LC耦合式级联STATCOM及其控制策略

不同于常规电感滤波式的静止同步补偿器(STATCOM),LC耦合式级联STATCOM(LC-STATCOM)输出滤波器采用电感和电容串联结构,在容性无功补偿、运行效率等方面更具优势。分析了LC-STATCOM的工作原理和运行性能,并建立离散状态方程。针对LC串联存在谐振的问题,提出了适用于LC-STATCOM的状态反馈控制,可以有效地增大谐振阻尼,改善系统基频增益,提高电流控制性能;基于所推导的离散状态方程,构建了输出电容电压状态观测器,利用电压观测值进行状态反馈可以省去电容电压传感器,降低成本。     

基于改进型单周控制的MMC系统三相不平衡控制法

为了应对模块化多电平(MMC)系统在三相电网不平衡条件下的运行,本文提出了一种改进型单周控制法,在基本单周控制的基础上使用网侧负序电压来补偿MMC网侧电流反馈量,避免了三相电流的正负序转换运算。同时加入虚拟循环映射方案进行子模块电容均压。本方法相比现有的MMC不平衡控制策略,简化了控制环节,参数设计较为容易。三相电压跌落仿真结果表明,本文提出的控制方法不仅能够实现MMC在三相不平衡时的单周控制,降低直流电压中两倍于基频的谐波,使电网输出的有功功率趋于稳定,而且可以使子模块电容电压自动达到均衡,减少了系统的器件损耗。     

链式静止同步补偿器直流侧电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器（STATCOM）直流侧电容电压平衡问题,建立了链式STATCOM的单相等效数学模型,在分层控制架构的基础上,提出相邻电感均衡能量来控制其各模块直流侧电容电压平衡。上层通过前馈解耦控制实现系统总的有功和无功控制;下层采用所提出的控制方法,以电感作为中间储能单元转移电压高的直流侧电容能量来控制直流侧电压大小;最后给出了相邻电感均衡能量控制具体的实现方法。仿真与试验结果表明,方法可以有效地稳定链式STATCOM直流侧电容电压,具有精度高、速度快、控制方法简单等特点。     

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。     

基于子模块电压波动估计的MMC双环二倍频环流抑制策略

模块化多电平变换器以其优越的性能在大功率电能变换领域得到了广泛应用和研究。推导了MMC子模块电容电压波动和桥臂投入模块数的表达式,针对MMC环流控制器性能分析的多样性、复杂性和电压波动的计算问题,提出一种基于子模块电容电压波动估计前馈+电压电流双闭环反馈的复合环流控制策略,有效结合前馈控制的快速跟踪性和反馈控制的闭环跟踪性能,同时优化计算环节。所提方法包括四部分:子模块电容电压的前馈估算;基于小信号模型的二倍频环流电压指令计算;投入模块数的计算;子模块电容电压的排序及其投切。其中二倍频环流电压指令通过电压电流双闭环控制器获得,并通过等效闭环阻抗分析其动态性能,选取达到最佳抑制效果时合适的控制参数。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于链式逆变器的大容量STATCOM的直流电压平衡控制

结合50 MVA STATCOM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50 MVA STATCOM的PSCAD模型和±18 kvar STATCOM的实验模型上进行了仿真研究.仿真和实验结果验证了稳态模型以及所提出的控制方法的正确性和可行性.     

负载不平衡条件下MMC-STATCOM补偿策略研究

文中介绍了静止同步补偿器(STATCOM)在电网中的无功补偿原理及电压补偿原理,针对传统STATCOM拓扑电平数提升困难问题,采用了模块化多电平换流器(MMC)拓扑的STATCOM补偿负载不平衡条件下的电压。针对传统平衡条件下的控制策略在负载不平衡时控制效果较差的问题,在正负序模型下对此无功补偿器进行分析并提出了采用将电压和电流分成正序和负序分别控制的分序控制策略,用解耦双同步参考坐标系的锁相环技术锁住公共连接点处电压,同时对MMC子模块电容电压平衡采用分布式控制,最后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建五电平静止无功补偿器,通过仿真验证了分序控制策略和子模块电容电压分布式控制策略的有效性。     

不平衡工况下配电网STATCOM的控制策略

针对系统电压不平衡对静止同步无功补偿器(STATCOM)运行的影响:直流侧电容会产生2倍频的电压波动;交流侧输出3次谐波电压和电流.影响STATCOM的输出性能及安全运行的问题.提出了解决方法和策略.STATCOM主要由直流侧电容、二电平逆变器和连接电抗器等组成.为改善STATCOM的运行特性.采取增大STATCOM直流侧电容容量的方法来抑制3次谐波电流:认为抑制3次谐波唯一的途径在于改进开关函数.采用新的开关函数后,STATCOM逆变器输出电压与直流侧电容两端电压的波动无关.实现了抑制3次谐波电流的目的;采用负序电压前馈控制策略.即采用不平衡控制策略.使得STATCOM逆变器的负序电流为零,达到抑制负序电流的目的.采用Matlab对所提出的方法和控制策略进行了仿真.结果表明.所提方法正确且策略有效.     

一种新型模块化多电平换流器热平衡控制策略的研究

针对模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)运行中各子模块元器件参数不匹配造成的热不平衡现象,提出了一种嵌入在电容电压平衡算法中的热平衡方法,可在电容电压平衡控制的基础上控制子模块(sub-module,SM)之间的热平衡,保证在不改变子模块输出电压波形及波形质量的基础上均衡各子模块之间的温度差,防止子模块中半导体器件由于高温或频繁的温度变化造成老化或损坏。通过仿真平台验证了所提热平衡控制方法在抑制子模块热不平衡问题上的有效性,实现了MMC中不同子模块间的均衡热应力分布。     

不平衡电压下IGBT串联STATCOM稳定运行范围确定及应用

利用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)串联技术,可使压接型IGBT串联静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)采用结构简单的三相两/三电平拓扑便可直挂于高压配电系统。但是配电系统中电压不平衡会使STATCOM直流侧电容电压产生二倍频波动,严重危及设备运行安全。利用能量守恒建立STATCOM直流电压二倍频波动的数学模型并进行简化,进而分析直流电压波动与电压不平衡度、直流电容容值以及直流电压幅值之间的关系,提出压接型IGBT串联STATCOM直流电压波动稳定运行范围确定方法,实现不平衡电压下对装置运行稳定性的直观判断。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

MMC的稳态相量模型及功率运行区间计算方法

模块化多电平换流器(MMC)的控制器输出量与MMC内部电气量之间存在复杂的耦合关系,难以确定影响其输出功率范围的关键因素及计算功率运行区间的边界.为此,首先以dq坐标相量的形式,推导出一种新的MMC的交流侧稳态等效模型,该模型为1个等效电容与等效电压源串联.模型参数可完全由控制器输出量和直流电压确定,从而将控制输出量与运行电气量解耦;等效电容直观地反映了MMC子模块电容充放电过程造成的换流器内部耦合特性对交流侧输出特性的影响.利用所提模型可以方便地计算得到MMC输出功率的P-Q曲线.然后,通过计算P-Q曲线族的包络线,提出一种确定MMC稳态运行区域边界的方法,并研究了环流抑制控制和交流系统短路比对运行区域的影响.最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建单端MMC仿真模型,验证了所提模型及稳态运行区间计算方法的正确性.     

半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题,介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路,可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单,还可以均衡超级电容器的电压,恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态,建立了输出电压方程,推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性,分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。     

链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究

链式结构的STATCOM以其损耗小、效率高、输出电压谐波含量少、易于模块化等优点,被广泛应用于各类STATCOM样机及工程中。然而这种结构的STATCOM存在直流侧电容电压不平衡的问题,严重时可能导致STATCOM装置无法正常工作。针对这一突出问题展开研究,分析了各种可能影响到直流侧电容电压不平衡的因素,认为并联损耗、混合损耗和脉冲延时是主要的影响因素。从能量平衡角度归纳了4种常见控制策略,从控制变量角度归纳了3种常见控制策略,最后介绍了1种便于软件实现的新型直流侧电容电压不平衡控制策略,并给出了相关推荐意见。这些可为STATCOM工程设计者提供参考。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

基于子模块组合的模块化多电平变换器简化空间矢量调制策略

调制策略对模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter）的稳定运行有着至关重要的作用。针对空间矢量调制SVM（space vector modulation）策略应用在MMC中存在计算复杂度高的问题,提出了一种简化的SVM控制策略。首先,将子模块分组构成子单元,使用三电平SVM对每一个子单元进行控制。其次,将相邻子单元的采样时间均匀地错开,以实现MMC多电平输出,降低输出电压和电流的谐波含量。最后,结合电容电压排序策略对子模块进行灵活控制,保证子模块电容电压的均衡。所提出的调制策略在子模块数量较多的MMC拓扑中实施简单,计算复杂度低,控制灵活性高。实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

输入串联输出并联的双全桥变换器输入电容均压问题的研究

高输入电压的变换器可以采用一种输入串联输出并联的拓扑。ISOP拓扑的关键问题是输入电容的动态均压。该文提出对两个输入电容的压差进行检测,通过输出电压反馈和压差前馈方式实现均压的新控制方式。为提高动态响应特性,高频变压器采用了两原边两副边四绕组共铁芯的磁集成结构,分析了这种结构的工作原理。同步信号保证双全桥中的开关器件能够实现ZVS。控制策略上采用了电压环、压差环和限流环的三环控制方式。这种结构与控制方式可以保证将低压IGBT安全可靠地用于高输入电压的工况下,而且保证有良好的动态均压效果。给出了小信号模型和PID控制的仿真结果。制作了一台样机以验证理论分析。实验结果表明所采用的方法使变换器具有良好的动态均压与负载均分特性。     

链式STATCOM直流电容电压平衡控制

结合链式静止同步补偿器(STATCOM)的直流电容电压稳态数学模型,分析了H桥参数差异对直流电容电压平衡的影响;针对直流电容电压不平衡问题,提出了最优触发脉冲分配平衡控制,可解决H桥参数差异引起的电容电压不平衡问题,且在不影响功率器件开关频率和输出电压波形的前提下使直流电容电压快速趋于平衡,从而提高了链式STATCOM输出性能和系统可靠性。阐述了最优脉冲分配平衡控制原理和特点,研制了380 V、±10 kvar链式静止同步补偿器的物理样机,并进行了实验验证,结果验证所提出的直流电容电压平衡控制的可行性和有效性。     

一种改进的静止同步补偿器

提出一种改进的静止同步补偿器,通过在补偿器和系统之间串入谐振于系统基波频率的谐振电感电容组,提高连接阻抗对输出电压中谐波的滤除能力,从而达到提高补偿电流波形品质的目的。对串入电感电容谐振组后补偿器原理进行分析,并对谐振组的电感电容选取进行了讨论。利用Matlab建立物理模型对改进静止同步补偿器进行仿真研究,仿真结果验证了改进的静止同步补偿器能够有效性的进行无功功率补偿。     

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。     

一种改进的混合静止同步补偿器

作者设计了一种改进混合静止同步补偿器,该补偿器由一个三相电压源型逆变器和补偿电容组成,通过控制三相逆变器输出电压相对于系统电压的相位差间接控制补偿器的输出无功功率。该补偿器能进行补偿功率双向连续调节,控制简单,动态响应速度快,输出电流不含低次谐波,特别是在补偿感性无功功率时,该补偿器直流侧电容电压低,可减小开关器件的应力,降低补偿器损耗,提高装置的运行效率。在理想情况下,上述逆变器容量仅为最大补偿容性无功功率的1/4。文中分析了补偿器的工作原理,推导了补偿器和逆变器的功率公式,并分析了二者的关系。最后通过实验验证了该补偿器的可行性和有效性。