兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略

针对三相级联H桥STATCOM传统三层电容电压平衡控制中,相间电压均衡控制动态性能较差,易对电网造成污染等问题,提出了一种基于模型预测控制兼顾电压波动抑制的相间电压平衡策略。与传统控制相比,该控制策略构建了包含相间电压均衡与直流侧波动抑制的新型价值函数,并基于此函数动态调节注入的零序电压,利用零序电压在剩余调制电压区间内连续的特点,提高级联H桥STATCOM相间平衡的动态性能,同时在一定程度上抑制了直流侧电容电压的波动。所提零序电压注入方案利用系统的剩余调制电压,使系统无需对注入的零序电压进行限幅处理,有效避免过调制问题,简化了控制系统。在五电平星型级联H桥STATCOM实验平台上进行实验验证,结果表明基于模型预测控制的级联H桥STATCOM相间电压均衡方案在提升相间均压的动态性能与直流侧电压波动抑制方面具有显著效果。     

基于模块化多电平变流器的STATCOM的研究

模块化多电平变流器(MMC)在高电压、大功率领域拥有诸多优点,提出一种MMC应用于静止无功补偿器(STATCOM)的控制策略。与H桥级联拓扑相比,MMC因具有正负直流母线,灵活性和适用性更广。设计了MMC子模块电容电压的分级式均压控制策略,包括相间电压均衡控制策略和独立电容电压均衡控制,减小子模块电容电压的波动,维持直流电压稳定。引入一种新的MMC拓扑结构来进行环流抑制,避免了进行负序二倍频坐标变换和相间解耦的复杂控制,实现对环流的有效抑制。基于Matlab/Simulink的仿真结果和实验结果共同表明了所提控制策略的有效性和可行性。     

H桥级联型STATCOM的控制策略研究

级联型静止同步补偿器(STATCOM)在高压大功率方面有广泛应用,针对其单元电压不平衡问题,本文在分析级联H桥级联型STATCOM工作原理的基础上,通过在输出的调制波上叠加一个有功电压矢量,解决了电容电压的平衡问题。同时,采用双闭环解耦控制,实现了系统的稳定工作。最后,在MATLAB/SIMULINK软件中构建了系统仿真模型,仿真结果显示系统运行稳定且各单元电容电压控制效果良好,验证了本文所提策略的有效性和H桥级联型STATCOM的无功补偿性能。     

10kV链式星接STATCOM直流电容参数计算与均压策略

静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)普遍是由具有相同结构的H桥链节级联组成。根据链式星形接法STATCOM的拓扑结构分析了向量和数学模型;然后从能量脉动角度,结合电容电压波动系数,给出了直流电容的选取原则和计算方法;并针对直流电容电压均衡问题,详细阐述了总电压控制和链节电压控制的原理;进而将其实施到电压电流的双闭环控制策略当中,最终得到链节电压的预控值和微调量,从而实现了STATCOM各链节之间的电压均衡,以及与电网的有功平衡。仿真分析和工业样机的实验结果表明,所提控制方法的暂态和动态性能良好,可为STATCOM工程设计提供参考。     

H桥级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制的研究

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)直流侧单电容电压波动引起相内及总体电压不平衡的问题,提出采用3种控制器协调控制的策略。直流侧单电容电压控制器为电压内环,单电容电压与参考电压作比较经过PI调节实现H桥单元电容电压平衡控制。直流侧总电压和无功电流控制器为电压、电流双环控制,总电容电压平方和与参考电压作比较经过PI调节实现总电容电压的平衡控制。同时提出一种获取无功参考电流的方法,该方法计算简单可有效提高系统运行的可靠性。H桥级联七电平STATCOM的仿真与实验表明,所提控制策略在系统稳态和负载突变时直流侧电容电压在允许范围内波动,具有良好的动态性,网侧电压与电流基本同相位,最终实现了直流侧电容电压的平衡控制,验证了所提控制策略的有效性。     

应用于STATCOM的级联U-Cell拓扑直流电压控制策略

采用级联U-Cell拓扑相比传统级联H桥拓扑,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)使用的开关器件更少,损耗更小,设备经济性更高。但级联U-Cell同样存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时可使系统无法运行。针对该问题,首先搭建级联U-Cell拓扑数学模型,详细分析了电容充放电以及实现相内电容电压平衡的工作原理。基于此,提出了一种冗余开关状态轮换与基于开关状态叠加有功电压矢量相结合的控制策略,并将该策略应用推广到任意奇数电平。该策略能够使器件损耗更加均匀,实现了级联U-Cell相内电容电压平衡控制,提高了系统的可靠性。最后分别搭建了基于五电平级联U-Cell拓扑的STATCOM仿真和实验平台,验证了所述理论及控制策略的正确性。     

H桥级联STATCOM的分散控制策略

H桥级联静止无功补偿器(STATCOM)具有电压等级高、设备容量大、等效开关频率高等优点,但直流侧相间电压以及各模块电容电压难以实现平衡控制严重影响其运行性能的发挥。针对此问题提出一种分散控制策略,并将其运用到H桥级联无功补偿器当中。该控制策略采用上位机与下位机相结合的硬件结构,上位机实现交流侧电压、电流双闭环控制,下位机实现直流侧各模块电容电压的均衡控制。仿真及实验结果均验证了该控制策略的有效性。     

基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。     

基于MMC的STATCOM直流侧电压均衡控制的研究

由于MMC特殊的拓扑结构,基于MMC的STATCOM有很多的优点,但这种拓扑也使得电容电压平衡控制成为难点。针对MMC STATCOM直流侧电容电压不平衡问题,通过分析MMC STATCOM的数学模型,基于解耦变换将有功和无功解耦分离,提出通过系统直流电压控制和基于排序的均压控制来平衡其直流侧电容电压的策略。系统直流电压控制用来确定电容电压稳定基准值和有功功率的交换,基于排序的均压策略用来平衡每个桥臂上所有子模块的电容电压。通过Matlab/Simulink仿真表明,该方法可以有效地稳定STATCOM直流侧电压。     

基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法

为稳定模块化多电平静止同步补偿器(MMC-STATCOM)的综合补偿,其交流侧电流、内部环流和子模块电容电压均须加以控制。文章首先分析了MMC-STATCOM同时补偿无功和负序电流的原理;然后针对一般方法将MMC交流侧电流和环流分开控制,提出一种基于MMC桥臂电流的STATCOM不平衡补偿控制方法,以实现MMC内外特性的双重控制,减少了专门的环流抑制器,并采用准PR控制器进行MMC上、下桥臂电流的无静差跟踪,以减少控制系统的复杂程度;最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明所提方法可以实现STATCOM综合补偿,同时能有效抑制MMC内部环流。     

Research on high voltage DC transmission system optimal control based on MMC

In high voltage direct current (HVDC) transmission system, modular multilevel converter (MMC) is not satisfactory to maintain the balance of the capacitor voltage and doesn’t have the DC side fault ride-through capability. This paper presents that the MMC bridge arm consisting of half bridge module and clamping double sub module in series can reduce the loss of steady state operation and the amount of components. The repetitive predictive control is proposed to suppress the circulation current and balance the capacitor voltage based on the topology of MMC. A related model is built in the PASAD/EMTDC software environment and a repetitive predictive control strategy is developed. The simulation results show that the proposed system not only has the DC side fault ride-through capability, but also carries out the capacitor voltage balancing task and minimizes the circulating currents.     

二极管钳位型MMC电路的均压控制策略

为解决传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)均压系统中直流电压传感器较多、控制电路复杂的问题,将二极管钳位拓扑应用到MMC中,并提出了适用于该拓扑的电容电压均衡控制方法。该拓扑通过在各子模块电容正极加装钳位二极管,为直流电容提供单向钳位通路,从而实现MMC各桥臂子模块电容电压从上到下依次减小,简化了系统电路及其控制方法。最后,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了11电平二极管钳位型M M C拓扑仿真模型,结果表明该拓扑具有电容电压自排序功能,电容电压均衡效果良好。     

MMC-STATCOM的2N+1单载波调制方法

合理的多电平调制策略及模块电容电压平衡控制是保证MMC-STATCOM安全可靠运行的基础。针对MMC-STATCOM无直流侧功率传输的特点,提出一种适用于MMC-STATCOM的单载波调制策略,其特征在于上、下桥臂调制波与同一载波进行比较,得到移相的上、下桥臂的模块投入数,实现2N+1电平的输出电压,从而提高补偿电流波形质量。同时,为保证变换器的稳定运行,提出一种基于功率模块开关状态反馈的电容电压平衡控制方法,无需模块电容电压排序,而且避免繁复的功率模块开关状态判断,有效降低控制系统复杂度。最后通过实验验证了所提调制策略的有效性。     

基于MMC拓扑STATCOM综合控制策略研究

针对基于模块化多电平变换器(Modular Multilever Converter,简称MMC)的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,简称STATCOM)提出了一种综合控制策略。根据MMC-STATCOM在不同工作状态下的性能要求以及最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,简称NLM)和载波移相SPWM(Carrier Phase Shifted SPWM,简称CPS-SPWM)两种控制策略的不同特点,在不同工作阶段分别选择合适的控制策略。基于瞬时无功功率理论,通过在d轴和q轴上分别叠加有功分量和无功分量的方法,在恒频启动阶段采用最近电平逼近调制并在电压外环采用斜坡控制,实现子模块电容电压快速稳定上升,在稳态阶段采用载波移相SPWM的分级控制,实现稳态时系统具有较好的输出性能。最后,综合控制策略进行了实验验证。     

采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块电容的电容电压波动使得电容值难以降低,阻碍了MMC换流阀轻型化的发展。在考虑了2次和4次相间环流的基础上,分析了子模块电容电压与桥臂电流相互影响的机理。为了降低子模块电容电压的波动水平,提出了一种以子模块形式分段投切桥臂电抗器的降容方法。分析了子模块电容电压波动的产生机理,分析了电抗子模块分段投切降容方法的原理,并设计了相应的控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了双端基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)模型,验证了所提降容策略的有效性,并与现有的环流抑制策略进行了对比分析。     

混合型模块化多电平换流器的模型预测控制方法

混合型模块化多电平拓扑是由传统模块化多电平拓扑在每个桥臂上增加一个H桥模块构成。对于混合型模块化多电平换流器(MMC),基于比例积分(PI)控制器的双闭环控制策略需要多个参数控制器且具有参数整定复杂、对控制参数敏感等问题。为此,结合子模块电容电压排序算法与H桥模块控制算法,提出一种基于模型预测控制的分层控制策略,该方法通过建立相对应的指标函数对交流侧电流、环流与子模块电容电压进行分层控制,从而确定各子模块与H桥模块的开关状态。与传统控制方法相比,该方法原理简单、无需考虑复杂的参数整定且可使系统具有良好的动静态性能。最后搭建了混合型模块化多电平换流器的仿真平台,仿真结果验证了所提控制策略的有效性与正确性。     

一种新型模块化多电平换流器调制策略研究

介绍了适用于轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构及原理,并提出一种适用于MMC的新型移相载波调制策略(CPS-SPWM)。基于MMC的能量均衡和电压平衡问题,还提出了和调制策略相协调的电容电压均衡控制方法,最后通过Matlab/Simulink搭建了MMC仿真模型,结果证明所提出的控制方法可以有效地平衡换流器子模块的电容电压,并且保证MMC外部输出良好的交流电压和电流。     

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑

模块化多电平换流器（MMC）采用模块化设计,通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化,其普遍子模块（半桥、全桥结构子模块）的输出为0、1两种电平。提出了一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑结构并介绍了其工作原理。该种子模块可以输出0、1、2三种电平,与原有的半桥结构相比,在输出同样电平数的情况下,该新型拓扑可以节省25％的IGBT,减少了子模块的总数和换流站的占地面积。成功地将最近电平逼近调制（nearest level modulation,NLM）策略应用到新型拓扑上,并给出了相应的电容电压控制策略。在PSCAD仿真环境中搭建基于NLM的11电平两端MMC—HVDC输电系统,仿真结果表明子模块电容、直流电压和谐波均满足要求,验证了所提拓扑和控制策略的正确性与有效性。