基于模块化多电平变换器的智能台区电能质量综合治理方法研究

基于模块化多电平变换器的智能台区电能质量综合治理方法研究

发表时间：2018-01-12T17:10:01.867Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：胡宝玉1 李洪岩2 闫军3

[导读] 摘要：针对目前农网配电台区中存在三相不平衡、低电压以及谐波等多元化电能质量问题，提出了一种基于模块化多电平变换器

(Modular Multilevel Converter, MMC)的智能台区电能质量综合治理方法，分析并阐述了基于MMC技术的静止无功发生器(Static Var

Generation, SVG)拓扑结构及基本控制策略，基于英博电气自主研发的台区变静止无功发生器INPPCG 50/0

(1.北京潞电电力建设有限公司北京市通州区;2.北京潞电电力建设有限公司北京市通州区;3.北京潞电电力建设有限公司北京市通州区)

摘要：针对目前农网配电台区中存在三相不平衡、低电压以及谐波等多元化电能质量问题，提出了一种基于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)的智能台区电能质量综合治理方法，分析并阐述了基于MMC技术的静止无功发生器(Static Var Generation, SVG)拓扑结构及基本控制策略，基于英博电气自主研发的台区变静止无功发生器INPPCG 50/0.4-F对上述策略进行了验证，最后对智能台区电能质量综合治理装置实际运行场景下的测试数据进行了分析，分析表明所开发的电能质量综合治理装置可灵活运行在三相不平衡+无功补偿、三相不平衡+谐波补偿和三相不平衡补偿等多元化补偿模式，并能够对各电能质量问题可进行有效治理。

关键词：模块化多电平变换器；静止无功发生器；农村配电网；电能质量综合治理装置

Research on Comprehensive Management of Power Quality in Rural Grid Based on Modular Multilevel Converter

Author1：hubaoyu,, Author2:lihonyan,, Author3:yanjun.

( beijingludiandianlijiansheyouxiangongshi )

Abstract: Aiming at the problem of diversified power quality in rural grid, such as three-phase imbalance, low voltage and harmonics, this paper proposed a comprehensive management of power quality based on Modular Multilevel Converter. This paper analysis and expatiates the topology and control strategy of Static Var Generation based on MMC technology. The above strategy was validated based on Power quality comprehensive management device INPPCG 50 / 0.4-F, which was developed by In Power Electric Company. Finally, the test data of the actual operation shows that the developed power quality comprehensive control device can be run flexibly in the three-phase unbalanced + reactive power compensation mode, three-phase unbalance + harmonic Wave compensation mode and three-phase unbalance compensation mode. The developed power quality comprehensive control device can improve each power quality problems significant.

Key words: Modular Multilevel Converter, Static Var Generation, Rural power grid, Power quality comprehensive control device

0 引言

农网由于供电线路长，供电网络中即存在三相用电负荷，也有单相用电负荷[1-3]。另一方面随着电子电子技术的发展，各种分布式电源通过变流并网接入农网中，导致农网电能质量恶化，造成馈线末端电压跌落、谐波污染以及三相不平衡等[4-5]。各电能质量问题分别使得线路损耗增大、配电网变压器利用率降低、中性点偏移以及设备寿命缩短。

为解决上述问题，国内外先后采用串并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器以及静止无功发生器等方法。其中串并联电容器以及同步调相机为无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置，文献[6]基于投切电容器的方法提出了电容器优化投切的作用范围法，研究了电容器补偿点前后无功规划的方法，该方法具备响应速度较快、控制简单及单位投资低等优点，但该补偿方式属于一种有级的无功调节，虽结合目前先进的控制技术，投切电容器法具有广泛市场，但仍不能进行平滑调节，在负荷波动较频繁的场景下出现技术瓶颈。文献[7]对同步调相机应用到无功补偿中的机理及控制方法进行了研究，结果表明该方法能够进行连续的调节，调节精度好且控制简单，但因其成本高及安装复杂等缺点，目前正逐步淘汰。静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC)作为一种FACTS装置，是目前广泛应用的动态无功补偿方法。文献[8-9]对SVC控制策略及对电力系统电压稳定性影响进行了研究，结果表明该技术具备较好的综合性能。SVG基于瞬时无功功率的概念和补偿原理采用GTO构成的换相交流器，其在调节灵活性、响应速度、调节精度等性能指标上较SVC更优，是目前调节效果最好的装置，但受限于其体积大、成本高和控制复杂等确定缺点。为解决上述瓶颈，文献[10]将多电平技术运用到SVG变换器中，结果表明其具有输出谐波含量少，降低器件及成本等有点。

本文将在一种新型的模块化多电平变换器拓扑结构上研究其控制策略，该拓扑结构具有公共直流母线可实现四象限运行，并以英博电气研发的台区静止无功发生器INPPCG 50/0.4-F作为实验装置，最后通过对内蒙准格尔薛家湾供电公司、河北廊坊供电公司、江苏苏州供电公司以及浙江宁波供电公司现场实际运行结果分析，验证了基于MMC技术的SVG装置INPPCG 50/0.4-F在电能质量综合治理上具备良好的效果。

1 模块化多电平SVG拓扑结构及控制策略

1.1 单相及三相拓扑结果

模块模多电平变换器SVG单相拓扑如图1所示，源端为两个并联的电容，其容量一般设置为相同。上桥臂由n个功率单元和一个交流电抗器组成，下桥臂与上桥臂对称，Ui为功率单元，且各功率单元结构相同，可即插即用，便于设计和维护，因此该拓扑高度模块化，具有