[发明专利]直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM，涉及电力系统中的无功功率补偿，属电力电子设备领域技术。

背景技术

电力系统中非线性、冲击性和不平衡性负载的广泛使用，容易引起电网电压波动、闪变和三相不平衡，另一方面，随着现代工业技术的不断发展，用电设备对电能质量更加敏感，如何提高和保证电能质量，已成为迫切需要解决的重要课题。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)由于其可连续调节、响应速度快、输出谐波特性好、易于模块化、安装简单使用方便等优点，且在接入电网后能够阻尼电力系统振荡，成为改善电能质量问题的重要措施与发展方向。

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)作为一种适用于高压大功率场合的新型变换技术，与其它无功补偿装置相比，具有可四象限运行、良好扩展性与故障冗余性等特点，已成为分布式能源，配电网中、高压功率变换领域的研究热点。目前MMC-STATCOM的工作普遍沿用MMC变换器中“直流母线电压保持恒定”这一约束条件。但由于MMC-STATCOM的公共直流母线完全由三相桥臂支撑，并非外部电源提供，无需外接大容量电容，亦无后级电路组成背靠背结构，并不受“直流母线电压保持恒定”的限制，理论上存在母线电压非恒定时可靠工作的可能。

本发明提出直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM，通过适当的调制策略可使静止同步补偿器的输出性能更好，进一步减少装置自身对电网的谐波污染。

发明内容

1、发明目的

本发明的目的在于提出一种直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM，为提高MMC-STATCOM的无功补偿性能提供了新的思路，通过适当的调制策略可以使静止同步补偿器的输出性能更优，实现更好的电能质量治理效果。

2、技术方案

为达到上述的发明目的，本发明的直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM主要包括MMC主电路、控制电路以及必要的保护电路，直流母线无外接大容量电容。所述MMC主电路由6个桥臂12个子模块构成，每个桥臂与一个电抗器L串联构成。通过理论和仿真分析，MMC-STATCOM变换器直流母线电压是否恒定与上、下桥臂载波移相正弦脉宽调制(Carrier Phase Shifted SPWM，CPS-SPWM)的载波移相角密切相关，保证三相调制波互差120°，同一相上、下桥臂的子单元模块载波分别移相0°、180°、90°、270°，上下桥臂的调制波相差180°，即可实现直流母线电压的非恒定。直流母线电压非恒定时，MMC变换器交流侧输出电平数明显增加，在相同滤波元件设计的前提下，可进一步降低并网电流THD，提高无功电流质量。本发明中，仅以上述这种调制策略为例进行说明，其分析结果同样适用其它调制策略下实现直流母线电压非恒定的情况。

3、有益效果

本发明的一种直流母线电压非恒定型MMC-STATCOM是一种应用于输配电系统中的无功补偿装置，可补偿不平衡负荷、有效提高电网电压暂态稳定性。由于MMC-STATCOM的公共直流母线完全由三相桥臂支撑，无需外接大容量电容，所以直流母线电压可以是非恒定的。通过适当的调制策略使直流母线电压按一定规律周期性变化，可使静止同步补偿器的输出性能更好，减少装置自身对电网的谐波污染。

附图说明

图1是本发明的三相模块化多电平变换器结构示意图。

图2是本发明的子模块功率单元的电路图。

图3是本发明的MMC-STATCOM单相等效电路。

图4是本发明的将桥臂电感等效到网侧的MMC-STATCOM单相等效电路。

图5是本发明的将桥臂电感等效到网侧后的MMC-STATCOM三相等效电路。

图6是本发明的母线电压恒定型MMC容性无功补偿模态过程。

图7是本发明的母线电压非恒定型MMC容性无功补偿模态过程(1/2周期)。

图8是本发明的母线电压非恒定型MMC-STATCOM的Matlab/Simulink仿真结果图。