【摘要】：建立了基于模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)拓撲的統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的詳細數(shù)學模型,討論了串聯(lián)式接入系統(tǒng)和并聯(lián)式接入系統(tǒng)對MMC內部特性的影響,結果顯示串聯(lián)式接入更易出現(xiàn)上下橋臂電容電壓不平衡現(xiàn)象;探討了低頻環(huán)流的本質,揭示了單相系統(tǒng)功率與環(huán)流的關系,得到通過控制橋臂電容電壓可抑制低頻環(huán)流的結論。以理想工況下橋臂電容電壓為控制目標,設計了基于基頻和負序二倍頻旋轉坐標系的電壓平衡控制器,該控制器可同時適用于并聯(lián)側和串聯(lián)側。RTDS仿真結果證明在最近電平逼近調制下所提控制策略可有效控制橋臂電壓平衡,并能抑制負序二倍頻環(huán)流。
【圖文】：

鋢鍍蹈?序旋轉坐標系的上下橋臂電容電壓平衡控制方法，該方法可以同時適用于串聯(lián)側和并聯(lián)側。1MMC-UPFC系統(tǒng)接入方式和模型圖1是MMC-UPFC的系統(tǒng)接入圖。2個MMC通過直流隔離開關背靠背連接組成MMC-UPFC的本體裝置，UPFC的并聯(lián)側MMC1通過并聯(lián)變壓器連接在系統(tǒng)1母線上，串聯(lián)側MMC2通過串聯(lián)變壓器串入線路。機械旁路開關與串聯(lián)變壓器并聯(lián)，在串聯(lián)側MMC長時間退出運行時，，機械旁路開關開通旁路整個串聯(lián)側裝置；晶閘管旁路開關用來在緊急工況下快速旁路串聯(lián)側MMC，保護裝置。圖2為MMC單相等效圖。圖2中：usj(j=A、圖1MMC-UPFC系統(tǒng)接入圖Fig.1SystemaccessofMMCtopologyLpjunjudcupjinjiSMSMSMSMCRT1T2sjusjidciciu0R圖2MMC單相等效圖Fig.2Single-phaseequivalentcircuitofMMCtopologyB、C)為閥側交流出口電壓；isj為交流出口電流；upj、unj分為上下橋臂輸出電壓(下角標p代表上橋臂，下角標n代表下橋臂，下同)；ipj、inj分為上下橋臂的橋臂電流；udc、idc分為直流側電壓、電流；R代表取能電源和模塊損耗的等效電阻；C為子模塊電容；L為橋臂電抗；R0為橋臂電抗和換流器損耗等效電阻；uci代表第i個子模塊的電容電壓。橋臂電流和系統(tǒng)電流的關系式[9]為pcsncs1212jjjjjjiiiiii(1)式中icj為j相環(huán)流，理想工況下等于直流側電流的1/3。當N個子模塊級聯(lián)組成橋臂時，其上、下橋臂投入模塊產(chǎn)生的電動勢up和un為ppcp1nncn1NiiiNiiiuduudu(2)式中：ucpi、ucni分別代表上下橋臂第i個子模塊的電容電壓，下標i代表第i(i=1,2,3?

1944崔福博等：基于模塊化多電平換流器的統(tǒng)一潮流控制器橋臂電容電壓平衡控制策略Vol.38No.7圖6為附加電壓平衡控制的MMC整體控制框圖。虛線框內是MMC上層裝置級控制。上層控制產(chǎn)生的控制指令經(jīng)過式(20)生成上下橋臂的調制指令，然后再疊加上下橋臂電容電壓平衡控制的附加指令，最后送給NLM模塊產(chǎn)生每一個子模塊的觸發(fā)信號。refjujurefjujucjidcU/2diffj1udiffj2urefjudcU/2圖6包含電壓平衡控制的MMC總體控制框圖Fig.6TotalcontrolstructureofMMC4控制策略的RTDS仿真驗證利用全數(shù)字電力系統(tǒng)實時仿真平臺RTDS對控制策略進行仿真驗證，系統(tǒng)參數(shù)見表1。將上橋臂的驅動脈沖延時50s(1個仿真步長)來模擬實際工程上下橋臂中的信號延遲不對稱，由此造成上下橋臂電容電壓不平衡。由于RTDS仿真步長限制，延遲時間最小只能設置為50s，工程應用中一般不會出現(xiàn)如此嚴峻的工況，但此設置對控制算法的有效性驗證不會造成影響。UPFC的裝置級控制選用文獻[13]的控制策略。表1仿真目標系統(tǒng)參數(shù)Tab.1Themainparametersofthesimulationsystem參數(shù)取值及單位系統(tǒng)電壓230kV串、并聯(lián)MMC容量60MVA直流側電壓72kV橋臂模塊數(shù)48橋臂電感值20mH子模塊電容值8000f子模塊電容電壓額定值1.6kV并聯(lián)側變壓器漏抗10%圖7、8分別為MMC-UPFC串聯(lián)側和并聯(lián)側仿真波形圖，0.05s時加入橋臂電壓平衡控制。圖7、8(a)(d)(f)各有6條曲線，分別為上橋臂3條(三相)和下橋臂3條(三相)；圖7、8(b)(c)(e)各含有3條曲線(三相)。本文研究重點是上下橋臂間電容電壓的區(qū)別，而上下橋臂三相間是對稱的，故無需考慮相間區(qū)別，未標注相別，只在圖7、8(a)(d)(f)對上下橋臂進行了標注。觀察圖7、8可知，上下橋臂電容電

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