基于MMC的静止同步补偿器控制策略研究

发布时间：2021-03-16 11:57

随着国民经济的发展，用电量不断增加，导致电网的感性负载也随之增加，从而增加了电网的无功需求，降低了电网的效率和经济效益，削弱了电网的供电能力。因此进行安全可靠和高质量的供电成为电力系统的首要问题。 MMC不但拥有传统CHB的模块化结构，可以有效的抑制环流，谐波含量较低，可同时完成DC-AC和AC-DC四象限运行，便于装配，适用于高压大功率有功变换场合。对于多电平技术在STATCOM领域中的应用具有非常重要的意义。本文针对模块化多电平STATCOM系统给出了相应控制策略，设计并搭建了实验平台，对相关策略进行了实验验证。首先，分析了模块化多电平STATCOM的工作原理并给出了控制策略。通过对传统MMC预充电方法利弊的分析，给出了一种适合模块化多电平STATCOM的可利用交流电网预充电的方法。由于MMC模块相互独立，且主器件为非理想器件，因此直流电容电压极易发生不平衡及脉动现象。针对此问题，本文给出了一种和载波移相调制方法相配合的电容电压均衡控制策略，并采用基于d-q解耦变换的方法对模块化多电平STATCOM的电流及母线总电压进行控制，最终实现了动态无功补偿、母线总电压的稳定以及电容电压均衡控制。其次，本文针对该课题设计并搭建了输出线电压9电平，容量为2kVar的模块化多电平STATCOM实验平台。平台的设计重点包括电容、电感参数的选取以及电路结构的设计。由于系统涉及的模块数较多，驱动信号数量较大，而且瞬时功率理论中，需要对电压电流进行大量采样，因此本系统选用基于DSP与FPGA相配合的主从式控制系统。在子模块中，利用ARM对电容电压进行采样和存储，并利用CAN总线来进行数据的传输与交换。最后，对控制策略进行实验验证。为了验证控制策略的可行性，在PSCAD中搭建了9电平模块化多电平STATCOM仿真模型，仿真波形与理论分析相一致；通过编写DSP与FPGA的程序，对电容电压平衡控制策略进行了验证，分析了空载、阻感性负载及并网运行三种工况下的电压平衡情况，达到了比较理想的控制效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM761.12

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 STATCOM 研究现状

1.2.2 多电平技术在 STATCOM 中的应用

1.2.3 模块化多电平变换器（MMC）的研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章模块化多电平 STATCOM 工作原理分析

2.1 引言

2.2 模块化多电平 STATCOM 工作原理分析

2.2.1 模块化多电平 STATCOM 的拓扑结构

2.2.2 模块化多电平 STATCOM 原理分析

2.2.3 模块化多电平 STATCOM 调制方法分析

2.3 模块化多电平 STATCOM 控制策略分析

2.3.1 STATCOM 基本结构介绍

2.3.2 STATCOM 工作原理分析

2.3.3 模块化多电平 STATCOM 控制策略分析

2.4 本章小结

第3章系统平台设计与搭建

3.1 引言

3.2 系统参数设计

3.2.1 系统总体介绍

3.2.2 系统参数设计

3.3 硬件电路设计

3.3.1 控制系统硬件设计

3.3.2 MMC 子模块硬件设计

3.4 本章小结

第4章系统控制策略分析及仿真

4.1 引言

4.2 模块化多电平 STATCOM 预充电控制策略分析

4.3 模块化多电平 STATCOM 解耦控制策略分析

4.4 锁相环控制算法分析

4.5 电容电压平衡控制算法分析

4.6 系统的仿真

4.6.1 系统的主电路模型及主要模块组成

4.6.2 仿真波形分析

4.7 本章小结

第5章实验与分析

5.1 引言

5.2 系统软件程序设计

5.3 实验波形分析

5.3.1 载波移相调制模块

5.3.2 锁相模块

5.3.3 电容电压平衡控制实验结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢