五电平MMC-UPQC的无源控制
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国家自然科学基金（51477011），北京市自然科学基金重点项目（ KZ201511232035）和北京市高创计划教学名师项目（PXM 2017-014224-000025） 资助。 收稿日期 2016-09-18 改稿日期 2017-05-10
第 32 卷增刊 2
祝
贺等
五电平 MMC-UPQC 的无源控制
173
0
引言
随着非线性敏感负荷的大量出现，用户对电能
1
1.1
MMC-UPQC 工作原理及数学模型
MMC 的拓扑结构 MMC 的通用结构如图 1 所示，每个相单元的
This paper analyzes the power circuit topology and operating principle of five-level
modular multilevel converter-unified power quality conditioner(MMC-UPQC), the mathematical model of dq0 coordinate system and EL model are established. In order to speed up the convergence of error storage function, the method of injecting damping is designed for passivity based controller in current inner loop to ensure the stability of MMC-UPQC. The desired current is obtained by PI controller in voltage outer loop, the static error is eliminated. Active and reactive power decoupling control is achieved through the proposed passivity based control, so the dynamic and static performance of system is ensured. Under the negative sequence double frequency coordinate transformation, inter-phase decoupling control is used to suppress circulating current and reduce the switch losses. The extraction of voltage and current compensation based on Park transformation is adopted, which has no need of phase lock loop, so the compensation precision is improved. At last, the simulation model of five-level is built in Matlab/Simulink. Simulation results show that accurately compensating unbalanced, harmonic voltage and reactive, harmonic current has verified the feasibility of passivity based control. Keywords： Modular multilevel converter-unified power quality conditioner, EL model, passivity based control, PI control, circulating current
祝 贺 王久和 郑成才
北京
张巧杰
100192 ）
（北京信息科技大学自动化学院 摘要
分析五电平模块化多电平变换器 - 统一电能质量调节器（ MMC-UPQC ）的主电路拓扑
和工作原理，建立其在 dq0 坐标系下的数学模型及 EL 模型。为加快误差能量收敛，采用阻尼注 入方法设计电流内环无源控制器，确保 MMC-UPQC 的稳定性；通过电压外环 PI 控制器获得内 环期望电流，消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制，使系统具有 良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流，减少开关损耗；采 用 基 于 Park 变 换 的 电 压 电 流 补 偿 量 提 取 方 法 ， 无 需 锁 相 环 ， 提 高 补 偿 精 度 。 最 后 在 Matlab/Simulink 搭建五电平 MMC-UPQC 仿真模型，仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、 谐波电压以及无功、谐波电流，证明了无源控制的可行性。 关键词： 模块化多电平变换器 - 统一电能质量调节器 中图分类号： TM761 EL 模型 无源控制 PI 控制 环流
Passivity Based Control of Five-Level MMC-UPQC
Zhu He Wang Jiuhe Beijing Abstract Zheng Chengcai 100192 Zhang Qiaojie （ School Automation Beijing Information Science & Technology University China ）
2017 年 10 月 第 32 卷RANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.32 Oct.
Sup.2 2017
DOI: 10.19595/ki.1000 - 6753.tces.L70266
五电平 MMC-UPQC 的无源控制
第 32 卷增刊 2
祝
贺等
五电平 MMC-UPQC 的无源控制
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引言
随着非线性敏感负荷的大量出现，用户对电能
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MMC-UPQC 工作原理及数学模型
MMC 的拓扑结构 MMC 的通用结构如图 1 所示，每个相单元的
This paper analyzes the power circuit topology and operating principle of five-level
modular multilevel converter-unified power quality conditioner(MMC-UPQC), the mathematical model of dq0 coordinate system and EL model are established. In order to speed up the convergence of error storage function, the method of injecting damping is designed for passivity based controller in current inner loop to ensure the stability of MMC-UPQC. The desired current is obtained by PI controller in voltage outer loop, the static error is eliminated. Active and reactive power decoupling control is achieved through the proposed passivity based control, so the dynamic and static performance of system is ensured. Under the negative sequence double frequency coordinate transformation, inter-phase decoupling control is used to suppress circulating current and reduce the switch losses. The extraction of voltage and current compensation based on Park transformation is adopted, which has no need of phase lock loop, so the compensation precision is improved. At last, the simulation model of five-level is built in Matlab/Simulink. Simulation results show that accurately compensating unbalanced, harmonic voltage and reactive, harmonic current has verified the feasibility of passivity based control. Keywords： Modular multilevel converter-unified power quality conditioner, EL model, passivity based control, PI control, circulating current
祝 贺 王久和 郑成才
北京
张巧杰
100192 ）
（北京信息科技大学自动化学院 摘要
分析五电平模块化多电平变换器 - 统一电能质量调节器（ MMC-UPQC ）的主电路拓扑
和工作原理，建立其在 dq0 坐标系下的数学模型及 EL 模型。为加快误差能量收敛，采用阻尼注 入方法设计电流内环无源控制器，确保 MMC-UPQC 的稳定性；通过电压外环 PI 控制器获得内 环期望电流，消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制，使系统具有 良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流，减少开关损耗；采 用 基 于 Park 变 换 的 电 压 电 流 补 偿 量 提 取 方 法 ， 无 需 锁 相 环 ， 提 高 补 偿 精 度 。 最 后 在 Matlab/Simulink 搭建五电平 MMC-UPQC 仿真模型，仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、 谐波电压以及无功、谐波电流，证明了无源控制的可行性。 关键词： 模块化多电平变换器 - 统一电能质量调节器 中图分类号： TM761 EL 模型 无源控制 PI 控制 环流
Passivity Based Control of Five-Level MMC-UPQC
Zhu He Wang Jiuhe Beijing Abstract Zheng Chengcai 100192 Zhang Qiaojie （ School Automation Beijing Information Science & Technology University China ）
2017 年 10 月 第 32 卷RANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.32 Oct.
Sup.2 2017
DOI: 10.19595/ki.1000 - 6753.tces.L70266
五电平 MMC-UPQC 的无源控制