[发明专利]基于可变直流电压的MMC-STATCOM无功输出能力提升控制系统及方法

说明书

本发明涉及基于可变直流电压的MMC‑STATCOM无功输出能力提升控制系统及方法，包括交流电网、电网负载、MMC‑STATCOM和MMC‑STATCOM控制系统，其中交流电网通过交流输电线路与电网负载相连，MMC‑STATCOM通过连接变压器并入交流电网，MMC‑STATCOM控制系统连接MMC‑STATCOM。本发明MMC‑STATCOM控制系统能够通过简单的模式判断，在调制比信号达到其最大值时，生成控制信号启动调制比控制器，将调制比维持在其最大值，避免了系统进入过调制状态，提高了MMC‑STATCOM运行稳定性。同时本发明较于传统定直流电压控制，可在系统无功需求较大时在允许范围内增大直流电压，进而提升MMC‑STATCOM的输出交流电压和无功输出能力。同时相较于三次谐波电压注入等方法，本文所提方法控制结构简单、易于实现，并且不易受到MMC原有控制的影响。

技术领域

本发明属于灵活柔性交流输电系统无功补偿技术领域，尤其是基于可变直流电压的MMC-STATCOM无功输出能力提升控制系统及方法。

背景技术

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)具有无功补偿调节速度快、范围广等特点，可有效提高系统功率因数，改善电网电压质量，是柔性交流输电系统的重要技术之一。随着电力系统规模的不断扩大，STATCOM向高压大功率方向发展成为一种趋势。而模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有无需大量IGBT直接串联、滤波器装置要求低和易于扩展等特点，适用于高电压和大功率场景。因此，基于MMC的高压大功率STATCOM近年来受到广泛关注。

MMC-STATCOM的无功输出能力对维持系统电压稳定性至关重要，但在传统定直流电压控制下，由于MMC的运行特性受到各类约束条件的限制，其可输出的最大无功功率被显著削弱。现有研究表明，MMC的无功输出能力主要受到输出交流电压约束。而MMC输出交流电压受其子模块电容电压波动范围和调制比运行范围影响。其中，调制比运行范围对MMC的无功输出能力影响更为显著。基于此，现有文献指出增大MMC的调制比可提升其输出交流电压和无功输出能力。然而单纯地增大调制比会使MMC进入过调制区，迫使输出交流电压出现“削顶”现象，导致并网点电压总谐波畸变率急剧上升而无法满足并网标准要求。针对此问题，现有研究主要在保证系统不发生过调制的前提下，通过三次谐波电压注入等优化调制策略来增大MMC调制比，提升MMC输出交流电压和无功输出能力。但是这些方法存在控制方式复杂、实现难度大等问题。

实际上，直流电压作为影响MMC输出交流电压的重要因素，其对MMC无功输出能力的制约作用也不容忽视。但现有研究并未对直流电压这一制约因素进行分析。同时考虑到直流系统绝缘要求，MMC直流电压可在其额定值±10％的范围内变化。因此提高直流电压也可作为提升MMC无功输出能力的有效方式。但是目前尚未有文献从改变MMC-STATCOM直流电压的角度来研究其无功输出能力提升的可行性和控制方案设计。

综上，亟需探究直流电压对于MMC无功输出能力的影响，研究提升直流电压以提升MMC无功输出能力的控制方案设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出基于可变直流电压的MMC-STATCOM无功输出能力提升控制系统及方法，能够解决传统定直流电压控制下MMC-STATCOM输出交流电压可调范围小，无功功率输出能力不足的问题，同时本发明相较于传统定直流电压控制，在系统无功需求较大时可实现对直流电压的灵活调节，从而有效提升MMC-STATCOM输出交流电压和无功输出能力，同时避免过调制现象的出现，保证MMC-STATCOM运行的可靠性。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：