基于模块化多电平变流器的STATCOM控制策略研究

发布时间：2020-03-28 13:08

【摘要】：近年来,随着电力系统电压等级的不断提高和电力系统规模的不断扩大,STATCOM(Static Synchronous Compensator,静止同步补偿器)也不断向高压大容量方向发展。MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变流器)由于级联子模块较多,其输出电压更接近正弦波,谐波含量极低,当它用于并联无功补偿时不会给电网带来巨大的谐波污染。因此采用更先进的控制策略对模块化多电平变流器进行控制,提高STATCOM对电网无功补偿的性能有着十分重要的意义。针对MMC子模块电容电压平衡控制问题,本文通过对MMC内部能量变化和转移的机理进行分析,提出了基于能量分析的MMC-STATCOM电容电压三级平衡控制策略;针对MMC控制器动态性能差的问题,本文首先利用反馈线性化理论对MMC-STATCOM系统进行解耦,然后设计了内外环双滑模控制器。具体研究内容如下:(1)系统地介绍了MMC-STATCOM的工作原理、数学模型和无功电流检测方法。(2)对MMC中相与相之间、上桥臂与下桥臂之间、子模块与子模块之间能量变换和转移机理及特性进行了深入分析。详细探讨了影响MMC能量平衡的决定因素,又采用了基于准PR控制器的二倍频环流抑制策略,在此基础上,借鉴了三级能量平衡控制策略,实现了电容电压的平衡控制。(3)对反馈线性化理论和滑模控制原理进行了介绍。针对MMC-STATCOM系统非线性强耦合的特点,利用反馈线性化原理,将复杂的非线性系统解耦并降阶为一阶线性系统,然后对此系统设计了电压外环滑模控制器和电流内环滑模控制器,实现了对无功补偿和无功发生的控制。(4)搭建了基于MMC的STATCOM仿真模型,分别对本文所提出的三级电容电压平衡控制策略和双滑模控制策略进行仿真分析研究。仿真结果表明:通过采用文中所提的电容电压平衡控制策略,能够减缓系统遭受相间负载不平衡大扰动后的电容电压波动,从而抑制由于三相不平衡所引起的STATCOM脱网运行事故,有效提高了MMC-STATCOM的安全稳定运行能力;此反馈线性化解耦的双滑模控制策略在系统运行于无功补偿工况和运行于无功发生工况时都具有良好的动态响应性能。
【图文】：

拓扑结构图,拓扑结构,子模块,桥臂

- 6 -图 2.1 MMC-STATCOM 拓扑结构，基于 MMC 的 STATCOM 主电路拓扑为并联在电网负荷侧变器结构。MMC 由一系列的 SM(Sub-Module，子模块)串联 STATCOM 的连接电感。MMC 每相由上、下两个桥臂组成桥臂，每个桥臂又由N 个完全相同的子模块和一个串联电感元共有2N 个 SM，dcU 为直流侧电压。如图 2.2 为单个子模块BT，0C 为直流存储电容，1D 、2D 为两个反并联二极管，U电压，CU 为 SM 电容电压。串联的子模块数量较多，所以交流侧输出电压的电平数和电

示意图,平衡控制,三级,子模块

级控制器所决定的，因此uji是不变的，，仅以达到控制子模块中能量向下一个子模量的总值为零，这样就达到了子模块的能。因此 N 个子模块的电压调整量的总和 u10Njiu i 平衡控制MC 相间、桥臂间、子模块间能量变换和、桥臂间平衡控制器和子模块平衡控制器压平衡控制器被组合起来形成了相互之制器之间是独立的，下级控制器不会与上器示意图。cj refIavg
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

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