基于六脉波电压源逆变器的SSSC直流电容电压控制机理.docx

第 27 卷第 11 期2007 年 11 月电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automation EquipmentVol.27 No.11Nov.2007基 于 六 脉 波 电 压 源 逆 变 器 的 SSSC直 流 电 容 电 压 控 制 机 理丁冠军 1, 2, 丁明 1, 汤广福 2( 1. 合肥工业大学 电气与自动化工程学院, 安徽 合肥 230009; 2. 中国电力科学研究院, 北京 100085)摘要: 对一个包含静止同步串联补偿器( SSSC) 的纯感性线路的三相系统, 计算了基于六脉波电压 源逆变器( VSI) 的 SSSC 在感性、容性补偿方式下一周期内的交、直流侧电流及直流电 容电压; 结合 PSCAD / EMTDC 电磁暂态仿真, 全面分析了电流对直流电容充放电的影响、开关器件导通周期。计 算、仿真及分析结果表明当 SSSC 注入的串联可控电压与线路电流正交时, 电容电流对电容的充放电 不起作用, SSSC 与系统间仅交换无功; 当不完全正交时, 电容电流影响电容的充放电, SSSC 与系统间 不仅交换无功, 亦交换有功。关键词:六脉波电压源逆变器;静止同步串联补偿器; 直流电容电压控制中图分类号:TM 464文献标识码: A文章编号:1006 - 6047( 2007) 11 - 0001 - 070引言随着电力电子技术的不断发展, 柔性交流输电技 术( FACTS) 的使用使得系统的性能得到了很好的改 善, 比如阻尼振荡 、提 高系统稳定性 、提 高系统输送 容量等[ 1- 7] 。静止同步串联补偿器( SSSC) 是基于全控器件的 串联型 FACTS 装置, 它通过向线路注入一个与线路 电流垂直的串联可控电压模拟电感或电容, 从而改 变线路上的运行参数。 在同一电感 性 和 电 容 性 范 围内, SSSC 注入的串联可控电压与线路电流的幅值 无关, 补偿范围宽[ 8- 11] 。SSSC 的核心部分是电压源逆变器( VSI) , VSI 具 有多种形式的拓扑结构, 多脉波结构的 VSI 以其自身 优越的性能成为构建 SSSC 一种很好的选择方式, 主 要表现在:a. 在给定一定数量的可关断器件情形下, 多脉 波变换器较多电平变换器的谐波特性要好[ 12] ;b. 多脉波变换器可以在基频方式下触发, 由于 其低的开关频率, 可关断器件的开关损耗和发热比 PWM 调制的变换器要小;c. 多脉波变换器的直流电容定额比多电平变文献[ 14 - 16] 对 48 脉波的 SSSC 进行了研究, 但它 们并没有对 VSI 的交、直流侧电流及电流对直流电容 充放电的影响进行分析, 而这些分析又尤为重要。现从详细分析六脉波 VSI 的特性入手, 阐述了 基于六脉波 VSI 的 SSSC 在感性、容性补偿方式下的 交、直流侧电流, 直流电容电压及电流对直流电容充 放电影响, 进而为多脉波 SSSC 的研究奠定基础。1六脉波 VSIVSI 的目的就是使用直流电压源产生交流的三 相电压, 通常也被称为 DC- AC 变换器, 基本的六脉 波 VSI 主电路拓扑如图 1 所示, 使用 6 个非对称的 可关断器件构成三相全桥变换器结构, 可关断器件 可以为 GTO、IGBT 或 IGCT 等加上反并联的续流二 极管。VSI 输出的三相交流电压的频率由可关断器 件的门极触发脉冲频率决定, 其幅值由直流电压源 的幅值决定。使用图 1 所示的结构加之图 2 所示的 门极触发脉冲 即 可 得 到 如 图 3 所 示 的 输 出 相 电 压 ( 图 3 中只给出了 u a 的示意图, u b、u c 可分别由 u a 移相 120°和 240°得到, 故省略) 。i dc换器的要低[ 12] , 直流电容电压利用率比多电平变换VG1VD1 VG3VD3 VG5VD5器的要高,而且多电平变换器往往需要一个以上的 直流电容。i aRabcUdcVG6VG2文献[ 13 - 16] 对基于多脉波 VSI 的 SSSC 有 所研究, 其中文献[ 13] 对 24 脉波的 SSSC 进行了研究,VG4VD4VD6RN RVD2收稿日期: 2006 - 12 - 06; 修回日期: 2007 - 03 - 11基金项目: 国家重点基础研究发展计划( 973 计划) ( 2004CB 217907)i bi c图 1 六脉波 VSI 的主电路结构Fig.1 Main circuit of six- pulse VSI电 力 自 动 化 设 备第 27 卷i G1i D1g0.3iG1, iD1 / kA10.2π2π3π4π5π ωt00.1g200.500.530.560.590.620