一種基于橋臂電流的MMC?STATCOM不平衡負載補償控制方法與流程
本發明涉及基于模塊化多電平換流器的靜止同步補償器,特別是一種基于橋臂電流的mmc-statcom不平衡負載補償控制方法，屬于電力技術領域。
背景技術：
實際中低壓配電網領域中會出現電網電壓不平衡的狀態，比如單相負荷(單相電牽引系統、公共設施負載及農村電氣系統等)的不對稱分布會導致電網電平的不平衡，產生負序分量影響電能質量的傳輸。同時負載的不平衡也會帶來功率因素的下降，電力系統中線損及熱效應的增加。因此為改善電網的條件研制能對無功和負序電流綜合補償的裝置很重要。目前，電壓源靜止同步無功補償器(statcom)相對于其它補償器由于其響應速度快和能動態的補償，廣泛用于需無功補償和緩解由于電網故障引起的電壓波動以及補償不平衡負載產生的負序電流等應用場合。而基于mmc的statcom具有模塊化設計、易于擴展和低諧波輸出等優點，對于不平衡負載的補償有良好的效果，不失為一種很好的補償裝置。
模塊化多電平換流器(mmc)由三相上、下橋臂并聯而成，每個橋臂由相等的半h橋子模塊與電感串聯構成，半橋子模塊如圖2所示。采用合理的調制策略，控制子模塊電容的投入或切除，使mmc輸出電壓呈多電平波形，子模塊數越多即電平數越多mmc輸出的波形越接近理想正弦波形。通過調節mmc輸出電壓的幅值和相角，可控制換流器輸出的無功和負序電流，以動態的補償不平衡負載。由于mmc三相共用直流側形成相間環流通路，實現自然三相功率的平衡，因此相對于其它鏈式statcom，這是mmc-statcom能實現不平衡負載的原因。
當前針對mmc不平衡電流控制主要集中于將mmc交流側電流和mmc內部環流進行分開控制。mmc交流側電流控制采用雙矢量電流環控制，需分離電流正負序分量和雙同步旋轉坐標系，且多路pi參數的整定，都增加了控制設計系統的復雜度。同時，實際運行中，由于各方因素mmc的子模塊電容電壓不可能完全相同，尤其是mmc-statcom補償不平衡負載時，會導致mmc產生相間環流交流分量。已有文獻抑制環流的方法主要有增大橋臂電抗、雙環環流分量pi控制等,此類方法基于增加系統成本或加重系統整體控制結構復雜度。研究一種基于mmc的statcom不平衡負載綜合補償策略非常重要，而采用基于mmc橋臂電流的控制方法將mmc交流側電流和環流統一控制簡化了整體控制結構，同時在保證mmc穩態運行狀態下也能很好實現對綜合補償電流指令的跟蹤控制。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是,針對現有技術不足，提出一種基于橋臂電流的mmc-statcom不平衡負載補償控制方法，將mmc交流側電流和mmc內部環流統一控制，簡化控制系統整體復雜度，保證mmc穩態運行的同時能更快響應對不平衡負載的綜合補償。
為解決上述技術問題,本發明所采用的技術方案是：
一種基于橋臂電流的mmc-statcom不平衡負載補償控制方法，包括以下步驟：
第一步、檢測不平衡負載電流ila、ilb、ilc，通過正序park變換和陷波器分離出基于負載的無功和負序補償指令
式中：
第二步、再檢測所有子模塊電容電壓，求和后除以3得到mmc直流側平均電壓udc，將所得的直流側平均電壓udc與參考電壓
第三步、將
第四步、將mmc三相輸出電壓和相應輸出電流相乘并經過陷波器，得到mmc各相橋臂與三相電網有功功率交換的平均值poa、pob和poc，將平均值poa、pob和poc除以直流側電壓參考值
第五步、將環流指令分別疊加到mmc三相交流側電流指令中得到mmc三相上、下橋臂的指令電流，其數學表達式為；
第六步、檢測mmc三相上、下橋臂電流ipa、ipb、ipc和ina、inb、inc，與相應的上、下橋臂電流指令值相減由準pr控制器在三相靜止坐標下進行無靜差跟蹤；
第七步、得出最終mmc三相上、下橋臂調制電壓，其數學表達式為：
式中，k＝a,b,c，usk為電網電壓；
第八步、利用載波移相脈寬調制方法將上、下橋臂調制電壓與載波進行調制，得到mmc三相上、下橋臂各半橋子模塊的開關信號，驅動子模塊的開關臂以獲得期望的電壓輸出。
所述子模塊由2個igbt、兩個反并聯的二極管、以及1個并聯電容構成。
所述的陷波器的頻率設置為100hz。
所述的準pr控制器其諧振頻率由基頻和二倍頻兩部分構成。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
本發明的方法能實現對statcom的快速跟蹤不平衡負載的變化，補償無功和負序電流，保證電網電壓的平衡和單位功率因數電能的傳輸。
(1)采用對mmc交流側電流和mmc內部環流的統一控制。相對于其它平衡電流控制方法，即使當電網電壓可能出現不平衡的狀態時時，交流側電流不需要加上雙矢量電流環控制，mmc內部環流抑制不需要增加額外其它環流分量的控制器當。
(2)采用對mmc交流側電流和mmc內部環流的統一控制。相對于其它不平衡電流控制方法，簡化了交流側電流和mmc內部環流不同分量的分離，雙同步坐標變化，有功和無功解耦和多路pi參數整定等，使mmc-statcom控制結構簡單，且易于實現。
本發明的方法即能補償不平衡負載的無功分量和負序分量，又能抑制mmc相間環流的二倍頻波動，保證mmc子模塊電容電壓的均衡，適合于任意相的模塊化多電平，魯棒性強。
附圖說明
圖1為mmc-statcom結構示意圖；
圖2為mmc半橋子模塊結構示意圖；
圖3mmc交流側電流指令提取示意圖；
圖4mmc內部環流指令值提取示意圖；
圖5mmc橋臂電流統一控制結構示意圖；
圖6為負載三相電流對比圖；
圖7為電網電流對比圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明的任何限制。
參見圖1-6所示，本發明的方法基于mmc橋臂電流采用統一電流控制器達到對mmc-statcom交流側電流和mmc內部不平衡電流的同時控制，以下結合附圖具體介紹。
圖1為mmc-statcom結構圖，建立kvl方程，可得
定義上、下橋臂電壓epk、enk差值得一半為mmc輸出電壓ek，(k＝a,b,c,下同)
定義上、下橋臂電流iap、ian為mmc交流側電流的一半與mmc內部不平衡電流之和
參考圖3為mmc交流側電流指令提取示意框圖，從不平衡負載中提出無功電流和負序電流作為mmc輸出電流的參考值，從而實現對電網電壓的平衡，減少電能傳輸的損耗。通過檢測負載電流ila、ilb、ilc，經過正序變換park和二倍頻陷波器分離出的無功電流和負序電流分別作為在dq坐標下mmc輸出電流
式中，
參考圖4為mmc內部環流指令值提取框圖，將檢測到mmc三相交流側輸出電流ica、icb、icc和電網電壓usa、usb、usc相乘經過二倍頻陷波器，得到mmc各相橋臂與三相電網有功功率交換的平均值poa、pob和poc，除以直流側電壓參考值
將
參考圖5為mmc橋臂電流統一控制結構框圖，使mmc-statcom的輸出電流跟蹤mmc橋臂電流的指令值，從而實現單位因數的電能傳輸和解決電網電壓不平衡現象，并能保證mmc穩定運行。由圖1可知，通過調節mmc的輸出電壓uck，實現對mmc輸出電流的控制。而mmc的輸出電壓uck為mmc上、下橋臂電壓之差的一半，即調節mmc上、下橋臂電壓epk、enk便可控制mmc的輸出電流。
綜合式(1)～(7)，可得mmc上、下橋臂電壓的參考值分別為：
將mmc三相上、下橋臂電壓參考值進行歸一化，然后采用移相載波脈寬調制(cps-pwm)，得到mmc三相上、下橋臂子模塊的開關信號sapk、sbpk、scpk和sank、sbnk、scnk，驅動mmc子模塊上、下開關管的導通和關斷獲得期望的電壓的輸出，從而在保證mmc穩定運行的狀態下實現mmc-statcom對不平衡負載的綜合補償。
圖6為負載三相電流與電網電流對比圖，圖6為三相負載電流ila、ilb、ilc，圖7為三相電網電流isa、isb、isc。從中看出未進行綜合補償，電網中三相電流不對稱，不平衡程度較高，加入補償后，電網電流只含有基波且三相保持平衡。且基于mmc橋臂電流的控制策略，其mmc內部不平衡電流也得到很好的控制，驗證了本發明統一電流控制器的有效性。
本發明提供的一種基于橋臂電流的mmc-statcom不平衡負載補償控制方法，對不平衡電流實時跟蹤，快速響應，既可以對電網電流中無功和負序分量進行補償，又能抑制mmc內部不平衡電流維持子模塊電容電壓的平衡，在保證mmc穩定運行的同時提高了換流器運行的效率，適合任意相mmc，且魯棒性強。
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