大容量链式STATCOM150Hz优化PWM控制策略的研究.pdf

2004年8月电工技术学报Vol.19No.8
第19卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYAug.2004

大容量链式STATCOM150Hz优化PWM控制

策略的研究

11211
袁志昌宋强滕乐天刘文华魏文辉
（1.清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084
2.上海电网公司上海200002）

摘要正在研制的±50Mvar链式静止无功发生器（CascadeSTATCOM）主开关管将采用集
成门极换向晶闸管（IGCT），受其开关频率限制，主逆变器的调制方式选择范围有限。本文研究
大容量链式STATCOM的150Hz优化脉宽调制策略，给出了150Hz优化PWM控制的基本算法
及性能的理论分析。针对链式逆变器特有的直流电容电压不平衡问题，研究了脉冲循环换位机制
在直流电容电压平衡控制方面的性能。在±18kvar链式STATCOM的原理样机上实现了本文设计
的150Hz优化PWM控制，实验结果表明这种控制策略能够符合工程设计要求。
关键词：链式静止无功发生器优化脉宽调制脉冲循环换位
中图分类号：TM762

150HzOptimalPWMControlforHigh-PowerSTATCOMEmploying
CascadeMultilevelInverters
YuanZhichang1SongQiang1TengLetian2LiuWenhua1WeiWenhui1
(1.TsinghuaUniversityBeijing100084China
2.ShanghaiPowerGridCo.Shanghai200002China)

AbstractCombinedwiththedevelopmentofa±50MvarSTATCOMemployingcascade
multilevelinverters,thispaperstudies150Hzoptimalpulsewidthmodulation(PWM)controlfor
high-powerSTATCOM.PWMstrategyanditsperformancearepresented.Pulsecycletranspositionis
describedwhichhelpequalizingtheDCvoltagesofcapacitorsindifferentH-bridges.Thecontrol
strategyisappliedinscaled-modelof±18kvar.Experimentalresultsshowthegoodperformanceof
150HzoptimalPWMcontrolstrategy.
Keywords:Staticsynchronouscompensator(STATCOM)，cascademultilevelinverter，optimal
PWM

点，另外由于省去了多重化变压器，使得现有
1引言
STATCOM中最严重的由变压器励磁回路中剩磁和饱
传统的大容量STATCOM一般采用变压器多重和非线性引发的装置过电压和过电流等问题得到解
化电压型逆变器的主电路拓扑，多重化变压器在价决。因此链式多电平逆变器结构在大容量STATCOM
格、损耗以及控制方面给这种拓扑结构带来一些难中的应用受到很多工程设计者的关注[2,3]。
以克服的缺点[1]。而链式多电平逆变器主电路拓扑图1所示的是链式STATCOM主电路结构，每
的采用使得大容量链式STATCOM具有占地面积相链式逆变器由若干具有独立直流电容的单相桥
小、便于分相控制、可靠性高、易于扩展容量等优（亦称H桥）串联而成，每个单相桥工作在两电平
逆变器模式下。现有的两电平逆变器调制方法都可

收稿日期2003-11-18改稿日期2004-03-08以直接应用于链式逆变器的各个H桥中，另外由于

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链式逆变器输出电压是各H桥输出电压的叠加，电
平数的增加使得输出电压的谐波含量可进一步减
小，或者在满足谐波要求的前提下降低主开关器件
的开关频率。多电平PWM控制策略种类很多，其
中载波调制（Carrier-basedPWM）、空间矢量调制
（SpaceVectorModulation,SVM）和优化PWM
（OptimalPWM）是最常用的几种类型[4]。

图2单元H桥输出电压波形
Fig.2OutputvoltagewaveformofH-bridgecell
式（1）中有3个自由度（对应3个开关角度），
可以消除3个低次谐波，若选择每相串联的10个H
桥开关角度各不相同，则有可能消除更多次的谐

波，这也正是多电平结构在谐波方面的优势。记第

i个H桥的开关角度为a