电网不平衡下星形级联STATCOM负序电压控制

电网电压不平衡下,星形级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)三相有功功率分配不相等,造成三相相间直流电压不均衡,影响系统稳定工作。基于负序电压注入的相间直流电压均衡控制具有功率调节能力强的优点,可使系统在电网电压严重不平衡的情况下正常工作。为提高电网不平衡下相间直流电压的动态性能,通常采用基于负序电压注入的前馈控制。传统前馈控制算法建立在三相静止a,b,c坐标系上,引入了大量的反三角函数和开根号运算,极其复杂。不仅如此,忽略了正序电流控制环与负序电压的关系,致使前馈控制输出的负序电压不够精确。这里提出一种新的前馈控制算法,该算法建立在两相旋转d,q坐标系上,由直流形式表示。同时,还考虑正序电流控制环与负序电压的关系,故所提前馈控制算法准确且简单易行。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机验证所提方法的可行性与有效性。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

基于功率转移的混合级联电压均衡控制策略

传统星形级联H桥(CHB)静止同步补偿器(STATCOM)补偿负序电流时会产生不平衡三相有功功率,造成相间直流电压不均衡。通常只能通过注入零序电压重新分配三相有功功率,来实现相间直流电压均衡。然而,零序电压注入将极大地增加STATCOM的输出电压,限制了负序电流补偿范围。以混合级联型STATCOM为研究对象,给出一种通过共直流母线单元来转移相间不平衡有功功率的方法,并以此提出相间均压控制策略。最后,在7.5 kvar的混合级联型STATCOM实验平台验证所提相间均压控制策略的可行性。     

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。     

一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略

星形级联H桥静止同步补偿器(SCHB STATCOM)补偿负序电流时会产生三相不平衡有功功率,造成相间直流电压不均衡.为了实现相间直流电压均衡,通常需注入零序电压以重新分配三相有功功率.然而,传统的零序电压注入算法普遍基于有功功率的代数模型,方程组求解复杂且无法直观地表明零序电压的产生机理.此外,零序电压的注入将极大地...     

级联H桥STATCOM抑制电网电压不平衡控制策略研究*

针对不平衡负载引起的电网三相不平衡问题,提出利用STATCOM输出负序电流的方式来保证交流侧PCC处电网的平衡。该方案主要采用了直流侧电压均衡控制、三相级联H桥调制部分、电压和电流双闭环、正负序提取算法、负序电流前馈等控制算法。仿真和试验表明,该方法可在保证直流侧电压稳定的基础上,有效解决由负载不平衡引起的电网不平衡问题。     

不平衡电网下CCS-MPC在STATCOM中的应用

基于连续控制状态集模型预测控制(CCS-MPC)具有滤波器设计简单、开关频率固定等优点,在星形级联H桥静止同步补偿器(STATCOM)中得到广泛应用。然而,星形级联H桥STATCOM的模块较多,数学模型复杂,导致CCS-MPC的鲁棒性变差。首先建立关于三相电流的目标函数,获得不含零序分量的最优调制波,使得CCS-MPC具备优化目标结果的能力,改善补偿电流的动态性能。为了使得星形级联H桥STATCOM能够在不平衡电网下正常工作,此处提出一种相间零序分量预测均压控制算法快速选取最优的零序调制分量,并叠加到上述最优调制波中实现三相直流侧电压均衡。通过仿真与实验验证了上述方案的可行性与正确性。     

电网电压跌落时CHB-STATCOM的限幅策略

静止同步补偿器(STATCOM)除补偿电网平衡无功功率外,在网侧电压跌落时,还需输出负序无功电流来实现低电压穿越(LVRT)以支撑电网.传统的LVRT电流基准应用于星形级联H桥STATCOM(CHB-STATCOM)拓扑,会因电流不平衡导致单相过流,此外,由于需要额外注入零序电压实现相间电压均衡,CHB-STATCOM的输出电压幅值将受到影响,从而引发过调制现象.在此根据当前电网电压的正负序分量、变换器的电流应力及单相链的直流侧电压基准,实时计算出基于电流限幅和电压限幅的最大功率,避免了变换器过流和过调制的现象,保证了变换器的安全工作.最后,在不同跌落情况下分别对该限幅策略的有效性进行了验证.     

级联STATCOM负载不平衡校正能力分析

针对星形级联静止同步补偿器(STATCOM)校正不平衡负载过程中出现的相间电容电压失衡问题,分析计算补偿装置各相吸收的有功功率与其输出电流正负序分量之间的关系,指出负序电流的注入会在级联STATCOM三相之间产生不平衡功率,由此造成相间直流侧电容电压失衡。引入零序电压注入法来解决由负序电流注入校正不平衡负载带来的相间电容电压失衡的问题,从控制系统不发生过调制的限制条件,提出了级联型补偿装置输出不平衡电流能力的计算方法。最后,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,验证了该控制算法的有效性。     

级联H桥STATCOM直流电压失衡分析与控制策略

直流侧电压稳定与均衡控制是保证级联H桥STATCOM安全可靠运行的前提,针对配电网电网电压不平衡时STATCOM相间直流侧电压不均衡问题,基于dq坐标系建立系统三相功率模型,分析相间有功功率交换过程,从理论角度证明负序电流与相间有功功率的内在联系,继而提出一种利用负序电流前馈实现不平衡工况下级联H桥STATCOM相间直流电压均衡的控制策略;另一方面,通过对CPS-SPWM调制法的分析,证明在单位时间内各H桥子模块存在吞吐有功功率不相等的问题,虽然采用基波频率非整数倍载波在一定程度上能减少各子模块有功功率差异,但对相内子模块直流电压均衡控制的效果并不理想,针对这一不足,基于子模块独立控制思想,提出一种改进相内H桥子模块电压均衡控制策略.仿真验证证明了所提出的控制策略的正确性及可行性.     

H桥级联STATCOM直流侧电压控制新方法

针对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)各模块不一致工作状态下容易导致直流侧电压不平衡的问题,提出了一种新的直流侧电压分级控制方法。分析H桥模块(HBI)级联电平叠加方式,建立起H桥级联STATCOM动态工作特性及电流内环前馈解耦控制策略的数学模型,深入研究了H桥级联STATCOM与电力系统的功率交换机理和正负序电流的特征,在此基础上,运用正序电流控制STATCOM总体电压平衡、负序电流实现STATCOM各相变流电路直流侧间的电压平衡控制,通过调节HBI的交流输出电压幅值和与电流的相位差使各HBI直流侧电容电压维持在设定值。仿真结果验证了所提方法的可行性与正确性。     

不平衡下小容值级联STATCOM直流电压控制

为了降低成本、提高功率密度,星形级联H桥(CHB)静止同步补偿器(STATCOM)的直流侧电容通常采用小容值.在电网电压不平衡下,CHB STATCOM的直流电压纹波不再平衡,传统方法不再适用,直流侧容易产生过压保护,降低系统可靠性.为了解决该问题,首先通过建立有功功率模型,提出简化的零序电压注入方法实现电网电压不平衡下三相间有功功率平衡.为抑制直流电压纹波,避免直流过压保护,通过建立STATCOM直流电压与输出电压的关系,提出注入最优3次谐波电压降低直流峰值电压大小.最后,搭建了400 V/±7 kvar的CHB STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性.     

星形链式STATCOM不对称负荷补偿策略

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)受中性点的约束,三相输出电流之和必须为零。STATCOM在输出负序电流补偿系统不对称负荷时,可通过输出零序电压来维持STATCOM相间有功和直流电压的平衡。推导星形链式STATCOM补偿不平衡电流所需输出零序电压的数学表达式,结合相间直流电压平衡策略,给出电流解耦控制下星形链式STATCOM不对称负荷补偿策略。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

用于三相级联STATCOM的电压前馈空间矢量调制策略

针对H桥级联型STATCOM的直流电压平衡控制的问题,提出了一种适用于三相级联型STATCOM的基于直流电压前馈的空间矢量调制策略。该调制方法在输出电压矢量合成中根据各单元直流电压和输出电流的方向调整开关矢量组合。既能实现高质量的波形输出,又能自动抑制级联单元的直流电压不平衡,降低了控制器的算法复杂度;最后通过仿真验证了该策略的可行性。     

级联式电力电子变压器的电压平衡控制策略

针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象,采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器,为了解决直流侧电压平衡问题,在输入电压和输出负载不对称时,提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡,建立了每相平均功率与负序电压之间的关系,在dq坐标系中对负序电压进行了计算,避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流,无需对电流进行正负序分离,只需采用单电流内环控制。另外,在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。     

一种级联H桥STATCOM的简化多电平SVPWM调制算法

级联H桥逆变器采用SVPWM调制算法具有直流电压利用率高、波形畸变小的优点。而随着电平数增多产生的大量的冗余矢量会使传统算法的复杂度急剧上升。针对多电平SVPWM传统算法的实现复杂的问题,提出一种简化的多电平调制算法,结合零序电压注入相间电压平衡策略来选取冗余矢量,应用于级联H桥STATCOM。在Simulink中搭建了级联2个模块的STATCOM仿真模型,仿真表明STATCOM具有良好的无功和谐波补偿效果,极大地简化了多电平SVPWM算法,验证了该简化算法的有效性及可行性。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

级联H桥有源电力滤波器直流电压控制策略研究

采用级联H桥结构的有源电力滤波器是治理中压电网电流谐波的理想方案之一,其中,级联H桥有源电力滤波器直流电容电压的稳定控制是关键点。在分析直流电容电压波动的基础上,提出级联H桥有源电力滤波器直流电压控制策略。这一策略通过控制基波正序有功电流,使总电压稳定;通过微调相输出电流,调节相间有功分布,控制相间均压;通过在每个子单元逆变电压上叠加一个与基波补偿电流方向有关的电压矢量,实现相内均压。根据有源电力滤波器的特点,使控制装置输出一个稳定的基波正序无功电流,用以提高相内均压的控制效果。在低压实验平台上搭建两级级联单元,验证级联H桥有源电力滤波器直流电压控制策略的有效性,为后续高压试验及中高压应用提供理论基础。     

电网不平衡情况下级联星接STATCOM的控制策略

STATCOM能否承受电网不平衡的冲击,在电网不平衡时持续稳定运行并提供有效的动态无功支撑,是其性能好坏的直接体现。本文从抑制负序电流和有功功率平衡的角度出发,利用叠加原理,提出级联星接STATCOM的负序电压前馈和零序电压稳压的控制方法。通过在逆变端口电压中叠加负序分量来抑制负序电流,在逆变端口电压中叠加零序分量将正序无功电流与逆变端口电压负序分量作用产生的有功功率予以抵消,从而实现了三相直流电压的稳定。该方法可以应对电网故障时负序电压对装置的影响,避免了装置在电网故障时直流电压失稳,同时能够准确地补偿动态无功。本文所提策略最终经过Matlab/Simulink完整仿真测试及RTDS试验测试。     

基于单星MMC的新型STATCOM及其控制策略

通过分析基于级联半桥子模块双星形结构的模块化多电平变换器(MMC)拓扑,提出了一种基于单星形MMC的静止同步补偿器(STATCOM)拓扑结构,并与级联H桥STATCOM等拓扑进行了比较。该拓扑只采用双星MMC的一半,比级联H桥星形STATCOM节省13.4%的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。采用电流直接控制策略,给出了单星MMC-STATCOM的电容电压多层次控制方案及一种相间电容电压平衡控制改进方案,该方案不需要对零序电压注入量进行复杂计算。此外,还搭建了10kVA实验样机。仿真和实验结果表明,所提的单星MMC-STATCOM具有优良的动静态特性,验证了所提控制方案的可行性和有效性。