基于双频功率回路的星型级联H桥STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究.pdfVIP

摘要

摘要

由于风力发电、光伏发电具有随机性、间歇性与波动性，新能源发电大规模并网对

电网电能质量造成了影响。为了提升系统的电能质量，维持电压稳定、提高系统功率因

数，需要对电网进行无功补偿和不平衡功率补偿。而级联H桥STATCOM具有模块化、

易扩展的特点，对于改善电能质量、提升电网传输容量、增强电力系统稳定性等具有重

要的作用。

相比于三角型结构的级联H桥STATCOM，星型联结的级联H桥STATCOM拓扑

单相仅需承受相电压，选用相同耐压等级子模块的情况下可以有效减少相内子模块的数

量，降低系统体积与成本、控制复杂度。但是三角型结构本身构成了三相间功率交换的

内部通道，而三相三线制的星型STATCOM拓扑缺少公共直流端或直接的相间功率交换

通路，因此相比于三角型连接拓扑，星型连接拓扑对于系统的不平衡分量补偿能力更弱。

缺乏相间功率交换通路、负序能力补偿弱的特点极大地制约了星型结构的应用场景。针

对星型级联H桥STATCOM拓扑缺乏相间功率交换通路、应用场景受不平衡分量补偿

能力限制的问题，本文提出了一种拓扑与控制策略的改进方法，具体如下:

(1)本文提出了一种具有双频功率回路的星型级联H桥STATCOM拓扑结构，在传

统星型级联H桥STATCOM拓扑的基础上，该拓扑增加了两组相间RLC谐振器回路，

构成了相间谐振频率功率交换通路，弥补了传统星型拓扑缺乏相间功率交换通路的缺陷。

通过注入谐振频率分量通过RLC谐振器回路在相间进行流动，能够实现相间功率传输，

补偿三相不平衡功率，实现相间电压均衡控制。

(2)本文研究了基波频率与谐振频率两种频率分量的共同产生与解耦控制。基于传

统载波移相调制法推导分析了混频载波移相调制法，在传统载波移相调制的基础上，将

基波频率分量与谐振频率分量两种频率分量进行叠加共同构成调制波。由于不同频率间

的正交性，因此采用混频载波移相调制法可以实现基波频率与谐振频率两种频率分量的

解耦输出。针对基波频率与谐振频率的解耦控制，主要分析了两种频率分量功率回路的

阻抗匹配参数设计，通过阻抗匹配设计实现两种频率分量的功率分流与解耦控制。针对

谐振频率分量的作用主要分析了相间谐振频率移相控制的作用，通过控制谐振频率分量

间的移相角大小与方向控制相间功率传输。

(3)本文针对所提出的具有双频功率回路的星型级联H桥STATCOM拓扑，在拓扑

结构与工作原理分析的基础上，进一步提出了基于双频功率的相间直流侧电压均衡控制

策略，实现系统不平衡分量补偿与相间直流电压均衡控制。针对所提出的具有双频功率

回路的星型级联H桥STATCOM拓扑结构及其直流电压均衡控制策略，进行了系统仿

真与实验验证，结果证明了所提拓扑及控制策略的有效性。

关键词：星型级联H桥STATCOM，双频功率回路，相间功率传输，相间直流电压均衡，

移相控制

I

摘要

II

Abstract

Abstract

Duetotherandomness,intermittencyandvolatilityofwindpowerandphotovoltaicpower,

large-scaleapplicationofnewenergyaffectsthepowerqualityofthegrid.Inordertoimprove

thepowerquality,includingmaintainingthevoltagestabilityandimprovingthesystempower

factor,reactivepowercompensationandunbalancedpowercompensationshouldbecarriedout.

ThecascadedH-bridgeSTATCOM