基于模块化多电平换流器的STATCOM控制技术研究

发布时间：2017-10-16 21:10

  本文关键词：基于模块化多电平换流器的STATCOM控制技术研究

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【摘要】：静止同步补偿器(STATCOM)的提出为电网治理提供了一种有效手段，如今更是成为电能质量控制领域的主力军。本文针对高压、大功率场合的电能质量治理问题，通过对几种多电平补偿装置进行分析、研究后，提出模块化多电平换流器(MMC)的功率拓扑结构，并对基于MMC的高压、大容量的静止同步补偿器(STATCOM)的工作机理及关键技术进行了深入分析和研究。本文的研究内容为未来高压、大容量静止同步补偿器(STATCOM)的广泛应用奠定了基础。本文进行了如下工作： 首先，对MMC的功率拓扑结构、工作原理、子模块结构和运行方式进行了深入分析和研究，通过对比几种常见的适用于MMC的PWM调制方式，最后选择载波移相(CPS-SPWM)技术作为本文MMC的PWM调制方式；同时，对引起子模块电容电压不平衡的原因进行了深入分析和研究，提出了基于分级法和电容电压排序法子模块电容的均压控制策略，并对两种均压控制策略进行了深入分析；针对传统排序法开关频率高的缺点，提出了一种改进的方法，即将CPS-SPWM技术与电容电压排序法结合在一起；针对MMC的环流问题，本文提出了一种新型功率拓扑结构，并对其工作机理、实现方法进行了深入分析和研究。 其次，介绍了STATCOM的工作原理，提出了基于瞬时无功理论的无功电流检测法。进行了系统建模，并提出了基于前馈解耦的电压、电流双闭环控制策略。同时，结合新型功率拓扑结构提出了系统总的控制策略。 再次，采用MATLAB/SIMULINK仿真软件进行了系统仿真，对本文所提出的控制策略，如MMC子模块电容的电压平衡控制策略以及MMC环流抑制控制器进行了研究；同时，对基于MMC的STATCOM的补偿效果和动态性能进行了验证。仿真结果证明了本文所提出方案的正确性。 最后，进行了系统硬件和软件设计，，并以DSP和FPGA为核心搭建了实验平台，并在此平台上进行了实验研究，实验结果与系统的仿真结果基本一致，进一步证明了本文所提出控制技术的正确性。
【关键词】：STATCOM 模块化多电平换流器(MMC) 电容电压平衡控制 环流抑制
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM761.12
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 课题研究的背景和意义12
• 1.2 STATCOM 研究现状12-13
• 1.3 换流器拓扑结构13-19
• 1.3.1 两电平全桥换流器14-15
• 1.3.2 二极管箝位型多电平换流器15-16
• 1.3.3 飞跨电容箝位型多电平换流器16-17
• 1.3.4 级联 H 桥型多电平换流器17-18
• 1.3.5 模块化多电平换流器18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 模块化多电平换流器关键技术研究21-40
• 2.1 模块化多电平换流器的拓扑结构及工作原理21-25
• 2.1.1 模块化多电平换流器及其子模块的拓扑结构21-24
• 2.1.2 模块化多电平换流器工作原理24-25
• 2.2 模块化多电平换流器调制技术25-27
• 2.2.1 模块化多电平换流器基本调制技术25-27
• 2.2.2 基于 CPS-SPWM 的 MMC 调制技术的实现27
• 2.3 子模块电容电压平衡控制策略27-33
• 2.3.1 分级式电容电压平衡控制策略28-29
• 2.3.2 电压排序平衡控制策略29-32
• 2.3.3 基于 CPS-SPWM 的电压排序控制方法32-33
• 2.4 基于新型拓扑的环流抑制控制策略33-39
• 2.4.1 新型拓扑结构与原理分析34-37
• 2.4.2 基于新型拓扑的环流抑制控制器设计37-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 基于 MMC 的 STATCOM 工作原理与控制技术研究40-53
• 3.1 基于 MMC 的 STATCOM 的工作原理40-42
• 3.2 无功电流检测方法42-45
• 3.2.1 瞬时无功理论42-44
• 3.2.2 STATCOM 的无功与谐波电流检测44-45
• 3.3 模块化多电平 STATCOM 的数学模型45-48
• 3.4 STATCOM 系统控制策略48-52
• 3.4.1 前馈解耦的电压电流双闭环控制48-51
• 3.4.2 基于新型拓扑 MMC 的 STATCOM 系统总控制策略51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 基于 MMC 的 STATCOM 系统仿真与验证53-72
• 4.1 系统仿真模型的建立53-58
• 4.1.1 子模块封装53-54
• 4.1.2 无功电流检测模块54-55
• 4.1.3 前馈解耦控制模块55
• 4.1.4 直流侧电压平衡控制模块55-57
• 4.1.5 环流抑制控制模块57-58
• 4.2 仿真结果分析58-71
• 4.2.1 系统补偿结果分析59-63
• 4.2.2 系统直流侧电压平衡效果分析63-67
• 4.2.3 环流控制仿真分析67-70
• 4.2.4 系统输出电压仿真分析70-71
• 4.3 本章小结71-72
• 第5章 基于 MMC 的 STATCOM 系统设计72-84
• 5.1 基于 MMC 的 STATCOM 系统整体方案设计72-73
• 5.2 主电路参数设计73-76
• 5.3 系统硬件电路设计76-80
• 5.3.1 核心控制芯片选取76-77
• 5.3.2 信号检测模块77-79
• 5.3.3 驱动电路设计79-80
• 5.3.4 过流保护电路80
• 5.4 系统软件程序设计80-83
• 5.4.1 主控制器 DSP 程序设计80-83
• 5.4.2 辅控制器 FPGA 程序设计83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 实验平台搭建及实验结果分析84-92
• 6.1 实验平台的搭建84
• 6.2 实验结果分析84-91
• 6.3 本章小结91-92
• 结论92-94
• 参考文献94-98
• 发表的学术论文98-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：1044909