級聯(lián)多電平STATCOM-BESS的關鍵控制技術研究.pdf

1、級聯(lián)多電平變換器以低壓器件形成高壓輸出，便于模塊化設計和批量生產(chǎn)，在高壓大容量變換器中占據(jù)重要地位。它特別適合靜止同步補償器和電池儲能系統(tǒng)這類不需要公共直流電源的場合。被認為在當前可再生能源對電網(wǎng)滲透率逐漸提高的背景下有良好的應用前景。然而作為多電平家族中的晚進成員，級聯(lián)多電平變換器自身尚有不少問題需要完善。本研究從工業(yè)應用中±10Mvar/10kV級聯(lián)多電平STATCOM中出現(xiàn)的具體問題出發(fā)，研究了級聯(lián)多電平變換器不平衡工況下的控制方

2、法和級聯(lián)多電平變換器并網(wǎng)電流直流分量抑制方法。并設計了一種無需直流電感的低紋波級聯(lián)多電平電池儲能系統(tǒng)。
　　電網(wǎng)三相不平衡工況下的運行能力是考察并網(wǎng)型電力電子裝置的一個關鍵指標。特別是對于STATCOM和電池儲能系統(tǒng)（BESS）這類電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置而言。本文針對星形連接的級聯(lián)多電平變換器提出了一種分相控制方法。通過將三相電流指令中的零序成分實時分離，該方法可以在不影響其他控制環(huán)節(jié)的情況下去除三相并網(wǎng)指令中的零序成分，從而實現(xiàn)了三線

3、制系統(tǒng)下三相電流控制的解耦。使得對星形連接的級聯(lián)多電平變換器也可以像三角形連接的級聯(lián)多電平變換器一樣進行三相獨立控制。這樣就可以使變換器自動地適應不平衡的電網(wǎng)電壓，而無需為不平衡工況設置額外的處理方法。該方法已在±10Mvar/10kV級聯(lián)多電平STATCOM產(chǎn)品中得到了應用。
　　除控制方式外，電網(wǎng)不平衡工況下影響變換器能否正常工作的另一個因素是變換器所承受的電壓應力。本文從這個角度出發(fā)，力圖尋找不同控制方法下級聯(lián)多電平變換器適

4、應電網(wǎng)不平衡程度的理論極限。結(jié)合對級聯(lián)多電平變換器常用控制方法的分析，建立了基于幾何原理的不平衡適應度評估模型，并求出了常用方法下變換器電壓應力和電網(wǎng)不平衡度之間的解析表達式。
　　針對級聯(lián)多電平STATCOM并網(wǎng)電流直流分量問題，本文分析了直流分量產(chǎn)生、放大的原因，并提出了解決方案。本文研究發(fā)現(xiàn)電流互感器的引入將導致并網(wǎng)型電力電子裝置注入電網(wǎng)的直流分量放大，特別是當裝置采用瞬時電流環(huán)下的PI控制器時，會出現(xiàn)直流分量持續(xù)積累的情況

5、。針對這個問題，提出了一種基于直流側(cè)電壓工頻紋波檢測的并網(wǎng)電流直流分量抑制方法。該方法可實現(xiàn)在無法直接獲取并網(wǎng)電流直流分量的情況下抑制直流分量，且無需增加額外元件。然后給出了該方法的工作原理和設計方法。實驗說明，所提出方法能有效地抑制并網(wǎng)電流直流分量。
　　級聯(lián)多電平變換器輸出電壓高，且具有多個獨立直流端口。被認為十分適合用于大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)的功率變換系統(tǒng)。本文進行了100MVA級聯(lián)多電平電池儲能系統(tǒng)的方案論證和主電路參數(shù)設計。

6、為解決電池側(cè)無源濾波器參數(shù)過大的問題，設計了一種有源紋波抑制器（ARC）。該設計說明，通過增加2.5％的開關器件容量，可以實現(xiàn)將54個直流濾波電感減小10倍。隨后的分析和設計說明，通過引入一種天然的負反饋機制，該ARC電路只需單閉環(huán)單參數(shù)的控制即可進行電池紋波電流抑制，同時在無需直流電源的情況下穩(wěn)定自身的直流母線電壓。最后PSCAD/EMTDC仿真環(huán)境中，對所設計具有54個子系統(tǒng)的有源紋波抑制型級聯(lián)多電平儲能變換器進行了全系統(tǒng)仿真研究，