PDF《换流链等效试验》

1 条换流链的直流侧电压;

u21~u2N 为第

2 条换流链直流侧电压;

udc 为链节的直流电容 额定电压. 将第

1 条换流链等效为可控电压源,则根据调 制度的定义,容易得到 v 觯r1 = msin(ωt) N i=1 移u1N ≈ mNudc sin(ωt) (3) 式中:m 为调制度, 其范围为 0~1;

ω 为电网的角频 率,50 Hz 下为

100 π;

N 为第

1 条换流链的链节数. 因此,当换流链的链节数一定时,可以通过调整 占空比控制可控电压源的输出电压 vr1. 将第

2 条换流链等效为可控电流源. 根据交流 侧和直流侧功率守恒[6] ,其功率满足 v 觯r2i 觯* r = N i=1 移d(1 / 2Cu2 2i) dt (4) 式中,C 为电容. 因此,容易得到第

2 条换流链的有 功功率和无功功率分别为 P2 = Re(v 觯r2i 觯* r ) = |vr2ir|cos 渍Q2 = Im(v 觯r2i 觯* r ) 式中,cos 渍 为电压和电流之间的功率因数. 对于高 压链式 STATCOM 的换流链, 输出的主要是无功功 率,功率因数接近 0,有功功率实际上很小,也即仅 需要容量很小的补能电源即可满足能量补偿需求, 因此采用 TY

2、TR2 和REC2 组成直流侧补能电源. 由前述的拓扑结构可知,最终没有无功功率流 向交流电网. 根据能量守恒,可得第

1 条换流链的 有功功率和无功功率分别为 P1 = Re(v 觯r2i 觯* r ) = |vr1ir|cos 渍Q1 = Im(v 觯r1i 觯* r ) = -Im(v 觯r2i 觯* r ) = -Q2 也即第

1 条换流链的无功功率与第

2 条换流 链的无功功率大小相等,但极性相反,当第

2 条换 流链输出为感性电流时,第1条换流链输出为容性 电流,从而无功功率总量为 0. 同样,第1条换流链 的有功损耗也 很小, 因此对应选择 TY

1、TR1 和REC1 组成直流侧补能电源. 在运行过程中, 首先断开 QS1 和QS2, 闭合 QS3,利用直流为换流链充电,使其每个链节的直流 侧电容电压接近额定值;

然后断开 QS3,闭合 QS1 和QS2,将低压直流接入一个链节的直流侧进行补能.

2 两条换流链的控制算法设计 2.1 换流链

1 的恒电压控制 两条换流链中的第

1 条,也即换流链 1,采用 恒电压控制方式,如图

3 所示. 电压源控制方式中, 指令为逆变侧电压和给定 的逆变角速度,从而生成第

1 条换流链的调制波 m1. 2.2 换流链

2 的恒电流控制 第2条换流链采用基于 DQ 解耦的恒电流控 制,具体过程参见文献[7]. 框图如图

4 所示. 图4中,前馈项 ed=vr1,前馈项 eq=0. 该电流控 制主要是满足直流侧电压稳定,以及生成指令为 i* q 图3第1条换流链的恒电压控制算法 Fig.3 Constant voltage control loop of the 1st convert chain v * r1 vr1 PI sin(ωt) ω* CPS-SPWM 调制波 m1 (2) (5) (6)

96 第5期张扬,等:基于直流供电的大功率高压链式 STATCOM 的换流链等效试验 图5恒电流控制算法的控制框图 Fig.5 Block diagram of Constant current control loop of the 2nd convert chain 的无功电流. 通过恒电流控制,生成第

2 条换流链 的调制波 m2. 2r/3s 的公式为 Ua Ub Uc = sin(ωt) cos(ωt) sin(ωt- 2π

3 ) cos(ωt- 2π

3 ) sin(ωt+ 2π

3 ) cos(ωt+ 2π

3 ) Ud Uq (7) 恒电流控制算法的控制框图如图

5 所示. 由控制框图可以得到,从电流给定到电流误差 的闭环传递函数为 Gi(s) = KPWM 1+Gf(s)GPI(s)e -sTd

1 Ls+R (8) 其中: Gf(s) = G0ω s2 +ξωns+ω ;

GPI(s) = KP τs+1 τs . 恒电流控制传递函数的 Bode 图如图

6 所示,由 图可以看到,选择合适的 PI 参数,可以保证控制稳 定,且截止频率为