混合級聯(lián)多電平拓撲及其在STATCOM中的應用研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,在高壓大功率的用電領域,柔性交流輸電、高壓直流輸電、高壓大型電機的變頻調(diào)速等都離不開大功率的電力電子裝置。在實現(xiàn)高壓大功率變換的幾種解決方案中,多電平變換器由于具有減少器件的開關應力,優(yōu)化輸出波形,提高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點,因而受到了較多關注?；旌霞壜?lián)多電平作為多電平技術(shù)發(fā)展中的一項創(chuàng)新性技術(shù),為高壓大功率變換器的研制開辟了一條新思路。STATCOM的技術(shù)是基于變流器的FACTS技術(shù)的一個基礎技術(shù),因而本文在對混合

2、多電平電路拓撲結(jié)構(gòu)研究的基礎上,對基于改進型混合級聯(lián)多電平變換器的STATCOM進行研究。本文將從研究混合多電平的拓撲結(jié)構(gòu)、調(diào)制方法、輸出波形的頻譜分析、控制系統(tǒng)到其在無功補償中的應用這一思路進行系統(tǒng)的研究,以下是本文的主要研究工作:
　　本文將眾多的混合多電平拓撲結(jié)構(gòu)進行歸納分析,給出了混合級聯(lián)多電平基于并聯(lián)和串聯(lián)思想,以廣義多電平半橋橋臂為基本單元的通用拓撲生成方法,按照該方法可以衍生出更多的混合多電平拓撲。同時根據(jù)目前混合多

3、電平拓撲的特點和實際應用的要求,研究了一種頗具實用價值的改進型混合級聯(lián)多電平變換器,該拓撲將具有相同的母線電壓的一個二極管鉗位H橋模塊與若干個兩電平H橋模塊級聯(lián),通過階梯波與多載波PWM調(diào)制相結(jié)合的混合調(diào)制方法得到輸出電壓。然后對調(diào)制方法進行數(shù)學上的分析,構(gòu)建了三種常用載波分布下調(diào)制過程的三維數(shù)學模型,通過對模型的雙Fourier級數(shù)展開和嚴格的數(shù)學推導,得到了在不同載波分布下輸出電壓的解析表達式,由此可知該變換器輸出波形的完整的頻譜信

4、息。
　　本文對傳統(tǒng)混合級聯(lián)多電平變換器中存在的直流側(cè)功率倒灌現(xiàn)象進行研究,給出了改進型混合級聯(lián)型多電平變換器在混合調(diào)制策略下保證不存在功率倒灌現(xiàn)象的階梯波的調(diào)制方法。為了將該拓撲實際應用,本文設計了基于微處理器DSP與大規(guī)模集成電路FPGA相配合的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并通過使用重復控制設計了一臺基于混合級聯(lián)多電平拓撲的逆變器。
　　本文分析了STATCOM進行無功補償?shù)脑?提出了一種基于改進型混合級聯(lián)變換器的STATCOM的拓

5、撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)級聯(lián)多電平變換器可以分相對系統(tǒng)進行無功補償?shù)奶攸c,采用無零序電流方案設計了三相STATCOM,分別對電網(wǎng)電壓三相對稱或不對稱時,補償平衡或者不平衡的三相無功電流進行仿真,證實了分相控制在這些情況下都有比較好的補償效果,非常具有研究價值。隨后通過對電流環(huán)的數(shù)字控制系統(tǒng)的分析,給出了P控制器的穩(wěn)定范圍,并通過對PI控制,直接重復控制、PI+重復復合控制的比較研究,得出了PI+重復復合控制可以使電流環(huán)擁有較好的系統(tǒng)響應速度的同時擁