基于IMO 與PCHD 模型的MMC- APF 控制策略研究

王玉嬌，彭 程*，李 燕，張樹紅，于 雪，馬 麗

（河北水利電力學(xué)院，河北 滄州）

引言

當(dāng)前，針對(duì)MMC-APF 的研究與實(shí)際工程日益增多[1]，相應(yīng)的控制策略按照建立數(shù)學(xué)模型的坐標(biāo)系的不同，可以分為兩類。一類是通過對(duì)兩相靜止坐標(biāo)系特征量研究采取的控制方法：文獻(xiàn)[2]對(duì)運(yùn)行中MMC的交流網(wǎng)側(cè)電壓與功率的關(guān)系進(jìn)行分析，得出交流電壓與系統(tǒng)功率之間的數(shù)學(xué)模型，提出了一種新的控制方法，但補(bǔ)償效果不明顯，另一類是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中進(jìn)行控制研究：文獻(xiàn)[3]利用輔助式控制器進(jìn)行控制，抑制了環(huán)流中的負(fù)序電流成分、交流電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生有功功率的波動(dòng)、無功功率的波動(dòng)。該方法在內(nèi)環(huán)控制過程中，會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的電壓變化、干擾等因素，降低最終的諧波補(bǔ)償效果。

在基于PCHD 模型的PBC 控制基礎(chǔ)之上[4]，設(shè)計(jì)一整套基于IMO 和PCHD 模型的PBC 控制的系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)與電網(wǎng)電壓跌落狀態(tài)下分別進(jìn)行PBC 控制、基于IMO 和PBC 的控制仿真，進(jìn)一步降低了電網(wǎng)諧波含量、減少電網(wǎng)波動(dòng)造成的諧波補(bǔ)償精度的降低。

1 MMC-SAPF 的一般數(shù)學(xué)模型

圖1 為MMC-SAPF 主電路結(jié)構(gòu)。圖中，usj（j=a,b, c）為三相交流電源電壓；isj為三相交流電源電流；iLj為三相負(fù)荷電流；ifj為三相SAPF 補(bǔ)償電流；負(fù)載由三相整流橋與阻抗RL、LL構(gòu)成；負(fù)載所連線路阻抗為R1、L1；

由圖1 可得MMC-SAPF 交流側(cè)的數(shù)學(xué)模型分別為

圖1 MMC-SAPF 主電路結(jié)構(gòu)

2 基于IMO 與PCHD 模型的控制策略

2.1 控制策略

2.2 整體控制原理框圖

如圖2 所示，將提取出來的信號(hào)經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到IMO 與PCHD 模型控制器的輸入。將控制器得到的信號(hào)進(jìn)行載波移相調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制。

圖2 基于IMO 與PCHD 模型的PBC 整體控制框圖

2.3 仿真結(jié)果及分析

在Matlab/Simulink 中，搭建基于MMC-APF 的仿真系統(tǒng)，并在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)、電壓跌落狀態(tài)下分別進(jìn)行仿真對(duì)比驗(yàn)證。系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

2.3.1 穩(wěn)定狀態(tài)

仿真結(jié)果見圖3，負(fù)載電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，諧波補(bǔ)償前三相THD%分別為26.77%、26.78%、26.77%。單獨(dú)采用PBC 時(shí)，三相電流THD%分別為2.45%、2.45%、2.44%，滿足電網(wǎng)對(duì)諧波的要求。采用PBC+IMO 時(shí)三相電流THD%分別為1.66%、1.66%、1.71%，相比單獨(dú)采用PBC 諧波畸變率進(jìn)一步降低，驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的基于IMO 與PCHD 模型的PBC 系統(tǒng)在諧波補(bǔ)償控制中的優(yōu)勢(shì)。

圖3 穩(wěn)態(tài)下仿真波形

2.3.2 電壓跌落狀態(tài)

設(shè)置B 相電壓跌落10%，電壓仿真結(jié)果見圖4。

圖4 電壓跌落時(shí)仿真波形

補(bǔ)償前電壓跌落導(dǎo)致負(fù)載電流三相不平衡且諧波含量大。單獨(dú)采用PBC 控制時(shí)，三相電流THD%分別為2.51%、2.54%、2.51%，滿足電網(wǎng)對(duì)諧波的要求。采用PBC+IMO 時(shí)三相電流THD%分別為1.68%、1.68%、1.77%，同樣驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在諧波補(bǔ)償控制中的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

本文所研究的MMC-APF 在電網(wǎng)諧波治理方面具有重要的地位，基于MMC-APF 的控制系統(tǒng)是當(dāng)今眾多專家學(xué)者研究的熱題。本文通過設(shè)計(jì)PBC+IMO 的控制系統(tǒng)并經(jīng)過Matlab/Simulink 平臺(tái)仿真，得出以下結(jié)論。

（1）PBC+IMO 控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步的改善系統(tǒng)波動(dòng)下的諧波補(bǔ)償精度，從而進(jìn)一步提高了電網(wǎng)電能質(zhì)量。

（2）電網(wǎng)在運(yùn)行過程中時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)的變化之中，這種動(dòng)態(tài)變化除本文所涉及的電壓跌落的情況之外，還包括電網(wǎng)負(fù)荷切換、電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化等，本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，同樣適用于電網(wǎng)其他因素導(dǎo)致的參數(shù)波動(dòng)的狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行下的控制具有較廣的借鑒意義。