级联H桥STATCOM电容电压波动抑制策略研究
发布时间：2021-06-13 15:05
级联H桥STATCOM具有可扩展性强、耐高压、模块化程度高、实时补偿无功功率等优势,在无功补偿领域具有广阔前景和应用价值,成为国内外电力系统的研究热点。STATCOM的H桥相互独立,造成模块之间电容电压不平衡,是STATCOM亟待解决的核心问题之一。同时,传统的STATCOM直流侧电解电容体积庞大、故障率高,限制装置功率密度和可靠性的提高。本文主要围绕STATCOM电容电压平衡和抑制直流侧二倍频电压波动两个关键问题展开研究,以保障级联H桥STATCOM系统的可靠运行。为了实时、有效补偿无功功率,需要对STATCOM建立等效数学模型,基于在同步旋转坐标系下有功功率和无功功率存在耦合项,采用电压前馈解耦对系统进行有功和无功的独立控制。考虑采样延时和PWM惯性环节,修正PI控制器,实现对补偿电流的精准控制。针对电容电压的不平衡使输出电流谐波增加、电容和开关管使用寿命缩减等问题,采用电压分层控制解决方案。构建电容电压与调制比增量之间的数学模型,根据级联H桥总体调制比不变原则,分析H桥调制比对电容电压的影响,探究修正调制比的相内平衡策略。对STATCOM三相瞬时输出功率建模,通过基波零序电压注入...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电力电子变换器故障原因Figure1-1Causesofpowerelectronicconverterfailure
硕士学位论文66电路，断路器初始状态为关断状态，随装置的启动而导通。CT1-CT6是用于采集三相负载电流、补偿电流的隔离型传感器。在装置的二次侧通过主控制器对各个H桥模块的电容电压采样，控制PWM驱动信号的收发，各个模拟信号通过AD送入主控制器统一处理。图5-2STATCOM装置实验平台Figure5-2STATCOMdeviceexperimentalplatform图5-2是三相STATCOM实验样机平台，上三层是主电路，分别对应A相、B相和C相。每相均由3个H桥模块级联而成。对于各个电压、电流采样电路和各桥臂IGBT的驱动电路遵循就近原则，分布于一至三层。在第四层的左侧则主要分布开关电源，为二次侧控制电路提供电源，而右侧是主控制器及三个从控制器。空气开关分布在外围，而预充电电阻及网侧电感则分布在底部。表5-1是STATCOM装置主电路的主要器件参数。表5-1STATCOM主电路主要器件参数Table5-1MaindeviceparametersofSTATCOMmaincircuit器件名称型号主要参数厂家并网电感4mH30A上海鹰峰稳压电容B43310-A5338-M3300μFEpcosIGBT吸收电容B32656Y7224K0.22μF1200VEpcosIGBT驱动2SC0108T-ConceptIGBTBSM50GB120DLC1200V/50A英飞凌电容电压传感器LV25-400600VLEM电网电压传感器LV25-400600VLEM电流传感器LA50-S50ALEM
硕士学位论文72(3)直流侧电压波动控制实验验证在实现电压平衡的基础上，采用注入三次谐波的方法抑制电容电压二次纹波脉动。图5-12是注入谐波前后的直流侧电压波形，在谐波注入后，直流侧电压波动显著减小，由原来的6V波动降为3V左右，大约为原来的50%。图5-12三次谐波注入的电容电压波形Figure5-12Voltagewaveformofthecapacitorinjectedbythethirdharmonic图5-13是抑制电压波动后的输出电流波形，三相电流对称，可以看出输出电流得畸变率由原来的2.3%变为4.1%，谐波含量增大，不过仍然满足并网要求。(a)输出电流波形(b)输出电流频谱图图5-13波动抑制后的输出电流及频谱Figure5-13Outputcurrentandspectrumafterfluctuationsuppression5.3本章小结(SummaryofthisChapter)本章对实验平台的搭建和二次控制电路的设计进行了介绍，接着以级联H桥STATCOM装置为载体，试验验证了单极倍频CPS-SPWM策略具有较高的等效开关频率，补偿电流输出波形良好，三相不平衡经电容电压控制策略能够迅速地达到平衡状态，且直流侧的二次纹波经三次谐波注入后也得到有效的抑制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于交流侧功率解耦的无电解电容光伏逆变器研究[J]. 舒展,程思萌,杨越,陶翔,章勇高. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[2]基于功率解耦的额定风速附近发电优化控制研究[J]. 娄尧林,蔡旭,叶杭冶,何立君. 电网技术. 2019(03)
[3]级联H桥变流器的波动电压生成控制策略[J]. 李宇飞,王跃,吴金龙,冯宇鹏,张建,姚为正. 电工技术学报. 2015(09)
[4]一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法[J]. 王琨,冯琳,李国杰. 电力系统保护与控制. 2014(14)
[5]基于MMC的STATCOM控制方法[J]. 谢龙裕,罗安,徐千鸣,何志兴,刘爱文. 电网技术. 2014(05)
[6]模块化多电平变流器预充电控制及其SVG实验[J]. 邓明,吴强,张志学,唐剑钊,刘华东,谭胜武. 大功率变流技术. 2013(06)
[7]零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制[J]. 季振东,赵剑锋,孙毅超,姚晓君,朱泽安. 中国电机工程学报. 2013(21)
[8]链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略[J]. 赵波,郭剑波,周飞. 中国电机工程学报. 2012(34)
[9]H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略[J]. 王志冰,于坤山,周孝信. 中国电机工程学报. 2012(06)
[10]级联型静止同步补偿器的直流电压检测及控制方法研究[J]. 李一丹,卢文生,彭秀艳,郭明良. 中国电机工程学报. 2011(03)
博士论文
[1]级联H桥变换器的高性能控制与风力发电应用研究[D]. 张永磊.中国矿业大学 2018
[2]微电网中单相变换器功率解耦及优化技术研究[D]. 姚文利.西北工业大学 2017
[3]级联多电平静止同步补偿器关键技术及应用研究[D]. 何志兴.湖南大学 2016
[4]级联型电力电子变压器关键技术研究[D]. 季振东.东南大学 2015
[5]级联多电平静止同步补偿器及其负序补偿若干关键技术研究[D]. 熊桥坡.湖南大学 2014
[6]级联H桥多电平STATCOM的控制策略及应用研究[D]. 胡应宏.哈尔滨工业大学 2013
[7]级联H桥整流及其直流侧电容电压平衡控制的研究[D]. 张国澎.中国矿业大学(北京) 2012
[8]中压级联型多电平STATCOM关键技术研究[D]. 苗长新.中国矿业大学 2012
硕士论文
[1]单相级联H桥整流器电压均衡与有源功率解耦控制[D]. 刘强.山东大学 2019
[2]Buck/Boost变换器与双向全桥DC/DC变换器级联系统建模及控制[D]. 张微微.合肥工业大学 2019
[3]基于混合级联多电平换流器的STATCOM研究[D]. 林志勇.浙江大学 2014
本文编号：3227767
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电力电子变换器故障原因Figure1-1Causesofpowerelectronicconverterfailure
硕士学位论文66电路，断路器初始状态为关断状态，随装置的启动而导通。CT1-CT6是用于采集三相负载电流、补偿电流的隔离型传感器。在装置的二次侧通过主控制器对各个H桥模块的电容电压采样，控制PWM驱动信号的收发，各个模拟信号通过AD送入主控制器统一处理。图5-2STATCOM装置实验平台Figure5-2STATCOMdeviceexperimentalplatform图5-2是三相STATCOM实验样机平台，上三层是主电路，分别对应A相、B相和C相。每相均由3个H桥模块级联而成。对于各个电压、电流采样电路和各桥臂IGBT的驱动电路遵循就近原则，分布于一至三层。在第四层的左侧则主要分布开关电源，为二次侧控制电路提供电源，而右侧是主控制器及三个从控制器。空气开关分布在外围，而预充电电阻及网侧电感则分布在底部。表5-1是STATCOM装置主电路的主要器件参数。表5-1STATCOM主电路主要器件参数Table5-1MaindeviceparametersofSTATCOMmaincircuit器件名称型号主要参数厂家并网电感4mH30A上海鹰峰稳压电容B43310-A5338-M3300μFEpcosIGBT吸收电容B32656Y7224K0.22μF1200VEpcosIGBT驱动2SC0108T-ConceptIGBTBSM50GB120DLC1200V/50A英飞凌电容电压传感器LV25-400600VLEM电网电压传感器LV25-400600VLEM电流传感器LA50-S50ALEM
硕士学位论文72(3)直流侧电压波动控制实验验证在实现电压平衡的基础上，采用注入三次谐波的方法抑制电容电压二次纹波脉动。图5-12是注入谐波前后的直流侧电压波形，在谐波注入后，直流侧电压波动显著减小，由原来的6V波动降为3V左右，大约为原来的50%。图5-12三次谐波注入的电容电压波形Figure5-12Voltagewaveformofthecapacitorinjectedbythethirdharmonic图5-13是抑制电压波动后的输出电流波形，三相电流对称，可以看出输出电流得畸变率由原来的2.3%变为4.1%，谐波含量增大，不过仍然满足并网要求。(a)输出电流波形(b)输出电流频谱图图5-13波动抑制后的输出电流及频谱Figure5-13Outputcurrentandspectrumafterfluctuationsuppression5.3本章小结(SummaryofthisChapter)本章对实验平台的搭建和二次控制电路的设计进行了介绍，接着以级联H桥STATCOM装置为载体，试验验证了单极倍频CPS-SPWM策略具有较高的等效开关频率，补偿电流输出波形良好，三相不平衡经电容电压控制策略能够迅速地达到平衡状态，且直流侧的二次纹波经三次谐波注入后也得到有效的抑制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于交流侧功率解耦的无电解电容光伏逆变器研究[J]. 舒展,程思萌,杨越,陶翔,章勇高. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[2]基于功率解耦的额定风速附近发电优化控制研究[J]. 娄尧林,蔡旭,叶杭冶,何立君. 电网技术. 2019(03)
[3]级联H桥变流器的波动电压生成控制策略[J]. 李宇飞,王跃,吴金龙,冯宇鹏,张建,姚为正. 电工技术学报. 2015(09)
[4]一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法[J]. 王琨,冯琳,李国杰. 电力系统保护与控制. 2014(14)
[5]基于MMC的STATCOM控制方法[J]. 谢龙裕,罗安,徐千鸣,何志兴,刘爱文. 电网技术. 2014(05)
[6]模块化多电平变流器预充电控制及其SVG实验[J]. 邓明,吴强,张志学,唐剑钊,刘华东,谭胜武. 大功率变流技术. 2013(06)
[7]零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制[J]. 季振东,赵剑锋,孙毅超,姚晓君,朱泽安. 中国电机工程学报. 2013(21)
[8]链式STATCOM相间直流电压平衡控制策略[J]. 赵波,郭剑波,周飞. 中国电机工程学报. 2012(34)
[9]H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略[J]. 王志冰,于坤山,周孝信. 中国电机工程学报. 2012(06)
[10]级联型静止同步补偿器的直流电压检测及控制方法研究[J]. 李一丹,卢文生,彭秀艳,郭明良. 中国电机工程学报. 2011(03)
博士论文
[1]级联H桥变换器的高性能控制与风力发电应用研究[D]. 张永磊.中国矿业大学 2018
[2]微电网中单相变换器功率解耦及优化技术研究[D]. 姚文利.西北工业大学 2017
[3]级联多电平静止同步补偿器关键技术及应用研究[D]. 何志兴.湖南大学 2016
[4]级联型电力电子变压器关键技术研究[D]. 季振东.东南大学 2015
[5]级联多电平静止同步补偿器及其负序补偿若干关键技术研究[D]. 熊桥坡.湖南大学 2014
[6]级联H桥多电平STATCOM的控制策略及应用研究[D]. 胡应宏.哈尔滨工业大学 2013
[7]级联H桥整流及其直流侧电容电压平衡控制的研究[D]. 张国澎.中国矿业大学(北京) 2012
[8]中压级联型多电平STATCOM关键技术研究[D]. 苗长新.中国矿业大学 2012
硕士论文
[1]单相级联H桥整流器电压均衡与有源功率解耦控制[D]. 刘强.山东大学 2019
[2]Buck/Boost变换器与双向全桥DC/DC变换器级联系统建模及控制[D]. 张微微.合肥工业大学 2019
[3]基于混合级联多电平换流器的STATCOM研究[D]. 林志勇.浙江大学 2014
本文编号：3227767
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