集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制

贾文慧; 郭祺; 涂春鸣; 姜飞; 侯玉超; 李庆

doi:10.7500/AEPS20220422008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制
- Topology Optimization and Control of Grid-connected Converter with Integrated Voltage Compensation and Reactive Power Support Capability
- 电力系统自动化 2023年47卷第1期页码：153-161
- 作者机构：
  
  1.国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学),湖南省长沙市 410082
  2.长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市 410004
  3.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院,安徽省合肥市 230000
- 作者简介：
  
  贾文慧(1998—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力电子在电力系统中的应用。E-mail：963064945@qq.com
  郭祺(1993—)，男，通信作者，博士，副研究员，主要研究方向：电力电子变换器、分布式发电与电能质量先进控制。E-mail：qguo_215@163.com
  涂春鸣(1976—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电网新型调控技术与装备、分布式能源与微能源网、电能质量与高效利用。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金资助项目(52007059)
- DOI：10.7500/AEPS20220422008
  中图分类号：
- 收稿：2022-04-22，
  
  修回：2022-08-19，
  
  网络出版：2022-10-27，
  
  纸质出版：2023-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
贾文慧,郭祺,涂春鸣等.集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制[J].电力系统自动化,2023,47(1):153-161.

JIA Wenhui,GUO Qi,TU Chunming,et al.Topology Optimization and Control of Grid-connected Converter with Integrated Voltage Compensation and Reactive Power Support Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):153-161.
贾文慧,郭祺,涂春鸣等.集成电压补偿与无功支撑能力的并网变换器拓扑优化及控制[J].电力系统自动化,2023,47(1):153-161. DOI： 10.7500/AEPS20220422008.

JIA Wenhui,GUO Qi,TU Chunming,et al.Topology Optimization and Control of Grid-connected Converter with Integrated Voltage Compensation and Reactive Power Support Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(1):153-161. DOI： 10.7500/AEPS20220422008.

摘要

针对传统串联型电能质量治理装置利用率较低、可靠性较差，而并联型电能质量治理装置解决电压波动问题的能力有待进一步提升的问题，提出了一种集成电压支撑与无功调控能力的多功能并网变换器(MF-GCC)。电网电压波动时，MF-GCC工作于串联接入模式，实现电压调节功能。电网电压正常时，MF-GCC工作于并联接入模式，实现网侧单位功率因数运行。与传统串联接入型电能质量治理装置相比，MF-GCC仅多了一个开关和一个耦合电容，即可实现串联和并联接入型电能质量治理装置功能的有效集成。此外，在系统故障时，MF-GCC有源部分的端口电压钳位为零，故障电流被遏制，MF-GCC自身及其接入电网的可靠性均得到了提升。文中详细分析了MF-GCC的拓扑结构、工作原理、控制策略及参数设计。仿真与实验结果验证了所提拓扑结构与控制策略的有效性和可行性。

Abstract

Aiming at the low utilization rate and poor reliability of the traditional series-connected power quality control device

and the ability of the parallel-connected power quality control device to solve the voltage fluctuation problem needs to be further improved

a multi-function grid-connected converter (MF-GCC) with integrated voltage support and reactive power regulation capability is proposed. When the grid voltage fluctuates

the MF-GCC works in the series access mode to realize the voltage regulation function. When the grid voltage is normal

the MF-GCC works in the parallel access mode to achieve the unit power factor operation on the grid side. Compared with the traditional series-connected power quality control device

the MF-GCC only has one more switch and one more coupling capacitor

which can realize the effective integration of the functions of series-connected and parallel-connected power quality control device. In addition

when the system fails

the port voltage of the active part in the MF-GCC is clamped to zero and the fault current is limited. Thus the reliability of the MF-GCC itself and its connection to grid is fully improved. This paper analyzes the topology structure

working principle

control strategy and parameter design of MF-GCC in detail. Simulation and experimental results verify the effectiveness and feasibility of the proposed topology and control strategy.

关键词

Keywords

references

李傲伟，柳璐，程浩忠，等 . 高比例可再生能源接入下考虑输配协同的输电网规划测试系统［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 19 - 27 .

LI Aowei ， LIU Lu ， CHENG Haozhong ， et al . Transmission expansion planning test system considering transmission and distribution coordination with integration of high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 19 - 27 .

张天策，王剑晓，李庚银，等 . 面向高比例新能源接入的配电网电压时空分布感知方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 37 - 45 .

ZHANG Tiance ， WANG Jianxiao ， LI Gengyin ， et al . Perception method of voltage spatial-temporal distribution of distribution network with high penetration of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 37 - 45 .

张明，王松峰 . 中压配电系统的电能质量治理研究［J］. 电气技术， 2020 ， 21 （ 9 ）： 103 - 107 .

ZHANG Ming ， WANG Songfeng . Study on power quality control of mid-voltage distribution system ［J］. Electrical Engineering ， 2020 ， 21 （ 9 ）： 103 - 107 .

肖先勇，谭秀美，汪颖，等 . 基于电气特性-物理属性-感知损失的电压暂降经济损失评估［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （增刊1 ）： 105 - 110 .

XIAO Xianyong ， TAN Xiumei ， WANG Ying ， et al . Voltage sag economic losses assessment based on electrical characteristic-physical attribute-perceived loss ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ Supplement 1 ）： 105 - 110 .

李天楚，伍智鹏，方铭，等 . 基于Larsen推理的电压暂降下工业过程负荷损失率评估方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 4 ）： 145 - 153 .

LI Tianchu ， WU Zhipeng ， FANG Ming ， et al . Load loss rate evaluation method of an industrial process under voltage sag based on Larsen reasoning ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 4 ）： 145 - 153 .

田书娅，贾清泉，林丽娟，等 . 面向谐波和电压综合治理的电压检测型APF与SVG协同配置［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 149 - 157 .

TIAN Shuya ， JIA Qingquan ， LIN Lijuan ， et al . Collaborative allocation of voltage detection active power filter and static var generator for harmonic and voltage comprehensive mitigation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 149 - 157 .

黄晓明，范志华，苗世洪，等 . 含储能单元的统一电能质量调节器功率协调控制策略［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 10 ）： 3390 - 3398 .

HUANG Xiaoming ， FAN Zhihua ， MIAO Shihong ， et al . Coordinated power control strategy of unified power quality conditioner with energy storage unit ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 10 ）： 3390 - 3398 .

刘宇峰，吴学智，刘京斗，等 . 考虑跌落时相角对幅值特性影响的电压暂降判断方法［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 3 ）： 122 - 128 .

LIU Yufeng ， WU Xuezhi ， LIU Jingdou ， et al . Voltage sag judgment method considering influence of phase angle on amplitude characteristics during sag ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 122 - 128 .

孟令辉，舒泽亮，闫晗，等 . 基于特征次谐波补偿的单相统一电能质量调节器并联变换器控制策略［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5125 - 5133 .

MENG Linghui ， SHU Zeliang ， YAN Han ， et al . Control strategy for single-phase unified power quality conditioner of parallel converter based on specific order harmonics compensation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 24 ）： 5125 - 5133 .

涂春鸣，侯玉超，郭祺，等 . 计及配电网线路阻抗影响的自适应接地故障消弧控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 163 - 171 .

TU Chunming ， HOU Yuchao ， GUO Qi ， et al . Adaptive arc suppression control strategy for grounding fault considering influence of line impedance in distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 163 - 171 .

DASGUPTA S ， SAHOO S K ， PANDA S K . A new control strategy for single phase series connected PV module inverter for grid voltage compensation ［C］// 2009 International Conference on Power Electronics and Drive Systems （PEDS）， January 2-5 ， 2009 ， Taipei， China ： 1317 - 1322 .

SAADAT N ， CHOI S S ， VILATHGAMUWA D M . A series-connected photovoltaic distributed generator capable of enhancing power quality ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 1026 - 1035 .

倪福银，李正明 . 统一电能质量调节器的研究发展综述［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 20 ）： 177 - 187 .

NI Fuyin ， LI Zhengming . Overview of unified power quality conditioner research development ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 20 ）： 177 - 187 .

涂春鸣，李庆，郭祺，等 . 具备电压质量调节能力的串并联一体化多功能变流器［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 23 ）： 4852 - 4863 .

TU Chunming ， LI Qing ， GUO Qi ， et al . Research on series-parallel integrated multifunctional converter with voltage quality adjustment ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 23 ）： 4852 - 4863 .

ABDALAAL R M ， HO C N M ， LEUNG C K ， et al . A remotely central dimming system for a large-scale LED lighting network providing high quality voltage and current ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 5 ）： 5455 - 5465 .

YE J ， GOOI H B ， WANG B F ， et al . A new flexible power quality conditioner with model predictive control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2019 ， 15 （ 5 ）： 2569 - 2579 .

CHOI W ， LEE W ， HAN D ， et al . New configuration of multifunctional grid-connected inverter to improve both current-based and voltage-based power quality ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 6 ）： 6374 - 6382 .

AXENTE I ， BASU M ， CONLON M ， et al . Protection of unified power quality conditioner against the load side short circuits ［J］. IET Power Electronics ， 2010 ， 3 ： 542 - 551 .

GUO Q ， TU C M ， JIANG F ， et al . Improved dual-functional DVR with integrated auxiliary capacitor for capacity optimization ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 10 ）： 9755 - 9766 .

阎博，江道灼，吴兆麟，等 . 具有短路限流功能的统一潮流控制器设计［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 4 ）： 69 - 73 .

YAN Bo ， JIANG Daozhuo ， WU Zhaolin ， et al . Design of unified power flow controller with fault current limiting ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 4 ）： 69 - 73 .

桂帆，江道灼，林志勇，等 . 一种新型限流式统一潮流控制器的设计与研究［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 8 ）： 2187 - 2193 .

GUI Fan ， JIANG Daozhuo ， LIN Zhiyong ， et al . Design and research of a novel unified power flow controller with fault current limiter ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 8 ）： 2187 - 2193 .

周武，乐健，杨金涛，等 . 中压动态电压恢复器的虚拟阻抗控制策略［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 8 ）： 2525 - 2532 .

ZHOU Wu ， LE Jian ， YANG Jintao ， et al . Control strategy of MV dynamic voltage restorer as virtual impedance ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 8 ）： 2525 - 2532 .

WANG L ， LAM C S ， WONG M C . Multifunctional hybrid structure of SVC and capacitive grid-connected inverter （SVC/CGCI） for active power injection and nonactive power compensation ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 3 ）： 1660 - 1670 .

蔡国伟，王艺博，郭东波，等 . 适用于电压幅值双极性调控的直接式AC/AC变换器拓扑结构［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 7 ）： 83 - 88 .

CAI Guowei ， WANG Yibo ， GUO Dongbo ， et al . Topology structure of direct AC/AC converter adapted to voltage amplitude bipolar regulation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 83 - 88 .

杜夏冰，赵成勇，吴方劼，等 . LCC-HVDC系统混合型有源滤波器谐振抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 4 ）： 115 - 122 .

DU Xiabing ， ZHAO Chengyong ， WU Fangjie ， et al . Resonance suppression strategy of hybrid active power filter in LCC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 115 - 122 .

JEONG H G ， LEE K B ， CHOI S ， et al . Performance improvement of LCL-filter-based grid-connected inverters using PQR power transformation ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2010 ， 25 （ 5 ）： 1320 - 1330 .

张志坚，荆龙，赵宇明，等 . 低开关频率对并网逆变器控制环节的影响及补偿方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 111 - 119 .

ZHANG Zhijian ， JING Long ， ZHAO Yuming ， et al . Effect of low switching frequency on control link of grid-connected inverter and compensation method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 111 - 119 .

涂春鸣，卢柏桦，郭祺，等 . 基于最小能量补偿法的串联电容耦合型动态电压恢复器运行特性分析［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3727 - 3738 .

TU Chunming ， LU Baihua ， GUO Qi ， et al . Performance analysis of series capacitance-coupled dynamic voltage restorer based on minimum energy compensation method ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3727 - 3738 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化设计方法

计及系统谐振稳定性和运行可靠性的海上风电分频送出规划

计及全域同步稳定性的并网变换器电压前馈时间常数选取方法