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)應力,高輸出波形質(zhì)量,高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點,廣泛應用于高壓大功率用電領(lǐng)域?；陟o止無功補償器(STATCOM)的無功補償技術(shù)在提高負荷中心電壓穩(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證相結(jié)合的研究手段,將模塊化多電子技術(shù)應用于動態(tài)無功補償領(lǐng)域,重點對模塊化多電平STATCOM控制策

2、略進行研究,相關(guān)研究內(nèi)容為:
　　 (1)對模塊化多電平換流器研究所涉及的三個重要問題,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,通過對已有多電平調(diào)制策略的比較,提出了一種基于分級排序子模塊電容均壓策略及相應的優(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)生機理入手,分別對正序

3、、負序網(wǎng)絡中的環(huán)流特性展開研究,并基于廣義坐標旋轉(zhuǎn)變換的概念,提出了適用于正序以及負序網(wǎng)絡環(huán)流抑制控制器的設計思路,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)流的波動分量。
　　 (2)通過對STATCOM無功補償原理的分析,分別建立三相靜止坐標系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的STACOM數(shù)學模型和等效電路。同時針對STATCOM數(shù)學模型中dq分量耦合,無法實現(xiàn)獨立無功控制的缺點,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電壓前饋實現(xiàn)解耦控制,可獲得無功補償電流良好的追蹤特性。
　　 (3)針對模塊化多電平換流器各橋臂由大量子模塊級聯(lián)而成,易出現(xiàn)可靠性問題的特點,通過對級聯(lián)多電平換流器故障容錯控制方案的分析,提出了適用于模塊化多電平靜止無功補償器的故障容錯控制方案。該方案通過將冗余子模塊設置在熱備用狀態(tài),可以在子模塊發(fā)生故障時迅速投入冗余模塊,從而保證靜止無功補償器的正常工作。此外該方案還進一步根據(jù)發(fā)生故障模塊數(shù)的不同,設定不同的控制

5、目標,通過適當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償器的工作范圍。
　　 (4)基于瞬時對稱分量理論和廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標變換關(guān)系,分析交流系統(tǒng)電壓平衡和電壓不平衡時系統(tǒng)的功率平衡關(guān)系,分別建立三相靜止坐標系和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的換流器低頻動態(tài)數(shù)學模型。為提高不平衡工況下同步相位與瞬時對稱分量的檢測精度,提出基于廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標變換的同步相位檢測方案。該方案既可消除負序分量對鎖相性能的影響,又可實現(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。本文另一個研究重點為不平衡工況下模塊化多電平換流器的控制與保護問題,本文提出的不平衡工況下的控制策略可分別實現(xiàn)對負序電流或者直流側(cè)電容電壓波動的進行有效抑制,保障了換流器的正常運行。
　　 (5)在對不平衡工況下模塊化多電平換流器環(huán)流抑制控制器設計方案的討論中，本文首先是基于廣義同步旋轉(zhuǎn)坐標變換,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,