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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

星型连接级联H桥静止同步补偿器抑制电网电压不平衡能力的研究

Research on the Capability of Star-Connected CHB-STATCOM to Compensate the Unbalanced Voltage of Power Grid

作者 Jiahao Li · Yingjie He · Jinjun Liu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网电压不平衡 星型级联H桥STATCOM 公共连接点 有效补偿范围 定量分析
语言:

中文摘要

针对电网电压不平衡问题,本文介绍了采用星形连接级联 H 桥静止同步补偿器(CHB - STATCOM)抑制公共连接点(PCC)不平衡电压的方案。然而,对于一定的直流侧电压,星形连接 CHB - STATCOM 补偿 PCC 不平衡电压的能力是有限的。当超出有效补偿范围时,星形连接 CHB - STATCOM 不仅无法实现对 PCC 不平衡电压的补偿,还会进一步恶化电网的电能质量。本文综合考虑了由负载不平衡和电源不平衡引起的 PCC 不平衡电压,详细分析了注入零序电压时星形连接 CHB - STATCOM 最大输出电压的关键影响因素和定量关系,并定量给出了星形连接 CHB - STATCOM 对 PCC 不平衡电压的有效补偿范围。这些定量分析为星形连接 CHB - STATCOM 补偿 PCC 不平衡电压提供了参考界限,对星形连接 CHB - STATCOM 的实时调节和选型具有重要意义。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

English Abstract

For the grid voltage unbalance issue, in this article, the scheme of using star-connected cascaded H-bridge static synchronous compensator (CHB-STATCOM) to suppress the unbalanced voltage at the point of common coupling (PCC) is introduced. However, the capability of star-connected CHB-STATCOM to compensate the unbalanced voltage at the PCC is limited for a certain dc-link voltage. When exceeding the effective compensation range, the star-connected CHB-STATCOM not only fails to achieve the compensation of unbalanced voltage at the PCC, but also further deteriorates the power quality of the grid. In this article, the unbalanced voltage at the PCC caused by load unbalance and power supply unbalance is considered comprehensively, the key influencing factors and quantitative relationship of the maximum output voltage of the star-connected CHB-STATCOM injecting zero-sequence voltage are analyzed in detail, and the effective compensation range of the star-connected CHB-STATCOM for unbalanced voltage at the PCC is given in a quantitative manner. These quantitative analyses provide reference limitation for star-connected CHB-STATCOM to compensate unbalanced voltage at the PCC, which is significant for real-time regulation and selection of the star-connected CHB-STATCOM. Finally, the correctness of the theoretical analysis is verified by simulation and experiment.
S

SunView 深度解读

从阳光电源新能源并网设备业务视角看,这项星型级联H桥静止同步补偿器(CHB-STATCOM)的不平衡电压补偿研究具有重要的工程应用价值。该技术直接关联我司在电能质量治理和电网支撑领域的产品线拓展。

论文揭示的核心问题——CHB-STATCOM补偿能力受直流侧电压限制而存在有效补偿范围——对我司SVG(静止无功发生器)和储能变流器产品设计具有直接指导意义。研究通过量化分析负载不平衡和电源不平衡综合影响下的零序电压注入能力,为设备容量配置和实时控制策略提供了理论边界。这与我司推广的"光储一体化"解决方案高度契合,特别是在工业园区、数据中心等存在严重三相不平衡负载的应用场景中,可有效避免补偿设备超出能力范围导致的电能质量恶化问题。

从技术成熟度评估,级联H桥拓扑是我司储能变流器的主流架构之一,该研究成果可快速移植到现有PCS(储能变流系统)平台,通过软件算法升级实现不平衡补偿功能的增强。这为我司开拓电能质量增值服务市场提供了差异化竞争优势。

技术挑战主要集中在多目标协同控制层面:在执行不平衡补偿的同时,需兼顾有功功率传输、无功支撑和直流侧电压均衡等多重任务。建议结合我司在多电平变流器控制方面的技术积累,开发自适应补偿范围识别算法,并在微网、弱电网等复杂工况下进行充分验证。该技术方向符合新型电力系统对灵活性资源的需求趋势,具有显著的市场前景。