基于MMC的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器控制策略研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟快速增長，經(jīng)濟發(fā)展與能源消耗以及環(huán)境保護的矛盾日益尖銳，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及大力推進“節(jié)能減排”成為解決上述矛盾的主要手段。要“節(jié)能減排”，就需要節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放。具體到電力系統(tǒng)中來說，就需要通過減少無功功率的輸送以降低網(wǎng)損、抑制系統(tǒng)中的諧波以提高設備的利用率等措施來保證電能的配送效率，達到節(jié)約能源的目的;與此同時，還需要向用戶提供一個優(yōu)質(zhì)、可靠的電能供應環(huán)境，以保障用戶的生產(chǎn)能夠順利進行，從而使用戶提

2、高生產(chǎn)效率，進而達到降低能源消耗、減少污染物排放的目的。因此，電能質(zhì)量問題以及優(yōu)質(zhì)電力供應已成為當前保障國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展所必須重視并予以解決的重要問題。
　　統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC)作為一種可同時實現(xiàn)智能電網(wǎng)中電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量問題統(tǒng)一協(xié)調(diào)解決，滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需要的電能質(zhì)量綜合治理裝置，其已初步具備了進行工業(yè)化應用的條件。通過UPQC的合理利用，可以很好

3、解決一個供電區(qū)域內(nèi)用戶對多種電能質(zhì)量問題的訴求，并從技術(shù)上避免了多種治理設備的協(xié)調(diào)控制問題，從經(jīng)濟上避免了重復投資所造成的資金浪費問題。但是，由于受到電力電子器件耐壓能力的限制，現(xiàn)有的UPQC大多僅能應用于低壓配電系統(tǒng)。隨著近些年來電力電子技術(shù)的進步，特別是新器件和新拓撲的應用和發(fā)展，利用模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)技術(shù)構(gòu)建能應用到中、高壓配電網(wǎng)的模塊化多電平換流器型統(tǒng)一電能質(zhì)

4、量調(diào)節(jié)器(MMC-UPQC)，便能較好的解決UPQC在高電壓、大容量環(huán)境下應用的問題，從而在功能最大化與成本最小化這對制約關(guān)系之間找到更佳的平衡點，體現(xiàn)出比低壓UPQC更佳的性價比，使UPQC的應用具有更寬廣的舞臺。
　　本文圍繞在中、高壓配電網(wǎng)中將MMC換流器應用到UPQC之后所遇到的問題，開展了以下幾方面工作:
　　(1)針對UPQC在中、高壓配電網(wǎng)的應用要求，提出了一種三相基于MMC換流器的UPQC主電路。通過分析在最

5、近電平逼近和載波移相正弦波脈寬調(diào)制方式下，電平數(shù)與輸出電壓畸變率之間的關(guān)系，設計了可用于高壓系統(tǒng)的MMC-UPQC主電路結(jié)構(gòu)。通過MMC-UPQC簡化模型分析得到了dq0坐標系下的并聯(lián)部分和串聯(lián)部分MMC輸出方程，并以此為基礎(chǔ)提出了并聯(lián)部分和串聯(lián)部分的基本控制策略。
　　(2)為滿足在MMC結(jié)構(gòu)下電能質(zhì)量補償?shù)木_控制，針對MMC-UPQC串聯(lián)部分電壓補償時可能出現(xiàn)的輸出電壓調(diào)制比過低問題，提出了一種在有限電平數(shù)下輸出精度優(yōu)化的M

6、MC混合調(diào)制方法。通過對多電平主要電壓調(diào)制方式CPS-PWM和NLM的分析，提出了利用NLM輸出調(diào)制電壓基本量和PWM進行細致調(diào)節(jié)的混合思路，設計了在每個MMC橋臂中加入一個高頻模塊構(gòu)成改進型MMC結(jié)構(gòu)，并以此電路為平臺提出了針對輸出精度優(yōu)化的混合調(diào)制方法，進而以適當增加開關(guān)損耗為代價帶來了輸出電壓精度的提升。而后，通過提出改進型混合調(diào)制策略，將該調(diào)制方法推廣至普通MMC電路的應用，并通過MMC的低壓實驗對改進調(diào)制策略予以驗證。

7、　　(3)針對MMC-UPQC并聯(lián)部分在整個補償輸出范圍內(nèi)對輸出電流的準確性、穩(wěn)定性要求，提出了一種基于電流斜率的MMC紋波電流最小化滯環(huán)控制方法。通過對電流滯環(huán)控制過程中各變量關(guān)系的分析，從換流器聯(lián)系電抗兩端電壓所能產(chǎn)生電流的增長率（即電流斜率）出發(fā)，得到MMC輸出電流誤差與MMC輸出電壓的關(guān)系，提出了基于電流斜率的MMC滯環(huán)控制方法，并對其所能產(chǎn)生的最大紋波進行了分析。最后，通過物理控制器-RTDS閉環(huán)數(shù)字實時仿真實驗對所提方法進行

8、了驗證。
　　(4)針對MMC-UPQC串、并聯(lián)之間由直流母線相聯(lián)，缺乏限制沖擊電流阻抗的問題，提出了一種小沖擊電流的MMC-UPQC預充電控制策略。通過對MMC-UPQC在預充電過程中3個階段（不控整流階段、串聯(lián)部分子模塊電壓提升階段以及可控整流階段）的分析，特別是前兩個階段的數(shù)學分析，提出了MMC-UPQC的預充電控制策略，并通過數(shù)字仿真和低壓物理樣機對所提策略的有效性和可行性進行了驗證。
　　(5)利用將要開展調(diào)試工作