基于模塊化級(jí)聯(lián)多電平變換器的STATCOM研究

圖2a中，C為直流側(cè)電容，R為模塊等效損耗電阻，ik為橋臂電流，uk為模塊輸出電壓基波量。子模塊單元吸收和發(fā)出的有功量由ik，uk及其相位角θ決定。從而，通過調(diào)節(jié)uk的幅值與相位可對(duì)直流側(cè)電容電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)量與ik有關(guān)，將其設(shè)計(jì)為P調(diào)節(jié)器，其輸出疊加到交流側(cè)無功補(bǔ)償控制輸出的調(diào)制波上，這不影響交流側(cè)無功功率控制。根據(jù)交、直流側(cè)控制算法分析可得級(jí)聯(lián)型STATCOM控制框圖如圖3所示。其中，Sak，Sbk，Sck為CPS-SPWM的調(diào)制波。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為驗(yàn)證控制策略，研制了一臺(tái)3級(jí)的MMCC系統(tǒng)，主電路參數(shù)：電網(wǎng)電壓有效值Us=230 V，電網(wǎng)頻率f=50 Hz，并網(wǎng)電感Lc=4 mH，模塊直流側(cè)電容C=3 400μF，直流側(cè)電容電壓Udc=50 V，額定輸出電流Ic=10 A。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主控制器為基于VME總線的控制機(jī)箱，實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過自耦變壓器與380 V電網(wǎng)連接。圖4為變換器輸出相電壓uca，線電壓ucab，直流側(cè)充電電壓Udcal，電網(wǎng)相電壓usa和電網(wǎng)相電壓相位角θ波形。其中，uca為7電平，ucab為13電平，uca與usa同相位。圖5為變換器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形，其中無功功率電流分量是通過VME機(jī)箱的D／A板輸出測(cè)得。電流值為6 A，在容性模式下變換器輸出電流THD為2．8％，在感性模式下的變換器輸出電流THD為3．5％。

無功電流iq為控制系統(tǒng)D／A輸出的波形，此處只表現(xiàn)動(dòng)態(tài)波形。圖6示出無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，在負(fù)載為容性情況下，加入補(bǔ)償前后usa，isa波形。由圖可知，系統(tǒng)補(bǔ)償效果良好。

6 結(jié)論
對(duì)級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器的主電路結(jié)構(gòu)與原理，載波相移PWM技術(shù)，功率解耦控制算法和分布式直流側(cè)電壓控制算法進(jìn)行了研究，在一臺(tái)以VME機(jī)箱控制的3級(jí)模塊化級(jí)聯(lián)多電平變換器靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)上對(duì)控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，功率解耦控制算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，其控制的靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能良好：分層、分布式直流側(cè)電壓控制算法可有效抑制直流側(cè)電容電壓的波動(dòng)。以上算法亦可推廣到多級(jí)高壓模塊化級(jí)聯(lián)多電平變換器裝置上。