級聯多電平系統的STATCOM方法研究

陳洪　劉國輝

摘 要：文章以級聯多電平結構的STATCOM為研究對象。采用了基于d-q軸的電流直接控制方法，提高STATCOM控制系統的響應速度和控制精度。根據級聯多電平結構的特點，應用了半周期載波移相的脈沖寬度調制策略，增加了等效開關頻率，改善了STATCOM輸出電流的諧波特性。建立了級聯多電平STATCOM控制系統的仿真模型，利用MATLAB進行綜合分析和驗證。

關鍵詞：級聯多電平；電壓平衡控制；脈沖寬度調制

中圖分類號：TM74 文獻標志碼：A 文章編號：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，靜止同步補償器（STATCOM）是柔性交流輸電系統的核心，國內外對于它的研究越來越多。傳統的無功補償設備只能夠補償固定次數的諧波電流以及靜態的無功功率，對動態無功功率無法進行補償。因此，研究者們提出了很多新方法對動態無功功率檢測，主要包括：基于時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方法、基于頻域分析的傅立葉變換分析法、瞬時無功功率電流檢測方法等；在控制上主要采用載波移相技術、PWM控制技術等控制算法理論[1]。文獻[2]還分析了靜止無功發生器直流側電壓對無功補償的特性，提高了動態負荷補償的效率、改善電網電能質量[2]。

為了提高STATCOM運行的可靠性和動態補償效果，降低STATCOM動態無功補償的成本，設計了一種級聯多電平的靜止同步補償器及其控制系統。

1 級聯多電平STATCOM控制策略

對級聯多電平STATCOM控制器可以從下面三個方面進行控制，即在器件級控制、裝置級控制和系統級控制三個方面進行控制。

由于鏈式STATCOM的不同鏈節調制比、脈沖延時和損耗存在差異，直流側電容相互獨立，導致鏈式STATCOM在直流側存在電容電壓不平衡問題，需要將調制信號ma、mb、mc進行適當調整才能作為各個鏈節的驅動信號，這里從能量的角度考慮電壓間的平衡控制問題[3]，對于調制信號ma、mb、mc，分別加上每個鏈節的校正信號dmai、dmbi、dmci加以校正。其校正信號與STATCOM 電流的相位相同，每個功率單元的無功功率和有功功率如式（5）（6）：

2 系統仿真

以12級功率單元串聯的結構為主，級聯多電平STATCOM直接并于10kV電網，額定容量為NQ=±10Mvar，仿真模型如圖3所示。

仿真結果如圖4所示，在0.1s后STATCOM投入使用，從仿真波形可見，在投入運行前，網側電壓落后網側電流并且電流幅值較大，投入運行后，網側電流幅值減小，并且電流與電壓相位基本同相，說明系統中的無功功率被有效補償。

3 結束語

本文介紹了無功電流的檢測方法，對多電平STATCOM采用dq軸電流直接控制，構建了系統的仿真模型，仿真結果表明，級聯多電平STATCOM 控制策略能夠滿足系統要求。無論對于容性負載還是感性負載級聯多電平STATCOM都具有很好的補償能力。

參考文獻：

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