三相Y型链式多电平逆变器不对称运行能力分析.pdfVIP

★第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★ 三相Y型链式多电平逆变器的 不对称运行能力分析 熊连松1。谢亦丰1，祝明华1，卓放1，古金茂2，王新庆2，张军兆2张强2 (1，西安交通大学电气工程学院陕西 西安710049 2．北京星航机电装备有限公司 北京100074) multilevel 【摘要】当三相链式多电平逆变器(cascadedinverten，CMI)工作在负载不 对称的工况时，或者变流器进行基于中性点移位原理的故障功率模块切除控制时，Y型CMI 就必然要工作在三相不平衡的工况，输出三相不对称的相电压。为了满足不对称工况运行的需 要，Y型CMI的变流器设计应当满足一定的电压裕量，以输出不平衡的相电压。显然，电压裕 量越大，装置的不对称运行的能力也越强，但在正常工况下，装置的容量利用率也越低，装置 成本也越高。因此，电压裕量设计应当综合考虑成本和不对称运行能力两个因素。本文通过建 立起Y型CMI的中性点与不对称度之间的数学模型，定量分析了约束条件下的变流器相电压 与不对称度之间的数量关系，从而推导出了不对称运行条件下功率模块数量的设计公式，建立 了CMI不对称运行能力的评估方法，为Y型CMI的功率模块设计和不对称运行能力评估提供 了一些理论依据。 【关键词】Y型cMI；不平衡度；中性点；不对称运行能力 1．弓I言 Y型结构的链式多电平逆变器CMI以其电压高、电平数多、谐波性能好、经济性显著等优 势Il制，从而广泛地应用于中高压电力电子设备，如中高压的链式STATCOM、变频器、大容量 储能系统等。当补偿对象为三相不平衡负载的时候，链式STATCOM输出的补偿电流应当包含 一定成分的负序分量，此时Y型CMI的中性点会发生一定的偏移，变流器工作在三相不对称 的状态【3J。此外，Y型CMI的故障冗余控制，如基于中性点移位控制策略的故障功率模块切除 方法，也要求变流器具备不对称运行的能力，同时要求变流器输出的线电压三相平衡且幅值不 变卜51。 目前，关于不对称运行条件下CMI的控制方法已有大量的文献进行研究。关于故障功率模 块的切除方法也有学者提出了一些切实可行的控制策略，如经典的中性点移位控制策略【6l、故 障无缝切除控制策略[7-8]等。但目前的文献几乎都集中在变流器的控制策略，鲜有文献深入地定 量研究变流器的不对称运行能力以及不对称运行条件下的变流器设计方法。显然，Y型CMI 变流器的设计必须满足一定的相电压余量，才能在不对称工况下输出满足要求的不平衡相电压。 装置的电压裕量越大，不对称运行的能力也越强，但在正常工况下，装置的容量利用率也越低， 基金项目：863计划项目电网消纳大规模间歇式能源的协调控制关键技术，编号： 1 202AA050206 349 ★第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★ 设备成本也越高。因此，相电压的裕量设计应当综合考虑装置的成本和不对称运行能力两个因 素。 电工实践中，一般采用不平衡度这一概念来描述电气物理量的不对称程度。文献侈1给出了 不平衡度的定义： 电量的三相不平张=篙鬈燃×100％ 其中 0≤占≤l (1) 在不含零序分量的三相三线制系统中，三相不平衡度的计算公式为嗍： F=厩… ㈩ 其中， L：!：±垒：生 (口2+62+c2)2 (3) a、b、c分别为电量的三相幅值。 显然，Y型CMI输出相电压的不平衡度越大，其不对称运行能力也越强，即变流器输出相 电压的最大不平衡度反映了装置的不对称运行能力。因此，根据变流器的最大输出电压能够估 计装置的不对称运行能力，根据工况的不对