=-\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_a-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{ca}}^{*}-i_{\mathrm{ca}})]& d_{\mathrm{an}}=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_a-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{ca}}^{*}-i_{\mathrm{ca}})]\\ d_{\mathrm{bp}}=-\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_b-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cb}}^{*}-i_{\mathrm{cb}})]& d_{\mathrm{bn}}=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_b-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cb}}^{*}-i_{\mathrm{cb}})];\\ d_{\mathrm{cp}}=-\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_c-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cc}}^{*}-i_{\mathrm{cc}})]& d_{\mathrm{cn}}=\frac{1}{U_{\mathrm{dc}}}[e_c-\frac{L_{\mathrm{eq}}}{T}(i_{\mathrm{cc}}^{*}-i_{\mathrm{cc}})]\end{array}\right.$6）检测模块化多电平换流器三个上桥臂电流i_ap、i_bp、i_cp，三个下桥臂电流i_an、i_bn、i_cn，各桥臂的上、下桥臂电流相加后乘以0.5获得各桥臂之间的环流实际值i_cira、i_cirb、i_circ；7）将模块化多电平换流器各桥臂与三相电网连接点的电压与模块化多电平换流器输出电流相乘后经过带阻滤波器，获得模块化多电平换流器各桥臂与三相电网有功功率交换的平均值P_0a、P_0b、P_0c，将所述有功功率平均值除以直流侧电压给定值得到模块化多电平换流器三个桥臂之间的环流给定值8）将所述环流给定值与所述环流实际值i_cira、i_cirb、i_circ相减后的结果乘以虚拟电阻R_v，得到模块化多电平换流器各桥臂间的环流控制电压信号，将环流控制电压信号除以直流侧电压给定值获得相间环流控制修正信号Δd_a、Δd_b、Δd_c；9）将相间环流控制修正信号Δd_a、Δd_b、Δd_c叠加到调制信号d_a、d_b、d_c中，获得模块化多电平换流器三个上桥臂调制信号给定值和三个下桥臂调制信号给定值$d_{\mathrm{an}}^{*},d_{\mathrm{bn}}^{*},d_{\mathrm{cn}}^{*};$10）利用载波移相脉宽调制方法调制上述上、下桥臂调制信号给定值，得到模块化多电平换流器三个上桥臂各半H桥子模块的开关信号S_apj、S_bpj、S_cpj和三个下桥臂各半H桥子模块的开关信号S_anj、S_bnj、S_cnj，开关信号驱动半H桥子模块的开关臂获得期望的电压输出。