近年來，隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，各種新型FACTS裝置不斷出現(xiàn)，STATCOM也不斷向著高壓大功率方向發(fā)展。傳統(tǒng)的采用低電平數(shù)目的電壓源變流器，由于控制簡單、成本較低得到了大量應(yīng)用，但是其電平數(shù)低，輸出電壓電流諧波大，增加了濾波器的的設(shè)計(jì)難度和成本[1-2]。多電平變流器的提出很好地解決了上述問題，通過子模塊的級聯(lián)，使輸出電壓逼近正弦波，大大降低了諧波；模塊化的設(shè)計(jì)便于擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)冗余控制，可以更靈活地適應(yīng)不同的電壓等級；靈活的控制策略省去了笨重的耦合變壓器，降低了系統(tǒng)成本[3]。2002年，MARQUARDT R首次提出模塊化多電平變流器(MMC)的概念[4]，因其具有諸多優(yōu)點(diǎn)成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)，被視為下一代高壓大功率變流器發(fā)展的方向。參考文獻(xiàn)[5]提出了MMC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，參考文獻(xiàn)[6]闡述了MMC在高壓直流輸電領(lǐng)域中的應(yīng)用。
    本文首先分析了M-STATCOM的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)囊蠼⒘薓-STATCOM的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提出了直接電流控制技術(shù)和電容均壓策略。在Matlab/Simulink中建了10 kV M-STATCOM仿真模型，仿真結(jié)果表明本文所提出的控制策略具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)控制效果，達(dá)到了預(yù)期效果。
1 基于MMC的STATCOM
1.1 M-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    M-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。Ls是耦合電感，Rs是電抗的等效電阻。MMC每相由上下2個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由n個(gè)子模塊和1個(gè)電感構(gòu)成。子模塊是MMC的基本組成單元，由1個(gè)電容和2個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的IGBT組成。

其中Id、Iq分別是M-STATCOM的有功電流和無功電流。
    所以通過控制Id、Iq就可以分別控制M-STATCOM與電源交換的有功和無功，即實(shí)現(xiàn)了有功和無功的解耦控制。當(dāng)Id為正時(shí)，系統(tǒng)向M-STATCOM輸送有功；當(dāng)Id為負(fù)時(shí)，M-STATCOM向系統(tǒng)反饋有功。當(dāng)Iq為正時(shí)，M-STATCOM發(fā)出超前的無功；當(dāng)Iq為負(fù)時(shí)，M-STATCOM發(fā)出滯后的無功。
2.2 M-STATCOM均壓策略
    M-STATCOM與普通STATCOM相比，省去了直流側(cè)的大電容，取而代之的是各個(gè)模塊都有一個(gè)懸浮電容，由于各個(gè)模塊的開關(guān)損耗差異、電容損耗差異以及驅(qū)動(dòng)脈沖微小的差異等原因，會造成各個(gè)電容電壓之間存在差異，因此，保證各個(gè)電容電壓都在一定范圍內(nèi)是MMC正常工作的關(guān)鍵。
    本文采用基于排序的電容均壓算法。在每一個(gè)PWM周期內(nèi)，測量所有的模塊電容電壓并按照從大到小的順序進(jìn)行排列，然后根據(jù)橋臂電流方向和應(yīng)該導(dǎo)通的模塊數(shù)，決定要投入的模塊。具體方法是：如果橋臂電流為正，則觸發(fā)導(dǎo)通電容電壓最低的k個(gè)模塊，其余的模塊關(guān)閉；如果橋臂電流為負(fù)，則導(dǎo)通電容電壓最高的s個(gè)模塊，其余的模塊關(guān)閉。如圖2所示，假設(shè)上橋臂導(dǎo)通的模塊數(shù)等于2，下橋臂導(dǎo)通的模塊數(shù)等于3，此時(shí)上下橋臂的電流方向分別為iz1（t）>0， iz1（t）<0。根據(jù)排序算法的原理可知，此時(shí)上橋臂的模塊SM=3和SM=5應(yīng)該投入，下橋臂的模塊SM=7、SM=8和SM=9應(yīng)該投入。通過均壓算法，達(dá)到了電容均壓的目的。

    圖6為M-STATCOM一個(gè)橋臂電容電壓波形，由圖可見，各個(gè)電容電壓基本在一條軌跡上，說明本文的均壓策略是有效的。

    本文首先分析了M-STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，然后建立了M-STATCOM的動(dòng)態(tài)模型，提出了一種電容均壓策略，設(shè)計(jì)了基于直接電流控制策略的M-STATCOM控制系統(tǒng)。數(shù)值仿真結(jié)果表明，本文提出的控制策略正確且有效。
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