基于MMC模块化多电平STATCOM控制策略研究

大规模电网和远距离输电，大量高压、大功率非线性设备的广泛应用，为人们带来便利的同时也带来了电能质量的问题。电力系统的稳定性与电网线路中的无功功率直接相关。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）作为柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）主要组成设备之一，在补偿电网无功功率和改善电网质量方面发挥着重要作用。 模块组合多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC），具有高度的模块化的结构，有利于降低装置故障损失，实现装置的冗余；通过控制MMC换流器可以实现与三相电网之间有功和无功能量的交换，所以可以应用于大功率无功补偿装置。相对于传统无功补偿设备，基于MMC模块化多电平的静止同步补偿器具有动态调节速度快、谐波污染小、运行范围宽等优点。 本文对应用于STATCOM的电流检测方法进行了分析，并对模块化多电平换流器（MMC）的运行特点进行分析研究。推导了基于MMC结构的静止无功补偿器的数学模型。研究表明各相上、下桥臂电压的不一致和功率交换的不平衡造成了MMC的相内电流。通过控制MMC的相内环流icirj，可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制，使MMC桥臂的子模块电容电压得到平衡。基于以上理论分析提出了一种基于载波相移调制策略（Carrier Phase-shiftedSPWM，CPS-SPWM），并且带有相内环流抑制和子模块电容电压均压控制的STATCOM整体控制策略，使电容电压得到平衡。在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的总体控制方案。最后，本文在Simulink平台下对基于MMC模块化多电平STATCOM进行了系统仿真验证和分析，并对硬件控制系统进和子模块程序升级方法行了设计。仿真结果表明系统的本文理论分析的正确性和控制策略的有效性。