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一种串联侧三相解耦型统一电能质量控制器

更新时间：2019-12-25 08:04:38 大小：843K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：电能质量控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

传统模块化多电平变换器统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的串联部分采用单变换器和三个单相耦合变压器,三个单相耦合变压器在变换器侧成星形联结.该结构使UPQC装置的无法补偿包含有零序分量的电压暂升/暂降.为此提出了拓扑结构改良的MMC-UPQC以改善UPQC的电压暂升/暂降能力.新拓扑MMC-UPQC串联部分采用等效串联的双变换器和三个单相耦合变压器,三个变压器在变换器侧无直接联结,串联部分实现了串联侧的三相解耦.文中分析了新拓扑MMC-UPQC改善电压暂升/暂降补偿能力和提高系统安全性、可靠性的原理.通过仿真研究,验证了新拓扑结构MMC-UPQC的正确性.与传统MMC-UPQC相比,新拓扑结构MMC-UPQC可补偿同时包含正序、负序和零序分量的电压暂升/暂降,并从减小串联变换器交流电流、降低公共直流侧电压和变换器级的冗余运行三方面可提高系统的安全性和可靠性.所提出的新拓扑结构MMC-UPQC适用于大功率应用场合.

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2016年1月

v01．31

Jan．

No．2

201 6

电工技术学报

TRANSACTIONS0F CHINA ELECTROTECHNICAL

第3l卷第2期

SOCIETY

一种串联侧三相解耦型统一电能质量控制器

王

浩1，2

刘进军2梅桂华1

广州

510080

(1．广东电网公司电力科学研究院

西安 710049)

2．西安交通大学电气工程学院

摘要传统模块化多电平变换器统一电能质量控制器(MMc—uPQc)的串联部分采用单变换

器和三个单相耦合变压器，三个单相耦合变压器在变换器侧成星形联结。该结构使uPQc装置的无

法补偿包含有零序分量的电压暂升／暂降。为此提出了拓扑结构改良的MMC．uPQc以改善uPQC

的电压暂升／暂降能力。新拓扑MMc—uPQc串联部分采用等效串联的双变换器和三个单相耦合变压

器，三个变压器在变换器侧无直接联结，串联部分实现了串联侧的三相解耦。文中分析了新拓扑

MMc．uPOc改善电压暂升／暂降补偿能力和提高系统安全性、可靠性的原理。通过仿真研究，验证

了新拓扑结构MMC．uPQC的正确性。与传统MMC．uPQc相比，新拓扑结构MMc，uPQc可补偿

同时包含正序、负序和零序分量的电压暂升／暂降，并从减小串联变换器交流电流、降低公共直流侧

电压和变换器级的冗余运行三方面可提高系统的安全性和可靠性。所提出的新拓扑结构

MMC．uPOC适用于大功率应用场合。

关键词：统一电能质量控制器电压暂降

中图分类号：TM71

串联侧模块化多电平变换器三相解耦

Conditioner with Three—Phase

in Series Section

G“f办甜口1

Unined Power

Ouality

Decoupling

三i甜历巧“”2^匏i

Ff白胛g上砌D1，2

Institute

PowerGrid

^ofGuangdong

Co印oration

(1．Electric PowerResearch

5 l 0080 China

Guangzhou

2．SchoolofElectrical

Xi’an

Xi’an 710049 China)

Engineering

Jiaotong University

multlleVel conVerter—unlned

Abstract In traditional modular

section

power quallty condltloner【MMC_

and three

transf．0mers．These three

single

conVerter

UPQC)，series

adopts sin91e

sin91e phase

f．ails to

transfomers are connected in star at conVener side．With this

structure， UPQC

phase

the

with zero

noVel

compensate

v01tage swell／sag

sequence．A

top0109y MMC—UPQC ^isproposed

the noVel

the

capability．In

topology MMC—UPQC，se“es

t1‘ansfbmers that haVe no

single phase

improve

section

v01tage swell／sag compensation

in series and three

dual conVerters

adopts equiValent

connection，which

this

of the noVel

direct

can realize

three—phase decoupling．

paper，principle

and to increase the

the

topology MMC—UPQC

improve

Voltage swell／sag compensation capability

simulation results the ef亿ctiveness of

the novel

the

and

svstem safetv

reliability

analyzed．The

verify

MMC．UPQC．Compared ^with

MMC—UPQC，the ^noVelMMC-UPQC

the traditional

can

compensate

and zero

canincrease the

sequence．The ^noVelMMC—UPQC

with

voltage swell／sag

positive，negatiVe

of series

the cuⅡent

the

and

V01tage

system safety

reliability by decreasing

conVerter，decreasing

_operatingmode at conVener leVel．

redundant

common dc side or

adopting

Unined

mult订eVel

section，modular

power quality conditioner，Voltage sag，series

Keywords：

converter，three—phase decoupling

国家重点基础研究发展计划(973计划)(2009CB219705)项目资助。

收稿日期2013一12—17 改稿日期2014一02—22

万方数据

216

电工技术学报

2016年1月

引言

现代工业、商业和居民用电设备对电源特性变

究验证了该拓扑结构MMc．uPQc的正确性。

化的敏感性呈逐年上升趋势，所面临的电能质量问

题越发复杂，由电能质量问题引起的损失也日趋增

加[1’2]。为了提高供电质量、降低因电能质量问题造

成的损失，采用各种先进的电能质量调控装置成为

未来电力供应的发展趋势。

Power

统一电能质量控制器【3】(unmed

Quality

conditioner，UPQC)是一种先进的电能质量调控装

置，能综合解决电压型和电流型电能质量问题。

UPOC包括并联部分和串联部分，其中串联部分用

于解决电压问题，具备DVR、DUPS功能；并联部

分用于解决电流问题，具备D—STATCOM、APF功

能。在UPQC的概念提出后，国内外学者对UPQC

的控制方法、拓扑结构等方面进行了研究[4。6]，并有

研制小容量UPQC实验样机的报道[”。传统的两电

平变换器拓扑的uPQC装置对开关器件的高要求导

致了UPQC装置在实际工程应用，特别是在中高压、

大容量供电领域的应用存在困难。模块化多电平变

Multilevel

换器州(Modular

Converter，MMC)技术

的出现和发展为基于IGBT等全控开关器件的电力

电子装置在中高压、大功率场合的应用提供了基础。

该技术在柔性直流输电领域[9‘111、中高压

STATCOM[12，13]的应用展现了优势。随着MMC技术

的拓扑结构、控制策略等方面研究的发展‘14，15】，基

于MMC技术的UPQC拓扑应用在中压配电场合己

成为可能。

模块化多电平变换器统一电能质量控制器[1^6】

(MMC—UPQC)可应用在中压场合，综合地解决配

网中压馈线的电能质量问题。MMC—UPOC的串联

侧的最重要功能是解决馈线的电压暂升／暂降问题，

其中三相不平衡电压暂降是难点。由于传统

MMC．UPQC受限于其拓扑结构，只能补偿包含正、

负序电压的三相不平衡，无法补偿包含零序电压的

三相不平衡。如何改善MMC—UPQC的拓扑结构，

提高MMC．UPQC的三相不平衡补偿能力具有重要

图2 MMC变换器结构

研究意义。

The stmcture

of MMCconverter

diagram

Fig．2

基于此，本文提出了一种新拓扑结构的

MMC．UPQC，该MMC—UPQC串联侧可补偿包含负

序和零序分量的不平衡电压暂升／暂降，并可降低流

经串联侧变换器的交流电流，从而提高系统的安全

性和可靠性。文中给出了新拓扑结构MMC．UPOC

的性能分析，并在PSCAD仿真平台上通过仿真研

基于图2拓扑结构的MMC—uPQC，其串联部

分三个单相变压器在变换器侧成星形联结，在馈线

侧分别串联在三相馈线上。在该联结方式下，串联

变换器输出可耦合到变压器馈线侧，用于补偿馈线

电压出现的暂升／暂降。但是在该联结方式下串联变

万方数据

王

217

第31卷第2期

浩等一种串联侧三相解耦型统一电能质量控制器

换器输出的零序电压会出现在这三个单相变压器的

星形中性点处，无法耦合到变压器馈线侧。即传统

拓扑结构的MMC—UPQC只能补偿含正序、负序分

量的电压暂升／暂降，无法补偿含零序分量的电压暂

升／暂降。

SPwM调制)时，串联变换器交流输出线电压弧。。。

需满足

‰ 。赢蒜

新拓扑MMC—UPQC的串联部分同时采用两个

串联变换器，在连接上两变换器的直流侧并联连接、

交流输出端等效串联连接，在控制上两变换器被控

制为瞬时值即为相反数值(等幅反相)的电压源。

故两个串联变换器等效串联的交流输出线电压氓，。。。

需满足

新拓扑MMC．uPQC

2．1

拓扑结构

提出新拓扑MMC—uPOc以改善传统MMC—

UPQC的电压暂升／暂降补偿能力，结构如图3所示。

新拓扑MMC—UPOC由串联部分和并联部分组成，

串联部分包括两个串联变换器和三个单相隔离变压

器，并联部分包括一个并联变换器。串、并联变换

器均采用MMC变换器，其结构如图2所示。

‰ cn 面赢

由式(1)和式(2)可见，在选择相同大小的公共

直流侧电压时新拓扑MMC—UPOC的交流输出电压

可达传统MMC—UPQC的2倍。因此串联变压器的

一次、二次侧比例能够设置的更低，从而使得流经

串联变换器的交流电流更低，提高了系统工作的安

全性和稳定性。而在选择相同大小的交流侧输出电

压时新拓扑MMC．uPQC的公共直流侧电压可降低

到传统MMC—UPQC的一半。因此可降低系统的绝

缘水平，从而提高系统工作的安全性和稳定性。

由于新拓扑结构MMC—UPOc采用了两个串联

变换器，且两个串联变换器交流端等效串联，故串

联部分可引入变换器级的冗余运行机制：

。一

阮

‰

L一

串联 —了7百一并联

阮c}

变换器

—二上一

串联

变换器

Ⅱ

(1)在串联部分的两个串联变换器的交流侧均

并联双向晶闸管。

图3

The

新拓扑MMC—UPQC结构

ofnew _topologyMMC

^stTllcturediagram

Fig．3

(2)两个串联变换器无故障时，并联晶闸管处

于开通状态，两个串联变换器同时工作。

2．2改善电压暂升／暂降补偿能力

(3)当其中一个串联变换器出现故障，其并联

的双向晶闸管闭合旁路该故障变换器，另一串联变

换器继续工作。

在所提新拓扑MMC—uPQC中，它们同一相的

交流输出端分别连接到同一单相隔离变压器，单相

耦合变压器的另一侧串联接入馈线。在该连接方式

下，串联部分的三个单相变压器在物理连接上不存

在直接的连接关系，可同时耦合正序、负序和零序

的串联变换器输出电压到馈线侧。故串联侧的三相

输出是三相解耦的，基于该拓扑结构的MMC．UPQC

可同时补偿含正序、负序和零序电压暂升／暂降，可

改善传统MMc．uPQc的电压暂升／暂降补偿能力。

2．3提高可靠性／安全性

新拓扑结构MMc．uPQC在一个串联变换器故

障时另一串联变换器可持续运行，但此时UPQC等

效于传统MMC—UPQC，电压暂升／暂降补偿能力下

降。新拓扑结构MMC．uPQC可实现单个串联变换

器故障的冗余运行，从而提高系统工作的安全性和

稳定性。

仿真实验

传统MMc．uPOc的串联变换器交流输出线电

3．1

仿真参数

压弧。。。的最大有效值由公共直流侧电压砜。、桥臂

电抗和所采用调制方式来决定。当桥臂电抗取20％

(系统标幺值)、变换器调制比为0．816(载波移相

采用本文的新拓扑MMC—UPQC，基于PSCAD

进行仿真研究。仿真电路主要参数见表l。

万方数据

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