級(jí)聯(lián)多電平STATCOM-BESS的關(guān)鍵控制技術(shù)研究.pdf

1、級(jí)聯(lián)多電平變換器以低壓器件形成高壓輸出，便于模塊化設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)，在高壓大容量變換器中占據(jù)重要地位。它特別適合靜止同步補(bǔ)償器和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)這類不需要公共直流電源的場(chǎng)合。被認(rèn)為在當(dāng)前可再生能源對(duì)電網(wǎng)滲透率逐漸提高的背景下有良好的應(yīng)用前景。然而作為多電平家族中的晚進(jìn)成員，級(jí)聯(lián)多電平變換器自身尚有不少問題需要完善。本研究從工業(yè)應(yīng)用中±10Mvar/10kV級(jí)聯(lián)多電平STATCOM中出現(xiàn)的具體問題出發(fā)，研究了級(jí)聯(lián)多電平變換器不平衡工況下的控制方

2、法和級(jí)聯(lián)多電平變換器并網(wǎng)電流直流分量抑制方法。并設(shè)計(jì)了一種無需直流電感的低紋波級(jí)聯(lián)多電平電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
　　電網(wǎng)三相不平衡工況下的運(yùn)行能力是考察并網(wǎng)型電力電子裝置的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。特別是對(duì)于STATCOM和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）這類電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置而言。本文針對(duì)星形連接的級(jí)聯(lián)多電平變換器提出了一種分相控制方法。通過將三相電流指令中的零序成分實(shí)時(shí)分離，該方法可以在不影響其他控制環(huán)節(jié)的情況下去除三相并網(wǎng)指令中的零序成分，從而實(shí)現(xiàn)了三線

3、制系統(tǒng)下三相電流控制的解耦。使得對(duì)星形連接的級(jí)聯(lián)多電平變換器也可以像三角形連接的級(jí)聯(lián)多電平變換器一樣進(jìn)行三相獨(dú)立控制。這樣就可以使變換器自動(dòng)地適應(yīng)不平衡的電網(wǎng)電壓，而無需為不平衡工況設(shè)置額外的處理方法。該方法已在±10Mvar/10kV級(jí)聯(lián)多電平STATCOM產(chǎn)品中得到了應(yīng)用。
　　除控制方式外，電網(wǎng)不平衡工況下影響變換器能否正常工作的另一個(gè)因素是變換器所承受的電壓應(yīng)力。本文從這個(gè)角度出發(fā)，力圖尋找不同控制方法下級(jí)聯(lián)多電平變換器適

4、應(yīng)電網(wǎng)不平衡程度的理論極限。結(jié)合對(duì)級(jí)聯(lián)多電平變換器常用控制方法的分析，建立了基于幾何原理的不平衡適應(yīng)度評(píng)估模型，并求出了常用方法下變換器電壓應(yīng)力和電網(wǎng)不平衡度之間的解析表達(dá)式。
　　針對(duì)級(jí)聯(lián)多電平STATCOM并網(wǎng)電流直流分量問題，本文分析了直流分量產(chǎn)生、放大的原因，并提出了解決方案。本文研究發(fā)現(xiàn)電流互感器的引入將導(dǎo)致并網(wǎng)型電力電子裝置注入電網(wǎng)的直流分量放大，特別是當(dāng)裝置采用瞬時(shí)電流環(huán)下的PI控制器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)直流分量持續(xù)積累的情況

5、。針對(duì)這個(gè)問題，提出了一種基于直流側(cè)電壓工頻紋波檢測(cè)的并網(wǎng)電流直流分量抑制方法。該方法可實(shí)現(xiàn)在無法直接獲取并網(wǎng)電流直流分量的情況下抑制直流分量，且無需增加額外元件。然后給出了該方法的工作原理和設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)說明，所提出方法能有效地抑制并網(wǎng)電流直流分量。
　　級(jí)聯(lián)多電平變換器輸出電壓高，且具有多個(gè)獨(dú)立直流端口。被認(rèn)為十分適合用于大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率變換系統(tǒng)。本文進(jìn)行了100MVA級(jí)聯(lián)多電平電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的方案論證和主電路參數(shù)設(shè)計(jì)。

6、為解決電池側(cè)無源濾波器參數(shù)過大的問題，設(shè)計(jì)了一種有源紋波抑制器（ARC）。該設(shè)計(jì)說明，通過增加2.5％的開關(guān)器件容量，可以實(shí)現(xiàn)將54個(gè)直流濾波電感減小10倍。隨后的分析和設(shè)計(jì)說明，通過引入一種天然的負(fù)反饋機(jī)制，該ARC電路只需單閉環(huán)單參數(shù)的控制即可進(jìn)行電池紋波電流抑制，同時(shí)在無需直流電源的情況下穩(wěn)定自身的直流母線電壓。最后PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境中，對(duì)所設(shè)計(jì)具有54個(gè)子系統(tǒng)的有源紋波抑制型級(jí)聯(lián)多電平儲(chǔ)能變換器進(jìn)行了全系統(tǒng)仿真研究，