基于模塊化多電平變換器的并聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提升以及智能電網(wǎng)的發(fā)展，適用于中壓配電系統(tǒng)的多電平并聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置（Shunt Power Quality Conditioner，SPQC）的研究日益得到學(xué)者們的關(guān)注。同時(shí)，模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter，MMC）憑借其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)在高壓直流輸電（High Voltage Direct Current, HVDC）領(lǐng)域引起了業(yè)界廣泛的研究興趣，成為多電平結(jié)構(gòu)

2、的研究熱點(diǎn)。本文以不帶直流母線的MMC結(jié)構(gòu)在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)領(lǐng)域中的應(yīng)用為研究背景，完成了以下工作：
　　針對(duì)提供 MMC-SPQC橋臂電感與子模塊直流側(cè)電容取值依據(jù)的要求，分析了MMC-SQPC橋臂電流中的二次諧波環(huán)流分量及直流側(cè)電壓中的各次諧波分量，完成了MMC-SPQC內(nèi)部控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該方法考慮了電容電壓紋波對(duì)輸出電壓基波的影響，提高了分析的準(zhǔn)確性；在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用了 dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓/電流雙閉環(huán)的整體有功與

3、無(wú)功功率的控制，并輔之以橋臂電壓均衡控制及子模塊電壓均衡控制，運(yùn)用了載波移相脈沖寬度調(diào)制（Phase-Shifted-Carrier Pulse-Width-Modulation，PSC-PWM）。在給定感性或者容性無(wú)功電流指令的條件下，橋臂電流與電容電壓的理論值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比說(shuō)明了理論分析的正確性。同時(shí)，裝置穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)性能良好說(shuō)明所采用的控制策略有效。
　　針對(duì)現(xiàn)有的集中式控制架構(gòu)在MMC-SPQC電壓等級(jí)提升及模塊數(shù)拓展時(shí)具有

4、很大局限性的問(wèn)題，構(gòu)造了適用于 MMC-SPQC的多 DSP主/從式分層控制架構(gòu)，并在此架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了基于四重采樣的PSC-PWM。在所提出的分層控制系統(tǒng)中，以同一橋臂中的兩個(gè)子模塊為一個(gè)控制單元，解決了多數(shù)據(jù)同步傳輸及子模塊載波同步等問(wèn)題，提高了控制系統(tǒng)的可拓展性；所采用的多重采樣技術(shù)與傳統(tǒng)的對(duì)稱或不對(duì)稱規(guī)則采樣相比，能夠使離散的數(shù)字信號(hào)更接近連續(xù)的模擬信號(hào)，降低輸出電流總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion，

5、THD）。四重采樣、對(duì)稱及不對(duì)稱規(guī)則采樣、帶有時(shí)延的四重采樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比說(shuō)明了所采用的分層控制架構(gòu)的有效性，以及四重采樣相比于傳統(tǒng)采樣方式的優(yōu)勢(shì)。
　　針對(duì)配電系統(tǒng)三相不平衡負(fù)荷對(duì)PCC電壓沖擊的問(wèn)題，提出了一種MMC-SPQC正、負(fù)序獨(dú)立控制的均衡控制策略，并揭示了MMC-SPQC進(jìn)行負(fù)序補(bǔ)償時(shí)，三相間有功功率的平衡依靠直流環(huán)流。在所采用的控制策略中，正、負(fù)序的補(bǔ)償電流指令均基于不平衡的PCC電壓，而且電流內(nèi)環(huán)只需要采用比例積

6、分（Proportional Integral，PI）控制器即可達(dá)到對(duì)正、負(fù)序分量的獨(dú)立跟蹤效果；同時(shí)比較了相同開(kāi)關(guān)電流的MMC-SPQC與基于角型全橋級(jí)聯(lián)變換器（Full Bridge Cascaded Converter，F(xiàn)BCC）結(jié)構(gòu)的SPQC的負(fù)序補(bǔ)償能力。MMC-SPQC的單獨(dú)正序補(bǔ)償、單獨(dú)負(fù)序補(bǔ)償及正、負(fù)序同時(shí)補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的控制策略的可行性及理論分析的正確性。
　　針對(duì)完善MMC-SPQC的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功

7、能的實(shí)際需求，研究了MMC-SPQC對(duì)PCC電壓的下垂調(diào)節(jié)特性以及抑制由非線性負(fù)載產(chǎn)生的低次特征諧波的控制策略。在所采用的下垂調(diào)節(jié)中，根據(jù)無(wú)功電流指令反饋對(duì) PCC電壓參考值進(jìn)行了修正，使補(bǔ)償后的PCC電壓能夠在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，增大了裝置的線性工作區(qū)域；在諧波抑制的控制中，建立了dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下5、7次諧波電流指令獨(dú)立提取的控制方案，采用了PI與重復(fù)控制器（Repetitive Controller，RC）并聯(lián)的復(fù)合控制，提升了電流