[发明专利]一种链式SVG及其直流侧电容电压均衡控制方法和装置

说明书

本发明涉及一种链式SVG及其直流侧电容电压均衡控制方法和装置，该链式SVG直流侧电容电压均衡控制方法是一种载波对换控制方法，按照设定的对换周期同步将链式SVG同一相换流链内的第i个功率模块的三角载波与第i+N/2个功率模块的三角载波进行对换；其中，i的取值范围为1～N/2，N为链式SVG每相换流链的功率模块个数，N≥2，且N为偶数。该控制方法能够有效解决不同功率模块间三角载波相位差异引起的功率模块直流侧电容电压不均衡问题，还能够大幅度降低动态均衡周期，突破了现有方法在快速性方面的局限性，可有效提升功率模块直流侧电容电压均衡效果。

技术领域

本发明涉及一种链式SVG及其直流侧电容电压均衡控制方法和装置，属于链式SVG直流侧电容电压均衡控制技术领域。

背景技术

近年来随着电力电子开关技术的进步和现代控制理论应用的日益成熟，无功补偿技术中的静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)逐步兴起。SVG具有补偿系统感性和容性无功、提高系统功率因数、改善电能质量、提高电力系统稳定性等多重功能，是柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission Systems，FACTS)的重要组成部分。SVG相当于可控的无功功率电源，其输出的无功电流可快速跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需的无功功率，对电网的无功功率实现动态无功补偿。

通常情况下，链式SVG由多个功率模块级联设置，而且，功率模块通常为H桥功率模块，如图1所示。链式SVG采用载波移相单极性倍频调制策略，同一相换流链内功率模块的三角载波相位间隔为180°/N，每个功率模块输出电压含有基波分量和次数为k＝2mk_c+n的边带谐波，其中m＝1，2，3…，n＝±1，±3，±5…，k_c＝f_c/f₀，k_c为载波频率与基波频率的比值，即载波比。同一相换流链内功率模块的基波分量的幅值和相位相同。当m为N的整数倍时，同一相换流链内功率模块在该频率附近的边带谐波幅值和相位均相等，换流链输出电压在该频率附近的边带谐波为各功率模块在该频率附近的边带谐波的相量叠加量；当m为其它整数时，同一相换流链内功率模块在该频率处的边带谐波幅值相同，相位在空间均匀分布，换流链输出电压不包含该频率附近的边带谐波，实现了边带谐波抵消，换流链等效开关频率提高至2Nf_c。

链式SVG的开关频率较低，一般为200Hz～400Hz，功率模块输出电压的边带谐波映射到基波上的基波分量部分不可忽略，其与SVG基波电流产生有功功率，再由于流入同一相换流链内每个功率模块的基波电流相同，而功率模块输出电压的边带谐波映射的基波分量部分幅值相同，相位不同，从而造成同一相换流链内功率模块吸收的有功功率不同(但有功功率之和为0)，进而引起同一相换流链内功率模块直流侧电容电压的不均衡。同理，当SVG输出谐波电流时，谐波电流与同一相换流链内功率模块的边带谐波产生的有功功率也不同，也会引起同一相换流链内功率模块直流侧电容电压的不均衡。

为解决上述由于同一相换流链内不同功率模块间三角载波相位差异引起的功率模块直流侧电容电压不匀衡问题，文献《载波轮换调制在级联H桥型STATCOM中的应用》中提出了一种功率模块间载波轮换的新型调制策略。该调制策略将各功率模块的三角载波进行反复的周期轮换，载波切换周期为一个调制波周期的整数倍，N个载波切换周期后恰好完成一个周期轮换，实现了一个轮换周期内每个功率模块的有功动态平衡。以一个N＝12的10kV电压等级链式SVG为例，即该链式SVG每相换流链由12个功率模块级联构成，一个载波轮换周期至少为0.24s；以一个N＝40的35kV电压等级链式SVG为例，即该链式SVG每相换流链由40个功率模块级联构成，一个载波轮换周期至少为0.8s。可见，上述调制策略实现功率模块间有功动态平衡的最短载波轮换周期比较长，且与功率模块数成正比。而且，功率模块数越多，其直流侧电容电压均衡越困难，越需要实现快速的均衡，所以，上述调制策略在快速性方面具有一定的局限性，直流侧电容电压均衡效果有待提升。

发明内容