链式STATCOM电容电压不平衡现象研究(二)数学模型.pdf

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1、第27卷!第17期Vol.27!No.17!!!!!!2003年9月10日Sept.10200335链式STATCOM电容电压不平衡现象研究(二>数学模型耿俊成!刘文华!袁志昌(清华大学电机系北京市100084>摘要!电容电压不平衡及其控制是链式静止同步补偿器(STATCOM)安全可靠运行必须解决的关键问题O文中建立了链式STATCOM的数学模型9揭示了电容电压不平衡现象产生的机理9正确描述了逆变桥各参数对电容电压分配的影响O基于PSCA的仿真验证了模型的正确性O该模型对于电压平衡控制策略的设计具有重要意义O关键词!静止同步补偿器;链式多

2、电平逆变器;电容电压不平衡;数学模型中图分类号!TM761.120!引言由于各逆变桥参数之间存在差异导致输入能量与自身损耗不一致经长时间的积累造成的在这一链式静止同步补偿器(STATCOM>直流电容过程中只要各逆变桥的调制比以及STATCOM器完全分开如何使各电容器上的电压保持一致是输出电压的相位不变装置输出无功就基本不变装置安全可靠运行的关键而电容电压不平衡机理因此在研究电容电压不平衡问题时可将系统等效的研究则是制定平衡控制策略的基础文献1]基为一交流电流源于数字仿真和原理样机试验研究了电容电压不平衡b.装置损耗包括各逆变桥损耗和连接电

3、抗的机理分析和讨论了各种因素对电容电压不平衡器损耗连接电抗器损耗可等效为串联电阻;逆变的影响然而该文献仅给出了定性的结论为了1]桥损耗可分为串联型~混合型和并联型等3类给出定量的结论以满足控制器设计的需要应建立串联型损耗主要是器件的导通损耗这部分损耗仅链式STATCOM的数学模型与装置电流有关与直流电压无关可用串联电阻表链式STATCOM由多个逆变桥串联而成拓示;混合型损耗主要是器件的开关损耗既与直流电扑结构十分复杂装置中既包含电感~电容之类的压有关也与装置电流有关可等效为与电容器并联线性元件又包含强非线性的开关元件因此建立的受控电流源;

4、并联型损耗包括器件断态损耗~电容一个简单而又实用的数学模型并非易事电力电子器自身损耗和吸收回路损耗等与装置电流无关仅23]装置的建模方法一般有两种:一种是拓扑建模与直流电压有关可等效为与电容器并联的电阻方法该方法与主电路结构密切相关不具有普遍的c.逆变桥控制方式采用正弦载波调制控制适用性而且往往过于复杂;另一种是平均建模方方式各逆变桥触发脉冲指令完全相同法该方法在形式上较为简单但需要事先对电路进.触发脉冲差异由于触发脉冲指令需要经行正确的分析~合理的假设和适当的近似过若干逻辑电路和放大环节开关器件门极驱动脉本文采用平均建模法将电容电压视为

5、直流分冲之间或多或少存在一定的误差表现为开关函数量与交流分量之和把电流和开关函数分解为基波相位的差异分量及谐波分量从而得到了反映电容电压不平衡1.2!链式STATCOM的数学描述特性的链式STATCOM数学模型基于PSCA链式STATCOM原理电路如图1所示的仿真验证了模型的正确性该装置由H个逆变桥串联而成通过连接电抗1!链式STATCOM数学模型LS接入系统系统为一交流电流源其有效值为I连接电抗器损耗和所有逆变桥的串联型损耗统一用1.1!模型的假设条件串联电阻R表示混合型损耗和并联型损耗分别S在建立链式STATCOM数学模型之前首先做如

6、下假设:a.系统由文献1]可知电容电压不平衡是收稿日期2003-01-02;修回日期2003-04-11O36!!!!!!!!!!!!!!!!200327(17>!!容量和电压电流谐波无关这与文献[1]的分析结果一致2!模型分析和仿真验证为了进一步验证模型的准确性本文建立了链式STATCOM的PSCA仿真模型如图2所示图l!链式STATCOM原理电路STATCOM采用三相三角形接法每相由3个逆变Fig.l!SchematicsOfcascaeSTATCOM桥串联而成每相串联的电抗器为2.4m~直流用受控电流源ajI(j=12~H>和电阻R

7、j(j=1侧电容均为4000STATCOM额定容量为卜F2~H>表示对逆变桥j有:1.35MVA直接接入无穷大系统系统线电压为dj(I>j(I>1.5kVCj++ajI=i(I>SW(Ij>(1>dIRj式中:S(Ij>为逆变桥j的开关函数W当TT导通时S3当TT导通时S14W=123W=-1电容电压可表示为直流分量和交流分量之和:j(I>=Uj-(I>+j~(I>(2>式中:U(I>为电容电压中的直流分量亦即电容电j-压平均值3(I>为电容电压中的交流分量j～电流源i由基波分量和谐波分量组成:i(I>="2Ifsin(UI-S>+ih(

8、I>式中:i(I>为电流中高次谐波分量3I为电流中基hf波分量的有效值3为基波电流与STATCOM输出S电压基波分量的相位差以电流落后电压为正图2!链式STATCOM仿真模型STATCOM装置