[發明專利]三相不平衡下雙H橋MMC結構的無功補償裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201510980415.4
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105490285B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 高晗瓔;王海瑞;于美潔;張仕野
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02M5/458
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

三相不平衡下雙H橋MMC結構的無功補償裝置及其控制方法，它涉及一種MMC無功補償裝置及其控制方法。本發明是為了解決現有技術的無功補償裝置存在在三相電網電壓不平衡狀態下三相間的能量流動性差，系統工作效率低，安全性和穩定性差的問題。本發明主控部分的第一控制器采用基于前饋解耦的正負序分離的雙環控制策略生成三相調制信號，通過基于載波移相的電壓排序控制法生成驅動信號；第二控制器采用在對環流進行正負序分離的基礎上，通過對第二H橋單元自身電容電壓的均衡控制和抑制系統環流控制策略結合，生成三相調制信號。本發明在電網不平衡的情況下能快速、安全、穩定進行工作。

技術領域

本發明涉及MMC無功補償裝置及其控制方法，具體涉及三相不平衡下雙H橋MMC結構的無功補償裝置及其控制方法，屬于無功補償技術領域。

背景技術

電能作為人們生活所必需的能源，其覆蓋范圍和應用程度代表著我國綜合國力。隨著電力電子技術的迅猛發展，并被大規模地運用在了電力領域，而且由于不平衡和非線性的負荷在配電網中不斷地增多，電能質量受到了嚴重影響，其危害越來越嚴重，必須加以改變。靜止無功發生器(STATCOM)是一種基于全控型電力電子器件的補償裝置，具有體積小、調節速度快、調節范圍廣和輸出電流諧波含量少等特性，不僅能夠有效地滿足電網節能、降損的要求，而且有利于改善電網的供電質量。

目前，常見的多電平拓撲結構主要有三種：二極管鉗位型、飛跨電容型以及H橋級聯型。二極管鉗位型和飛跨電容型結構，隨著電平數的增加，所需的開關器件和鉗位電容數量會大大增加，不利于實現更高電平的變換電路，而且電容電壓不易均衡，推廣應用受到限制；H橋級聯結構，當三相輸出的電流不均衡時，橋臂間不能傳遞有功能量，難以實現三相模塊間的電容電壓平衡。

為此，德國慕尼黑聯邦國防軍大學的學者提出了模塊化多電平換流器(MMC)的拓撲結構。但MMC功率拓撲結構應用在高壓、大容量系統時，也存在一些問題：如何降低MMC構成單元的開關頻率，降低功率損耗；如何在現有硬件資源的前提下，少量增加硬件單元以提高MMC輸出的電平數；并且由于子模塊電容電壓的不平衡，會引起每一相上、下橋臂間與橋臂內子模塊間的能量分布不平衡，導致環流的產生，所以需要進行環流抑制等。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術的無功補償裝置存在在三相電網電壓不平衡狀態下三相間的能量流動性差，系統工作效率低，安全性和穩定性差等問題。

本發明的技術方案是：三相不平衡下雙H橋MMC結構的無功補償裝置，包括：主控部分和驅動單元，所述主控部分包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器包括正負序分離單元、正序電流控制環、負序電流控制環、第一調制單元和電容電壓排序單元，所述正負序分離單元的正序輸出端和負序輸出端分別接入正序電流控制環和負序電流控制環，正序電流控制環的輸出端和負序電流控制環的輸出端連接第一調制單元，第一調制單元的輸出單通過電容電壓排序單元連接驅動單元，所述第二控制器包括正序環流控制環、負序環流控制環和第二調制單元，正序環流控制環的輸出端和負序環流控制環的輸出端通過第二調制單元連接驅動單元。

所述正負序分離單元包括電壓正負序分離模塊、電流正負序分離模塊、鎖相環、三角轉換模塊、第一坐標轉換模塊和第二坐標轉換模塊，電壓正負序分離模塊的正序電壓輸出端依次通過鎖相環和三角轉換模塊連接第一坐標轉換模塊，電流正負序轉換模塊的輸出端分別連接第一坐標轉換模塊和第二坐標轉換模塊，第一坐標轉換模塊的輸出端為正序輸出端，第二坐標轉換模塊的輸出端為負序輸出端。