基于模塊化多電平變換器的并聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器研究.pdf

1、近年來，隨著電網(wǎng)電壓等級的提升以及智能電網(wǎng)的發(fā)展，適用于中壓配電系統(tǒng)的多電平并聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置（Shunt Power Quality Conditioner，SPQC）的研究日益得到學者們的關(guān)注。同時，模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter，MMC）憑借其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢在高壓直流輸電（High Voltage Direct Current, HVDC）領(lǐng)域引起了業(yè)界廣泛的研究興趣，成為多電平結(jié)構(gòu)

2、的研究熱點。本文以不帶直流母線的MMC結(jié)構(gòu)在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)領(lǐng)域中的應用為研究背景，完成了以下工作：
　　針對提供 MMC-SPQC橋臂電感與子模塊直流側(cè)電容取值依據(jù)的要求，分析了MMC-SQPC橋臂電流中的二次諧波環(huán)流分量及直流側(cè)電壓中的各次諧波分量，完成了MMC-SPQC內(nèi)部控制系統(tǒng)的設(shè)計。該方法考慮了電容電壓紋波對輸出電壓基波的影響，提高了分析的準確性；在控制系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了 dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下電壓/電流雙閉環(huán)的整體有功與

3、無功功率的控制，并輔之以橋臂電壓均衡控制及子模塊電壓均衡控制，運用了載波移相脈沖寬度調(diào)制（Phase-Shifted-Carrier Pulse-Width-Modulation，PSC-PWM）。在給定感性或者容性無功電流指令的條件下，橋臂電流與電容電壓的理論值與實驗值的對比說明了理論分析的正確性。同時，裝置穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)性能良好說明所采用的控制策略有效。
　　針對現(xiàn)有的集中式控制架構(gòu)在MMC-SPQC電壓等級提升及模塊數(shù)拓展時具有

4、很大局限性的問題，構(gòu)造了適用于 MMC-SPQC的多 DSP主/從式分層控制架構(gòu)，并在此架構(gòu)上實現(xiàn)了基于四重采樣的PSC-PWM。在所提出的分層控制系統(tǒng)中，以同一橋臂中的兩個子模塊為一個控制單元，解決了多數(shù)據(jù)同步傳輸及子模塊載波同步等問題，提高了控制系統(tǒng)的可拓展性；所采用的多重采樣技術(shù)與傳統(tǒng)的對稱或不對稱規(guī)則采樣相比，能夠使離散的數(shù)字信號更接近連續(xù)的模擬信號，降低輸出電流總諧波畸變率（Total Harmonic Distortion，

5、THD）。四重采樣、對稱及不對稱規(guī)則采樣、帶有時延的四重采樣的實驗結(jié)果對比說明了所采用的分層控制架構(gòu)的有效性，以及四重采樣相比于傳統(tǒng)采樣方式的優(yōu)勢。
　　針對配電系統(tǒng)三相不平衡負荷對PCC電壓沖擊的問題，提出了一種MMC-SPQC正、負序獨立控制的均衡控制策略，并揭示了MMC-SPQC進行負序補償時，三相間有功功率的平衡依靠直流環(huán)流。在所采用的控制策略中，正、負序的補償電流指令均基于不平衡的PCC電壓，而且電流內(nèi)環(huán)只需要采用比例積

6、分（Proportional Integral，PI）控制器即可達到對正、負序分量的獨立跟蹤效果；同時比較了相同開關(guān)電流的MMC-SPQC與基于角型全橋級聯(lián)變換器（Full Bridge Cascaded Converter，F(xiàn)BCC）結(jié)構(gòu)的SPQC的負序補償能力。MMC-SPQC的單獨正序補償、單獨負序補償及正、負序同時補償?shù)膶嶒灲Y(jié)果驗證了所提出的控制策略的可行性及理論分析的正確性。
　　針對完善MMC-SPQC的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功

7、能的實際需求，研究了MMC-SPQC對PCC電壓的下垂調(diào)節(jié)特性以及抑制由非線性負載產(chǎn)生的低次特征諧波的控制策略。在所采用的下垂調(diào)節(jié)中，根據(jù)無功電流指令反饋對 PCC電壓參考值進行了修正，使補償后的PCC電壓能夠在一定范圍內(nèi)波動，增大了裝置的線性工作區(qū)域；在諧波抑制的控制中，建立了dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下5、7次諧波電流指令獨立提取的控制方案，采用了PI與重復控制器（Repetitive Controller，RC）并聯(lián)的復合控制，提升了電流