王恒宜 汪 飞

(上海大学机电工程与自动化学院 上海 200244)

1 引言

多电平变换器在诸如柔性交流输电系统、高压直流输电等中高压大容量场合发挥着越来越重要的作用[1]。静止同步补偿器(Static synchronous compensator, STATCOM)是多电平变换器的典型应用之一，三角形联结级联H 桥STATCOM 是中高压无功补偿和谐波抑制的先进技术[2]。三角形联结级联H 桥STATCOM 适用于中高压应用场合，可省去多重化变压器，其级联H 桥方式容易模块化，能够通过冗余模块实现较高的容错性，比起传统的中点钳位和飞跨电容STATCOM，不需要大量的钳位二极管和钳位电容，更容易扩展电平数，比起模块化多电平STATCOM 功率密度更大，比起星形联结级联H 桥STATCOM 负序无功补偿能力更强[3-4]。

三角形联结级联H 桥STATCOM 直流侧电容需要承担功率波动，多选用大容值薄膜电容。薄膜电容具有良好的电工特性和高可靠性，然而薄膜电容功率密度低、造价高[5-6]，造成STATCOM 装置占地面积大、建造成本高，为了减小STATCOM 装置的体积和成本，适宜采用较小容值的薄膜电容[7]。小容值电容的使用会导致直流侧电容电压波动变大，直流侧电容电压所含谐波不能像大电容STATCOM那样被忽略，因此小电容STATCOM 的建模和控制应当区别于大电容STATCOM。

从建模方面来说，传统STATCOM 广泛使用dq坐标系下的数学模型[8]，在这个模型里，各变量是不变的。时不变模型易于进行控制器设计。小电容应用下的三角形联结级联H 桥STATCOM 电容电压的波动较大，不能像大电容STATCOM 那样，电容电压被近似为一个常数，电容电压和调制信号的耦合不能被近似为电容电压直流分量和调制信号的耦合，因而难以建立dq坐标系下的时不变数学模型。……