模塊化多電平STATCOM控制策略研究.pdf

1、多電平變換器因具有低器件開關(guān)應(yīng)力,高輸出波形質(zhì)量,高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高壓大功率用電領(lǐng)域?；陟o止無功補(bǔ)償器(STATCOM)的無功補(bǔ)償技術(shù)在提高負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定性,改善電能質(zhì)量等方面效果明顯,具有顯著的應(yīng)用前景。模塊化多電平技術(shù)是多電平技術(shù)發(fā)展的最新成果,為高壓大功率場合電力電子裝置的研制提供了新的思路。本文采用理論分析與仿真驗(yàn)證相結(jié)合的研究手段,將模塊化多電子技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償領(lǐng)域,重點(diǎn)對(duì)模塊化多電平STATCOM控制策

2、略進(jìn)行研究,相關(guān)研究內(nèi)容為:
　　 (1)對(duì)模塊化多電平換流器研究所涉及的三個(gè)重要問題,即調(diào)制策略、電容均壓策略和環(huán)流抑制策略展開討論。本文將多電平換流器的調(diào)制策略與電容均壓策略統(tǒng)一分析,通過對(duì)已有多電平調(diào)制策略的比較,提出了一種基于分級(jí)排序子模塊電容均壓策略及相應(yīng)的優(yōu)化方法,該方法可在維持子模塊電容電壓均衡的條件下有效降低開關(guān)頻率,提高了換流器的工作效率。對(duì)模塊化多電平換流器環(huán)流問題的研究中。本文從環(huán)流產(chǎn)生機(jī)理入手,分別對(duì)正序

3、、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)流特性展開研究,并基于廣義坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換的概念,提出了適用于正序以及負(fù)序網(wǎng)絡(luò)環(huán)流抑制控制器的設(shè)計(jì)思路,該控制器可在不增加橋臂限流電抗的條件下,有效抑制環(huán)流的波動(dòng)分量。
　　 (2)通過對(duì)STATCOM無功補(bǔ)償原理的分析,分別建立三相靜止坐標(biāo)系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的STACOM數(shù)學(xué)模型和等效電路。同時(shí)針對(duì)STATCOM數(shù)學(xué)模型中dq分量耦合,無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立無功控制的缺點(diǎn),提出了一種基于狀態(tài)反饋的解耦控制策略。該策略

4、通過引入dq電壓前饋實(shí)現(xiàn)解耦控制,可獲得無功補(bǔ)償電流良好的追蹤特性。
　　 (3)針對(duì)模塊化多電平換流器各橋臂由大量子模塊級(jí)聯(lián)而成,易出現(xiàn)可靠性問題的特點(diǎn),通過對(duì)級(jí)聯(lián)多電平換流器故障容錯(cuò)控制方案的分析,提出了適用于模塊化多電平靜止無功補(bǔ)償器的故障容錯(cuò)控制方案。該方案通過將冗余子模塊設(shè)置在熱備用狀態(tài),可以在子模塊發(fā)生故障時(shí)迅速投入冗余模塊,從而保證靜止無功補(bǔ)償器的正常工作。此外該方案還進(jìn)一步根據(jù)發(fā)生故障模塊數(shù)的不同,設(shè)定不同的控制

5、目標(biāo),通過適當(dāng)提升子模塊電容電壓參考值的方法,最大化的提高了靜止無功補(bǔ)償器的工作范圍。
　　 (4)基于瞬時(shí)對(duì)稱分量理論和廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換關(guān)系,分析交流系統(tǒng)電壓平衡和電壓不平衡時(shí)系統(tǒng)的功率平衡關(guān)系,分別建立三相靜止坐標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的換流器低頻動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。為提高不平衡工況下同步相位與瞬時(shí)對(duì)稱分量的檢測精度,提出基于廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的同步相位檢測方案。該方案既可消除負(fù)序分量對(duì)鎖相性能的影響,又可實(shí)現(xiàn)可分量的提取

6、,為不平衡工況換流器的控制提供了保證。本文另一個(gè)研究重點(diǎn)為不平衡工況下模塊化多電平換流器的控制與保護(hù)問題,本文提出的不平衡工況下的控制策略可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序電流或者直流側(cè)電容電壓波動(dòng)的進(jìn)行有效抑制,保障了換流器的正常運(yùn)行。
　　 (5)在對(duì)不平衡工況下模塊化多電平換流器環(huán)流抑制控制器設(shè)計(jì)方案的討論中，本文首先是基于廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,將不平衡工況下?lián)Q流器的功率控制與內(nèi)部環(huán)流控制統(tǒng)一討論。在保證換流器出口側(cè)的有功功率穩(wěn)定的前提下,