[发明专利]一种用于改善MMC-UPFC串联侧补偿电压电能质量的混合调制策略

说明书

本发明公开了一种用于改善MMC‑UPFC串联侧补偿电压电能质量的混合调制策略及其平滑切换，在最近电平逼近NLM调制和引入虚拟循环映射的载波层叠CD‑SPWM‑VLM调制的基础上，提出了混合调制策略，结合南京UPFC实际工程参数，分析了电网电压谐波含量与逆变器调制比之间的关系，由此确定了混合调制策略的控制阈值以尽可能实现平滑切换，首先，读取并计算串联侧补偿电压三周期的平均调制比m，当m大于0.5时采用NLM，反之则采用CD‑SPWM‑VLM。在运行过程中，当检测到大于等于0.6时，采用NLM；当小于等于0.4时，采用CD‑SPWM‑VLM，该策略在很好地改善MMC输出串联补偿电压谐波特性的同时，又不致产生过多的器件开关损耗，在UPFC工程仿真模型中验证了该控制策略的有效性。

技术领域

本发明涉及提高电网MMC-UPFC串联补偿电压电能质量的混合调制策略。该方法基于最近电平逼近与引入虚拟循环映射的载波层叠调制，属于UPFC电能质量改善研究技术领域。

背景技术

统一潮流控制器(UPFC)是目前综合功能最为强大的柔性交流输电系统(FACTS)装置。1992年，UPFC作为一种完善的装置概念被提出，迄今为止，UPFC领域从理论研究到建模分析，再到工程应用，都取得了一系列的丰硕成果。集电压调控、阻抗补偿、相角调节及潮流控制等功能于一体，UPFC对提高电力系统的稳定性有着重要作用。

模块化多电平换流器(MMC)代表着第三代直流输电技术的发展方向。相对于两电平和三电平换流器等拓扑结构，MMC具有制造难度低、开关损耗小、波形质量高、可扩展性强等优势。鉴于MMC在柔性直流输电领域的研究基础和工程经验，越来越多的研究已将其推广至柔性交流输电领域，典型之一便是UPFC工程领域。将MMC技术应用于UPFC工程，是UPFC技术应用的跨越式发展。

在MMC-UPFC中，控制系统根据有功、无功及电压等设定值及实际测量值决定串联补偿电压V_pq，调制比m表示V_pq的峰值与1/2的UPFC直流侧电压之比。当系统所需串联补偿电压较低，调制比m较小时，MMC逆变输出电压包含的电平数较少，将引入较多的谐波成分，从而影响电压质量。

针对该问题的已有研究较少，有文献提出一种直流降压法，当串联补偿电压一定时，通过降低直流侧电压，同时配合并联变压器分接头的调整，使得交流侧输出的阶梯波电平数增多，可以在一定程度上减少谐波含量。该方法理论上可行，但在实际工程中，若直流侧电压降低过多，则可能导致并联侧无功补偿不足，增大线路电压损耗，该方法的调节能力十分有限。还有文献提出可以通过改变线路的无功功率以提高串联侧MMC的调制比，但由此方案得到的控制策略将更加复杂。有研究提出将特定谐波消去调制技术(SHEPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)应用于UPFC的逆变器控制中，能够减小输出电压畸变率，提高直流电压利用率，但这两种调制方法在MMC领域仍需进一步的理论研究和工程实践。

因此，研究并改善UPFC串联侧输出电压的谐波特性，对保证电力系统电压质量具有重要的意义。

发明内容

发明目的：改善在低调制比下MMC-UPFC补偿电压的谐波含量，提高电压电能质量。

本发明的技术方案是：以最近电平逼近(NLM)与引入虚拟循环映射的载波层叠正弦脉宽调制(CD-SPWM-VLM)为基础，在分析其谐波特性的基础上提出了一种新型的混合调制策略及其其平滑切换。具体包括以下步骤：

(1)结合实际工程参数，分别建立了最近电平逼近调制方法和引入虚拟循环映射的载波层叠调制方法下，电网电压谐波含量与换流器调制比的定量关系。

(2)以电压谐波含量与换流器调制比的定量关系为基础确定混合调制策略中的切换阈值，以实现平滑切换。

所述步骤(2)具体包括：

(1)读取控制系统计算出的串联侧补偿电压，并计算出三周期的平均调制比；