50MVA STATCOM的链节及其背靠背额定工况运行试验

上海西郊变电站的50MVA 新型静止无功发生器(Static var Compensator, STATCOM)装置采用基于IGCT器件的链式逆变器,每相由10个IGCT单相逆变器(链节)串联而成并输出10kV线电压,IGCT器件容量为4500V/4000A.为了有效地验证链节在额定工况下运行时IGCT压装及连接工艺、控制电源、控制、保护、冷却、电磁兼容等方面的设计是否达到了技术标准的要求,需要对链接进行额定工况运行试验.试验时两个被试验链节输出通过一个连接电抗相连,通过控制两个链节输出电压相位角来控制链节间交换的无功功率方向和大小,损耗由连接到其中一个链节的直流电容的外接直流电源提供.文中给出了链节原理及其设计、背靠背试验原理以及试验结果.试验结果表明链节设计达到了链式STATCOM技术标准的要求.     

链式STATCOM直流电容电压分布式控制

本文研究了一种链式静止同步补偿器(STATCOM)直流电压分布式控制方案,主链节直流电压由中央控制器控制,从链节直流电压由本链节控制器控制。该方案只需将主链节直流电压上传至中央控制器,并且中央控制器下传给各链节的调制波均相同,因此可以简化通信系统设计。当链节数改变时,中央控制算法几乎不需改变,便于链节扩展。但链节之间未交换直流电压信息导致直流电压控制调节量之和不为零,从而引起各从链节直流电压控制算法的相互耦合,这种耦合作用会恶化系统动态性能,甚至可能引起不稳定。分析指出在主链节直流电压闭环控制作用下,这种耦合作用会被抑制。通过揭示直流电压控制调节量和链节损耗差异间的定量关系,证明了各从链节直流电压控制算法可以独立运行,仿真结果验证了该定量关系的正确性。一台三H-桥七电平链式STATCOM的实验结果验证了分布式控制方案的有效性。     

链式STATCOM的数学模型

数学模型的研究对于装置性能的研究、主电路参数设计和控制系统设计具有重要意义。该文通过傅立叶分解的方法，建立了链式STATCOM的数学模型。该模型正确反映了暂态过程中，基波电流有功分量、基波电流无功分量和电容电压平均值的变化规律。基于PSCAD的仿真验证了模型的正确性。该文还基于该模型讨论了链式STATCOM开环响应时间常数与主电路参数之间的关系。     

基于链式逆变器的50MVA静止同步补偿器的直流电压平衡控制

结合 50MVA 静止同步补偿器的研制,建立了基于链式逆变器的 STATCOM 直流电容电压稳态数学模型,揭示了电容电压不平衡现象产生的机理,分析了控制直流电压平衡的手段,提出了一种基于直流母线能量交换的直流电压平衡控制方法。分析了基于交流电源母线能量交换的直流电容电压平衡控制方法的原理,提出了最大(或最小)电容电压跟踪的平衡控制方法,并在 50MVA STATCOM 的PSCAD 模型上进行了仿真研究及在±18kvar 物理模拟装置上进行了实验。仿真结果及实验结果验证了稳态模型以及所提控制方法的正确性和可行性。     

一种改进的电网电压不平衡环境下链式STATCOM控制策略

电网电压不平衡现象在煤矿配电网中尤其严重,达不到国标要求。针对这种现象,提出一种改进的电网电压不平衡情况下链式STATCOM控制策略,一方面从全局、相间、相内三个层次,尤其是电网电压不平衡条件下控制直流侧电容电压平衡,另一方面通过正、负双序电流控制环对不平衡系统的无功和负序电流进行完全补偿。仿真分析与工业样机试验表明,所提出的链式STATCOM控制策略,不仅有效解决了不平衡环境下直流侧电容电压的平衡控制难题,并且提高了装置的抗不平衡能力。     

基于d-q坐标系的单相链式STATCOM直流电压平衡控制策略

直流侧电压平衡是单相链式STATCOM能够安全、可靠运行的前提,而各H桥之间有功功率损耗的差异是造成直流侧电压不平衡的根本原因。建立了单相链式STATCOM在d-q旋转坐标系下的数学模型,基于瞬时功率理论分析了引起直流电压不平衡的原因,并设计了由前馈解耦电流内环、电压均值外环和电压平衡外环组成的三环控制策略。与在a-b-c静止坐标系下的控制策略相比,该方法不仅实现了网侧电流的无静差控制,同时更便于直流侧电压平衡环节的实现。仿真与实验均验证了该方法的有效性。     

链式STATCOM电容电压不平衡现象研究:(二)数学模型

电容电压不平衡及其控制是链式静止同步补偿器(STATCOM)安全可靠运行必须解决的关键问题。文中建立了链式STATCOM的数学模型，揭示了电容电压不平衡现象产生的机理，正确描述了逆变桥各参数对电容电压分配的影响。基于PSCAD的仿真验证了模型的正确性。该模型对于电压平衡控制策略的设计具有重要意义。     

链式STATCOM电容电压不平衡现象研究:(一）仿真和试验

由于链式静止同步补偿器(STATCOM)直流电容器各自独立，如何使这些电容器上的电压保持一致，是装置安全可靠运行需要解决的关键问题。而电容电压不平衡机理的研究则是制定电压平衡控制策略的基础。文中通过数字仿真和物理模型试验进行相互比较，研究了各种因素对电容电压分配的影响，指出开关脉冲延时不同、混合型损耗差异以及并联型损耗差异是造成电容电压不平衡的主要原因。其研究结果对于建立链式STATCOM数学模型，从而定量分析电容电压的不平衡程度，进而制定合理的平衡控制策略具有重要意义．     

基于载波移相PWM控制策略的±200MVA级链式STATCOM的直流电容电压控制方法

本文详细描述了载波移相PWM控制策略,给出了基于载波移相PWM的直流电容电压平衡控制方法,使其适应南方电网±200MVA链式STATCOM的性能要求。     

链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略

静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)普遍采用链式结构,换流链由若干结构相同的H桥链节级联组成。链节直流电压的稳定是保障装置可靠运行的必要条件。通过对换流链功率方程的分析,阐述实现换流链相间直流电压平衡控制的基本数学原理,提出一种基于负序电流的相间直流电压平衡控制思想,并考虑了系统电压不平衡的影响。仿真分析和工业样机实验表明,所提计及系统电压不平衡的链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略,具有稳态精度高、抗扰性好、暂态和动态性能优越的特点,能有效解决链式换流器直流电压平衡控制难题。     

多电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合。二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受青睐。但该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，文中提出一种适用于n电平DCMLI的电容电压动态平衡控制算法，该算法基于空间矢量PWM(SVPWM)法，用电容电压偏差值与各冗余开关状态下的电容电流预测值的乘积作为衡量电容电压偏离其平衡基准值程度大小的准则，通过选取使电容电压偏离程度最小的冗余开关状态来维持电容电压平衡并产生所期望的输出电压波形，但同时要舍去某些导致电容电压本质不平衡的特殊空间矢量。以5电平DCMLI为例，仿真验证了该算法的有效性。     

基于反故障控制的链式STATCOM动态控制策略的研究

静止同步补偿器在系统不对称和系统电压突降等异常工况下,需要快速有效地保证装置自身的安全,同时要能够安全、有效地发挥应有的作用。国家电网公司攻关项目——上海西郊变±50MV?A STATCOM将采用链式逆变器。针对系统异常工况,该文为链式STATCOM设计了反故障动态控制策略,包括系统电压突变控制以及不对称控制,其中不对称控制策略包括了不对称矢量控制和分相控制二种方法。仿真结果表明,系统电压突变控制能够使链式STATCOM抵御50%系统电压突然下降,而所设计的不对称控制解决了链式STATCOM在不对称工况下的安全运行问题。在链式STATCOM物理样机上的实验结果表明所设计的反故障动态控制策略能够在保证装置自身安全的同时使STATCOM发挥应有作用。     

基于逆系统方法有功-无功解耦PWM控制的链式STATCOM动态控制策略研究

大容量链式静止同步补偿器(链式STATCOM)具有独特的优点,但也存在无功动态响应时间常数大的劣势.该文结合国家电网公司攻关项目--上海西郊变±50Mvar链式STATCOM的研制,重点研究了正常工况下链式STATCOM的快速闭环无功控制方法.建立了链式STATCOM的有功-无功暂态模型,通过引入多变量非线性控制逆系统方法,设计了基于逆系统方法和有功-无功解耦的非线性动态无功控制策略.在一台链式STATCOM物理样机上实现该动态控制策略,实验结果表明所提的无功闭环控制方法具有优良的动态性能,使链式STATCOM的闭环无功响应时间减小至10ms以内.     

链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

针对STATCOM电容直流电压不稳定问题进行了分析,提出了一种增加附加充放电电路方式的STATCOM电容电压控制策略。采用附加电路对链式STATCOM电容进行充电及稳压控制,其中附加电路多绕组变压器的使用,有效地隔离了附加电路各链节直接的电的联系,消除了附加电路和装置主电路同时投入时电压瞬时降为零的现象,使得附加电路的控制策略可以完全和主电路控制策略独立;附加电路既可以直接接到大电网中,也可以采用与电网分离的独立供电电源,甚至可以采用大容量的UPS,可以较好地实现装置启动、快速功率切换等。装置动态响应能力亦有所增强,同时当主电路出现较大电压波动时,仍可以保证STATCOM电容电压的稳定,正常地输出无功。     

十一电平链式STATCOM直流电容电压平衡控制研究

直流侧电容电压的不平衡及其控制是链式STATCOM要解决的关键问题。笔者给出了链式STATCOM直流电容稳态数学模型,分析了逆变桥参数对电容电压不平衡的影响,指出开关脉冲延时不同、混合型损耗差异以及并联型损耗差异是造成电容电压不平衡的主要原因。结合十一电平STATCOM,提出采用基频开关法投和基频脉冲循环换位法可以有效的保持链式STATCOM直流电容电压的平衡稳定,STATCOM的PSCAD模型及其仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

链式STATCOM直流电容电压均衡控制策略

针对链式STATCOM直流侧电容电压不平衡问题,从功率的角度分析了基于电压矢量叠加原理的电容电压均衡控制策略,提出了一种基于比例积分控制器的矢量叠加方法,从控制系统上将链式STATCOM分为上层功率控制、相间电容电压均衡控制和同相模块间电容电压均衡控制;再从原理上消除了直流电容电压稳态误差,使得各链节直流电容电压不仅稳定,而且相等;最后在Matlab/Simulink环境中建立了链式STATCOM三层控制系统模型,并进行了仿真。仿真结果证明了直流电容电压均衡控制策略及三层控制系统模型的正确性及可行性。     

多级联H桥STATCOM在风电场中的应用

大规模风电场接入电网会对电网稳定性产生巨大影响,风电场出力变化会引起电网电压波动,严重时会导致系统电压崩溃.静止同步补偿器(STATCOM)可提供感性和容性无功功率,对改善风电场电压稳定具有重要作用.采用链式STATCOM作为风电场的无功补偿装置,针对链式结构直流侧电容电压不平衡问题采用了改进的直流侧电压平衡控制方法.最后,通过仿真结果验证了所采用链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略正确可行,同时验证了STATCOM对风电场低电压穿越(LVRT)能力的改善.