級(jí)聯(lián)多電平系統(tǒng)的STATCOM方法研究

陳洪　劉國(guó)輝

摘 要：文章以級(jí)聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的STATCOM為研究對(duì)象。采用了基于d-q軸的電流直接控制方法，提高STATCOM控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。根據(jù)級(jí)聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，應(yīng)用了半周期載波移相的脈沖寬度調(diào)制策略，增加了等效開關(guān)頻率，改善了STATCOM輸出電流的諧波特性。建立了級(jí)聯(lián)多電平STATCOM控制系統(tǒng)的仿真模型，利用MATLAB進(jìn)行綜合分析和驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：級(jí)聯(lián)多電平；電壓平衡控制；脈沖寬度調(diào)制

中圖分類號(hào)：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）04-0093-02

Abstract： This paper focuses on cascaded multilevel STATCOM. The direct current control method based on d-q axis is adopted to improve the response speed and control accuracy of the STATCOM control system. According to the characteristics of cascaded multilevel structure， the pulse width modulation strategy of half-period carrier phase shift is applied， which increases the equivalent switching frequency and improves the harmonic characteristics of STATCOM output current. The simulation model of cascaded multilevel STATCOM control system is established and the simulation model is analyzed and verified by MATLAB.

Keywords： cascade multilevel； voltage balance control； pulse width modulation

引言

在輸變電裝備中，靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）是柔性交流輸電系統(tǒng)的核心，國(guó)內(nèi)外對(duì)于它的研究越來(lái)越多。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備只能夠補(bǔ)償固定次數(shù)的諧波電流以及靜態(tài)的無(wú)功功率，對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償。因此，研究者們提出了很多新方法對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率檢測(cè)，主要包括：基于時(shí)域分析的分離有功電流法、利用帶通濾波器及帶阻濾波器的電流檢測(cè)方法、基于頻域分析的傅立葉變換分析法、瞬時(shí)無(wú)功功率電流檢測(cè)方法等；在控制上主要采用載波移相技術(shù)、PWM控制技術(shù)等控制算法理論[1]。文獻(xiàn)[2]還分析了靜止無(wú)功發(fā)生器直流側(cè)電壓對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶匦?，提高了?dòng)態(tài)負(fù)荷補(bǔ)償?shù)男?、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量[2]。

為了提高STATCOM運(yùn)行的可靠性和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果，降低STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)某杀荆O(shè)計(jì)了一種級(jí)聯(lián)多電平的靜止同步補(bǔ)償器及其控制系統(tǒng)。

1 級(jí)聯(lián)多電平STATCOM控制策略

對(duì)級(jí)聯(lián)多電平STATCOM控制器可以從下面三個(gè)方面進(jìn)行控制，即在器件級(jí)控制、裝置級(jí)控制和系統(tǒng)級(jí)控制三個(gè)方面進(jìn)行控制。

由于鏈?zhǔn)絊TATCOM的不同鏈節(jié)調(diào)制比、脈沖延時(shí)和損耗存在差異，直流側(cè)電容相互獨(dú)立，導(dǎo)致鏈?zhǔn)絊TATCOM在直流側(cè)存在電容電壓不平衡問(wèn)題，需要將調(diào)制信號(hào)ma、mb、mc進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整才能作為各個(gè)鏈節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這里從能量的角度考慮電壓間的平衡控制問(wèn)題[3]，對(duì)于調(diào)制信號(hào)ma、mb、mc，分別加上每個(gè)鏈節(jié)的校正信號(hào)dmai、dmbi、dmci加以校正。其校正信號(hào)與STATCOM 電流的相位相同，每個(gè)功率單元的無(wú)功功率和有功功率如式（5）（6）：

2 系統(tǒng)仿真

以12級(jí)功率單元串聯(lián)的結(jié)構(gòu)為主，級(jí)聯(lián)多電平STATCOM直接并于10kV電網(wǎng)，額定容量為NQ=±10Mvar，仿真模型如圖3所示。

仿真結(jié)果如圖4所示，在0.1s后STATCOM投入使用，從仿真波形可見，在投入運(yùn)行前，網(wǎng)側(cè)電壓落后網(wǎng)側(cè)電流并且電流幅值較大，投入運(yùn)行后，網(wǎng)側(cè)電流幅值減小，并且電流與電壓相位基本同相，說(shuō)明系統(tǒng)中的無(wú)功功率被有效補(bǔ)償。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了無(wú)功電流的檢測(cè)方法，對(duì)多電平STATCOM采用dq軸電流直接控制，構(gòu)建了系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明，級(jí)聯(lián)多電平STATCOM 控制策略能夠滿足系統(tǒng)要求。無(wú)論對(duì)于容性負(fù)載還是感性負(fù)載級(jí)聯(lián)多電平STATCOM都具有很好的補(bǔ)償能力。

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