[发明专利]基于调制波重构的MMC‑STATCOM故障处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及故障处理技术，具体涉及一种基于调制波重构的MMC-STATCOM故障处理装置。

背景技术

随着电力系统的飞速发展，对无功补偿的电压等级和容量的要求越来越高，一系列级联多电平拓扑结构的无功补偿装置应运而生。MMC无功补偿装置在高压大功率场合的应用日渐增加，而多个子模块级联的结构使故障发生的频率大大增加，如：IGBT、储能电容故障等。子模块故障会引起相间环流增加；输出电压不对称；达不到无功补偿的效果。

常见的故障处理方法是采用冗余子模块方法，即在系统正常运行时，冗余模块处于备用状态，不参与系统工作；当子模块发生故障时，冗余模块代替子模块进行工作。该方案的缺点是冗余模块接入及充电需要花费很长时间，系统将经历一段较长时间的暂态过程，当子模块发生故障时，由于上、下桥臂电流不均衡会导致环流瞬间增加。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种基于调制波重构的MMC-STATCOM故障处理装置，以至少解决现有的冗余子模块方法存在的冗余模块接入及充电需要花费很长时间、系统将经历一段较长时间的暂态过程以及当子模块发生故障时由于上、下桥臂电流不均衡会导致环流瞬间增加的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于调制波重构的MMC-STATCOM故障处理装置，该装置包括主电路、检测电路、控制电路和驱动电路；所述主电路由连接电网的电感和MMC换流器组成；所述检测电路用于采样负载侧电流、补偿电流、电容电压、电网电压以及桥臂电流；所述控制电路用于实现坐标变换、电压冗余排序、调制波重构、载波层叠；所述驱动电路用于将DSP输出的PWM信号进行放大、隔离驱动功率开关管。

进一步地，将该装置应用于电网高压大功率的无功补偿的情况下，当MMC子模块发生故障时，通过旁路故障子模块，采用调制波重构方式，使装置继续实现无功补偿的功能

进一步地，该装置具有三相MMC拓扑结构，每相的上、下两桥臂由n个SM模块级联而成，每个桥臂串联一个电感，每个SM模块由两个互补导通的IGBT、一个储能电容和一个故障旁路开关组成，当MMC中某个子模块发生故障时，开关闭合，将故障子模块旁路。

进一步地，该装置采用载波层叠脉宽调制方法，设MMC每个桥臂的子模块数为n个，则采用n个层叠的三角载波与调制波比较输出PWM波，输出的PWM信号叠加为n+1电平信号,输出相电压电平数为2n+1。

进一步地，当子模块发生故障时，采用调制波重构的方式处理。

进一步地，采用电压冗余排序法使电容电压保持平衡。

进一步地，经电压、电流前馈解耦和PI调节后，得到调制信号u_a、u_b、u_c，再对故障信号进行检测，当故障信号为0时，u_a、u_b、u_c直接进行载波层叠调制；当故障信号为1时，将调制波u_a、u_b、u_c进行重构，再与三角载波比较经电压排序后生成PWM波。

本发明的基于调制波重构的MMC-STATCOM故障处理装置，适用于高压、大功率无功补偿MMC领域。当系统中有子模块出现故障时，该装置能保证系统继续稳定运行，实现无功补偿的功能，抑制相间环流，具有故障处理能力。

本发明的基于调制波重构故障处理装置不但能解决无功补偿问题，还可以通过电压冗余排序的方式保证上、下桥臂电流平衡，抑制相间环流。

本发明在MMC无功补偿装置的基础上，增加了故障处理功能，在MMC子模块无故障的状态下，系统正常工作，当MMC中某个子模块发生故障时，该装置通过调制波重构的方法使系统继续稳定、可靠地工作，不但可以实现无功补偿功能，还能有效地抑制环流。

本发明的基于调制波重构故障处理装置还具有以下优点：采用调制波重构的方法，解决子模块故障问题，达到无功补偿的效果；采用基于载波层叠脉宽调制的电压冗余排序法，有效地抑制相间环流，平衡MMC子模块电容电压；采用电压、电流前馈解耦控制方式提高系统闭环控制；采用DSP控制，提高系统处理的实时性。

附图说明