基于交—交直接变换技术的静止同步补偿器研究

发布时间：2018-07-01 20:43

  本文选题：交-交变换技术 + IL-STATCOM　； 参考：《南京理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：静止同步补偿器(STATCOM)作为柔性交流输电系统中的重要装置是当今无功补偿领域的新技术代表,传统STATCOM基于逆变器拓扑,直流侧采用大容量电解电容器组作为储能元件,容易损坏,且价格昂贵。本文研究基于交-交变换技术的无逆变器结构静止同步补偿器(IL-STATCOM),无需使用直流储能元件。首先,本文对虚拟正交源理论进行了介绍,指出了交流斩波器的局限性并推导出偶次谐波调制(EHM)技术,通过saber软件仿真验证了虚拟正交源电压合成策略。研究适用偶次谐波调制技术的Buck型交-交直接Y 换器拓扑族,详细分析了工频隔离推挽正激拓扑和高频隔离推挽正激拓扑,综合考虑选择高频隔离推挽正激交-交直接变换器为研究对象,将其应用于IL-STATCOM。其次,论文详细研究了单相IL-STATCOM基波无功补偿的工作原理,通过三角函数的数学关系推导出单相无功电流大小,并基于此提出一种直接电流控制方案。然后,提出一种可以综合补偿基波无功和高次谐波的三相IL-STATCOM系统结构。分析了基于偶次谐波调制技术的综合补偿原理,对三相IL-STATCOM的补偿电流进行傅里叶级数分解分析其频谱特性,发现EHM耦合问题并提出采用非相邻调制波的解决方案。研究了基于瞬时无功功率理论的特定次数谐波检测方法,实现了高次谐波电流的正序和负序分量的检测,同时设计了适用于三相IL-STATCOM的逐次谐波补偿控制方案。利用仿真软件MATLAB对系统进行仿真,验证了三相IL-STATCOM系统和控制方案的可行性。三相IL-STATCOM实现了补偿电容器和电网侧的电气隔离,具有无功和谐波的综合补偿功能,适用于三相三线平衡系统。最后,在理论分析和仿真验证的基础上研制了一台单相IL-STATCOM的原理样机。实验系统包括以DSP芯片TMS320F28335为核心的控制电路、主功率电路、电流检测和电压同步电路、驱动电路等。样机实验结果表明,单相IL-STATCOM对电网侧有良好的无功补偿效果。
[Abstract]:Static synchronous compensator (Statcom), as an important device in flexible AC transmission system, is a new technology representative in reactive power compensation field. Traditional Statcom is based on inverter topology, and the DC side uses large capacity electrolytic capacitor bank as energy storage element, which is easy to be damaged. And expensive. In this paper, an inverter free static synchronous compensator (IL-STATCOM) based on AC-AC technology is studied without the use of DC energy storage elements. Firstly, this paper introduces the theory of virtual orthogonal source, points out the limitation of AC chopper, deduces even harmonic modulation (EHM) technology, and verifies the voltage synthesis strategy of virtual orthogonal source by saber software simulation. The topology family of Buck type AC-AC direct Y commutator suitable for even harmonic modulation is studied. The power frequency isolation push-pull forward topology and the high-frequency isolated push-pull forward topology are analyzed in detail. The high frequency isolated push-pull forward AC-AC direct converter is considered as the research object, and it is applied to IL-STATCOM. Secondly, the working principle of single-phase IL-STATCOM fundamental reactive power compensation is studied in detail, and the magnitude of single-phase reactive current is deduced by the mathematical relation of trigonometric function. Based on this, a direct current control scheme is proposed. Then, a three-phase IL-STATCOM system structure is proposed, which can compensate the fundamental reactive power and high order harmonics synthetically. This paper analyzes the principle of integrated compensation based on even harmonic modulation technology, analyzes the spectrum characteristics of three-phase IL-STATCOM compensation current by Fourier series decomposition, finds the EHM coupling problem and proposes a solution using non-adjacent modulation wave. Based on instantaneous reactive power theory, the method of harmonic detection for specific times is studied. The detection of positive and negative sequence components of high order harmonic current is realized. At the same time, a control scheme of successive harmonic compensation for three-phase IL-STATCOM is designed. The simulation software MATLAB is used to simulate the system, and the feasibility of the three-phase IL-STATCOM system and control scheme is verified. The three-phase IL-STATCOM realizes the electrical isolation between the compensation capacitor and the power grid, and has the comprehensive compensation function of reactive power and harmonic, which is suitable for the three-phase three-wire balance system. Finally, a prototype of single phase IL-STATCOM is developed on the basis of theoretical analysis and simulation. The experimental system includes control circuit based on DSP chip TMS320F28335, main power circuit, current detection and voltage synchronization circuit, drive circuit and so on. The experimental results show that the single phase IL-STATCOM has a good reactive power compensation effect on the power grid side.
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM761.12

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本文编号：2089097