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

（河北水利電力學院，河北 滄州）

引言

當前，針對MMC-APF 的研究與實際工程日益增多[1]，相應的控制策略按照建立數學模型的坐標系的不同，可以分為兩類。一類是通過對兩相靜止坐標系特征量研究采取的控制方法：文獻[2]對運行中MMC的交流網側電壓與功率的關系進行分析，得出交流電壓與系統功率之間的數學模型，提出了一種新的控制方法，但補償效果不明顯，另一類是在旋轉坐標系中進行控制研究：文獻[3]利用輔助式控制器進行控制，抑制了環流中的負序電流成分、交流電網側產生有功功率的波動、無功功率的波動。該方法在內環控制過程中，會因為系統的電壓變化、干擾等因素，降低最終的諧波補償效果。

在基于PCHD 模型的PBC 控制基礎之上[4]，設計一整套基于IMO 和PCHD 模型的PBC 控制的系統，在穩態與電網電壓跌落狀態下分別進行PBC 控制、基于IMO 和PBC 的控制仿真，進一步降低了電網諧波含量、減少電網波動造成的諧波補償精度的降低。

1 MMC-SAPF 的一般數學模型

圖1 為MMC-SAPF 主電路結構。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為三相負荷電流；ifj為三相SAPF 補償電流；負載由三相整流橋與阻抗RL、LL構成；負載所連線路阻抗為R1、L1；

由圖1 可得MMC-SAPF 交流側的數學模型分別為

圖1 MMC-SAPF 主電路結構

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，將提取出來的信號經過坐標變換，得到IMO 與PCHD 模型控制器的輸入。將控制器得到的信號進行載波移相調制，實現對電流、電壓的動態穩定控制。

圖2 基于IMO 與PCHD 模型的PBC 整體控制框圖

2.3 仿真結果及分析

在Matlab/Simulink 中，搭建基于MMC-APF 的仿真系統，并在系統穩定狀態、電壓跌落狀態下分別進行仿真對比驗證。系統參數見表1。

表1 系統參數

2.3.1 穩定狀態

仿真結果見圖3，負載電流波形發生嚴重畸變，諧波補償前三相THD%分別為26.77%、26.78%、26.77%。單獨采用PBC 時，三相電流THD%分別為2.45%、2.45%、2.44%，滿足電網對諧波的要求。采用PBC+IMO 時三相電流THD%分別為1.66%、1.66%、1.71%，相比單獨采用PBC 諧波畸變率進一步降低，驗證了本文所設計的基于IMO 與PCHD 模型的PBC 系統在諧波補償控制中的優勢。

圖3 穩態下仿真波形

2.3.2 電壓跌落狀態

設置B 相電壓跌落10%，電壓仿真結果見圖4。

圖4 電壓跌落時仿真波形

補償前電壓跌落導致負載電流三相不平衡且諧波含量大。單獨采用PBC 控制時，三相電流THD%分別為2.51%、2.54%、2.51%，滿足電網對諧波的要求。采用PBC+IMO 時三相電流THD%分別為1.68%、1.68%、1.77%，同樣驗證了本文設計的控制系統在諧波補償控制中的優勢。

3 結論

本文所研究的MMC-APF 在電網諧波治理方面具有重要的地位，基于MMC-APF 的控制系統是當今眾多專家學者研究的熱題。本文通過設計PBC+IMO 的控制系統并經過Matlab/Simulink 平臺仿真，得出以下結論。

（1）PBC+IMO 控制系統，能夠進一步的改善系統波動下的諧波補償精度，從而進一步提高了電網電能質量。

（2）電網在運行過程中時刻處于動態的變化之中，這種動態變化除本文所涉及的電壓跌落的情況之外，還包括電網負荷切換、電網參數發生變化等，本文設計的控制系統，同樣適用于電網其他因素導致的參數波動的狀態，對電網實際運行下的控制具有較廣的借鑒意義。