基于模块组合多电平变换器（MMC）的STATCOM控制策略研究

摘要：近年来,电力电子装置在电力系统中的广泛应用,带来了大量的无功、谐波以及不对称电流分量,对电力设备的危害日益严重,因此无功和高次谐波电流的补偿以及负序电流平衡已经成为电力系统一个亟待解决的重要课题。在静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)的研究中,由于多电平变换器可以降低功率开关的耐压,同时省去多重化变压器,改善输出波形,因而得到了越来越多关注。而模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC),由于其高度的模块化、具有公共直流母线,不仅利于降低装置故障损失,且可以实现四象限运行；通过各相桥臂能量交换,在三相不平衡条件下仍然正常工作,且保持公共直流母线电压稳定。对模块组合多电平变换器在STATCOM方面应用的研究具有十分重要的意义。 本文首先从拓扑方面介绍了多电平应用于STATCOM的发展历程。通过对比分析引出模块组合多电平变换器,并且总结了其应用于STATCOM的优点。详细研究了单相、三相M-STATCOM的结构及其原理。研究了载波移相脉宽调制策略,对比其交流侧电流控制方法。详细分析了几种应用于STATCOM的电流检测方法,并确定采用FBD间接电流检测法作为M-STATCOM(MMC-STATCOM)的电流检测方法。 利用仿真软件MATLAB对单相、三相电流检测方法以及单相M-STATCOM和三相M-STATCOM无功发生和综合补偿工况进行仿真研究,结果表明单相、三相M-STATCOM无功发生和综合补偿两种工况的稳态、动态响应效果良好。 在理论分析以及仿真研究的基础上,参与搭建了单相三电平M-STATCOM实验样机,在样机上进行了无功发生、综合补偿两种工况实验。实验结果表明,所搭建的M-STATCOM成功实现了两种工况,且稳态、动态响应良好。与传统STATCOM相比,M-STATCOM在装置成本、输出波形质量、开关器件应力以及开关频率上都有较大优势。