基于级联多电平逆变器的STATCOM和其控制策略研究.pdf
陈洪 刘国辉
摘 要：文章以级联多电平结构的STATCOM为研究对象。采用了基于d-q轴的电流直接控制方法，提高STATCOM控制系统的响应速度和控制精度。根据级联多电平结构的特点，应用了半周期载波移相的脉冲宽度调制策略，增加了等效开关频率，改善了STATCOM输出电流的谐波特性。建立了级联多电平STATCOM控制系统的仿真模型，利用MATLAB进行综合分析和验证。
关键词：级联多电平；电压平衡控制；脉冲宽度调制
中图分类号：TM74 文献标志码：A 文章编号：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
在輸变电装备中，静止同步补偿器（STATCOM）是柔性交流输电系统的核心，国内外对于它的研究越来越多。传统的无功补偿设备只能够补偿固定次数的谐波电流以及静态的无功功率，对动态无功功率无法进行补偿。因此，研究者们提出了很多新方法对动态无功功率检测，主要包括：基于时域分析的分离有功电流法、利用带通滤波器及带阻滤波器的电流检测方法、基于频域分析的傅立叶变换分析法、瞬时无功功率电流检测方法等；在控制上主要采用载波移相技术、PWM控制技术等控制算法理论[1]。文献[2]还分析了静止无功发生器直流侧电压对无功补偿的特性，提高了动态负荷补偿的效率、改善电网电能质量[2]。
为了提高STATCOM运行的可靠性和动态补偿效果，降低STATCOM动态无功补偿的成本，设计了一种级联多电平的静止同步补偿器及其控制系统。
1 级联多电平STATCOM控制策略
对级联多电平STATCOM控制器可以从下面三个方面进行控制，即在器件级控制、装置级控制和系统级控制三个方面进行控制。
由于链式STATCOM的不同链节调制比、脉冲延时和损耗存在差异，直流侧电容相互独立，导致链式STATCOM在直流侧存在电容电压不平衡问题，需要将调制信号ma、mb、mc进行适当调整才能作为各个链节的驱动信号，这里从能量的角度考虑电压间的平衡控制问题[3]，对于调制信号ma、mb、mc，分别加上每个链节的校正信号dmai、dmbi、dmci加以校正。其校正信号与STATCOM 电流的相位相同，每个功率单元的无功功率和有功功率如式（5）（6）：
2 系统仿真
以12级功率单元串联的结构为主，级联多电平STATCOM直接并于10kV电网，额定容量为NQ=±10Mvar，仿真模型如图3所示。
仿真结果如图4所示，在0.1s后STATCOM投入使用，从仿真波形可见，在投入运行前，网侧电压落后网侧电流并且电流幅值较大，投入运行后，网侧电流幅值减小，并且电流与电压相位基本同相，说明系统中的无功功率被有效补偿。
3 结束语
本文介绍了无功电流的检测方法，对多电平STATCOM采用dq轴电流直接控制，构建了系统的仿真模型，仿真结果表明，级联多电平STATCOM 控制策略能够满足系统要求。无论对于容性负载还是感性负载级联多电平STATCOM都具有很好的补偿能力。
参考文献：
[1]刘文华，宋强，腾乐天，等.基于链式逆变器的50MVA静止同步补偿器的直流电压平衡控制[J].中国电机工程学报，2004，24（4）：145-150.
[2]赵国鹏，刘进军.静止无功发生器直流侧电压对无功补偿特性的影响研究[J].西安交通大学学报，2010，44（4）：66-70.
[3]D. Soto， T. C. Green. A DC link capacitor voltages control str
ategy for a PWM cascadeST
ATCOM[J].IEEEPower Electr
onics SpecialistsConference，2005，2251-2256.
[4]周珊，孟祥宇.级联多电平动态电压恢复器补偿与控制策略的系统设计[J].科技创新与应用，2017（30）：123-
124+12.
[5]丁海波，杨艳，刘鹏.基于极点配置的逆变电源重复控制器设计[J].科技创新与应用，2014（15）：27.
[6]邝宇，袁瑜霞.基于DSP的并网逆变器研究[J].科技创新与应用，2015（14）：52-53.endprint
