基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器桥臂电容电压平衡控制策略

发布时间：2019-12-03 08:29

【摘要】：建立了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的详细数学模型,讨论了串联式接入系统和并联式接入系统对MMC内部特性的影响,结果显示串联式接入更易出现上下桥臂电容电压不平衡现象;探讨了低频环流的本质,揭示了单相系统功率与环流的关系,得到通过控制桥臂电容电压可抑制低频环流的结论。以理想工况下桥臂电容电压为控制目标,设计了基于基频和负序二倍频旋转坐标系的电压平衡控制器,该控制器可同时适用于并联侧和串联侧。RTDS仿真结果证明在最近电平逼近调制下所提控制策略可有效控制桥臂电压平衡,并能抑制负序二倍频环流。
【图文】：

鋢镀蹈?序旋转坐标系的上下桥臂电容电压平衡控制方法，该方法可以同时适用于串联侧和并联侧。1MMC-UPFC系统接入方式和模型图1是MMC-UPFC的系统接入图。2个MMC通过直流隔离开关背靠背连接组成MMC-UPFC的本体装置，UPFC的并联侧MMC1通过并联变压器连接在系统1母线上，串联侧MMC2通过串联变压器串入线路。机械旁路开关与串联变压器并联，在串联侧MMC长时间退出运行时，，机械旁路开关开通旁路整个串联侧装置；晶闸管旁路开关用来在紧急工况下快速旁路串联侧MMC，保护装置。图2为MMC单相等效图。图2中：usj(j=A、图1MMC-UPFC系统接入图Fig.1SystemaccessofMMCtopologyLpjunjudcupjinjiSMSMSMSMCRT1T2sjusjidciciu0R图2MMC单相等效图Fig.2Single-phaseequivalentcircuitofMMCtopologyB、C)为阀侧交流出口电压；isj为交流出口电流；upj、unj分为上下桥臂输出电压(下角标p代表上桥臂，下角标n代表下桥臂，下同)；ipj、inj分为上下桥臂的桥臂电流；udc、idc分为直流侧电压、电流；R代表取能电源和模块损耗的等效电阻；C为子模块电容；L为桥臂电抗；R0为桥臂电抗和换流器损耗等效电阻；uci代表第i个子模块的电容电压。桥臂电流和系统电流的关系式[9]为pcsncs1212jjjjjjiiiiii(1)式中icj为j相环流，理想工况下等于直流侧电流的1/3。当N个子模块级联组成桥臂时，其上、下桥臂投入模块产生的电动势up和un为ppcp1nncn1NiiiNiiiuduudu(2)式中：ucpi、ucni分别代表上下桥臂第i个子模块的电容电压，下标i代表第i(i=1,2,3?

1944崔福博等：基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器桥臂电容电压平衡控制策略Vol.38No.7图6为附加电压平衡控制的MMC整体控制框图。虚线框内是MMC上层装置级控制。上层控制产生的控制指令经过式(20)生成上下桥臂的调制指令，然后再叠加上下桥臂电容电压平衡控制的附加指令，最后送给NLM模块产生每一个子模块的触发信号。refjujurefjujucjidcU/2diffj1udiffj2urefjudcU/2图6包含电压平衡控制的MMC总体控制框图Fig.6TotalcontrolstructureofMMC4控制策略的RTDS仿真验证利用全数字电力系统实时仿真平台RTDS对控制策略进行仿真验证，系统参数见表1。将上桥臂的驱动脉冲延时50s(1个仿真步长)来模拟实际工程上下桥臂中的信号延迟不对称，由此造成上下桥臂电容电压不平衡。由于RTDS仿真步长限制，延迟时间最小只能设置为50s，工程应用中一般不会出现如此严峻的工况，但此设置对控制算法的有效性验证不会造成影响。UPFC的装置级控制选用文献[13]的控制策略。表1仿真目标系统参数Tab.1Themainparametersofthesimulationsystem参数取值及单位系统电压230kV串、并联MMC容量60MVA直流侧电压72kV桥臂模块数48桥臂电感值20mH子模块电容值8000f子模块电容电压额定值1.6kV并联侧变压器漏抗10%图7、8分别为MMC-UPFC串联侧和并联侧仿真波形图，0.05s时加入桥臂电压平衡控制。图7、8(a)(d)(f)各有6条曲线，分别为上桥臂3条(三相)和下桥臂3条(三相)；图7、8(b)(c)(e)各含有3条曲线(三相)。本文研究重点是上下桥臂间电容电压的区别，而上下桥臂三相间是对称的，故无需考虑相间区别，未标注相别，只在图7、8(a)(d)(f)对上下桥臂进行了标注。观察图7、8可知，上下桥臂电容电

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本文编号：2569123