级联H桥STATCOM直流侧电压平衡控制研究
发布时间：2020-08-27 09:03
【摘要】：级联H桥静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)能够动态补偿电网中的无功功率,是稳定电力系统电压水平的主要方案之一。该装置具有模块化程度高、电平数易于扩展、能适应不同电压等级等优良性能,代表新型无功补偿装置的发展方向,成为国内外电力领域的研究热点。由于H桥模块电容相互独立,模块间直流侧电压易出现不平衡现象,影响装置的输出波形质量,甚至会危及装置安全运行,因此直流侧电压平衡控制是级联H桥STATCOM的关键技术之一。本文以级联H桥STATCOM装置为研究对象,主要进行了以下四个方面的工作。本文在分析级联H桥STATCOM的拓扑结构和工作原理的基础上,建立STATCOM的等效模型,根据等效模型的特点分析前馈解耦的电流控制策略。分别对采用双极性载波移相调制策略和单极倍频载波移相调制策略的STATCOM输出电压波形进行双重傅里叶分析,得出两种调制的频谱特点并进行仿真分析。为有效解决直流侧电压不平衡的问题,本文建立了H桥模块有功损耗的等效模型,推导出STATCOM装置稳定运行时直流侧电容电压的数学模型,得出并联损耗、开关损耗和脉冲延时的差异是影响直流侧电压的因素,并通过仿真验证理论推导的正确性。同时,对电网中可能出现的串联损耗、电网电压谐波和直流侧电容容值的差异也进行了仿真分析,结果表明直流侧电压不平衡现象与并联损耗、开关损耗和脉冲延时的差异有关,而与串联损耗、电网谐波和电容容值差异无关。本文采用分层控制策略对级联H桥STATCOM直流侧电压进行平衡控制,建立了装置的有功功率模型,对相间有功功率的流动进行分析,基于影响相间有功功率流动的因素研究了零序电压注入的相间平衡策略和负序电流注入的相间平衡策略,并推导出所需的零序电压和负序电流。通过仿真对两种相间平衡策略进行验证,结果表明了两种策略能够有效平衡相间电压。针对相内直流侧电压平衡控制,由于本文采用的单极倍频载波移相调制具有脉冲延时的特点,故采用载波轮换的方式来缓解调制方法造成的电压不均,但仍存在损耗差异造成电压不均的问题。因此,本文采用调整调制波的控制策略,该策略既可以解决脉冲延时差异导致的相内电压不平衡问题,也能够解决损耗差异造成的相内电压不平衡问题,仿真结果表明该策略可以有效平衡相内直流侧电压。本文基于级联H桥STATCOM的实验平台,设计了DSP+FPGA的控制电路,对调制策略及电压平衡策略进行实验验证,结果表明本文采用的控制策略均能有效地实现控制目标,具有良好的动态和静态特性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM761.12
【图文】：
硕士学位论文 3 个 H 桥模块，cL 为三相滤波电抗器。F2 和电阻 R 构成预充电电路，QF2 初始，充电完成后闭合 QF2，切除预充电电三相电网电压，CT1~CT6 为电流传感器输出电流值。同时，H 桥模块通过从控采样信号经过 AD 转换送入主控制器中进如图 5-2 所示，从上到下来看，STATCO块，主控制器及开关电源在第四层，从控层。实验台主要器件如表 5-1 所示。
(a)STATCOM 输出相电压波形 (b)STATCOM 输出电压频谱图 5-6 装置输出电压波形及频谱Fig.5-6 Output voltage waveform and frequency spectrum of device without load继续对本文所采用的直流侧平衡控制策略进行实验验证，将级联 H 桥 STATCOM 接入电网中，实验参数如表 5-5 所示。表 5-5 系统实验参数Table.5-5 System parameters of experiment参数名称 数值系统线电压有效值 Us/V 120单相 H 桥模块数 N 3模块直流电容参考电压 Udc/V 40交流滤波电感值 L/mH 3模块直流电容值 C/μF 3300无功参考电流幅值 Iq/A三角载波频率 fc/Hz101000实验中给定的无功电流为感性无功电流，此时 A 相电网电压和 STATCOM 的 A 相输出电流如图 5-7 所示，可以看出输出电流滞后电网电压 90°左右。接入电网后，STATCOM
图 5-7 电网电压和输出电流波形图Fig.5-7 The waveforms of device output phase current and grid vo图 5-8 并网后 STATCOM 输出三相电压波形Fig.5-8 The waveforms of STATCOM output phase voltage 桥模块的损耗不同等原因，在未加电压平衡控制策略时电压均会出现不平衡现象，介于实验室中示波器通道有限
本文编号：2805900
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM761.12
【图文】：
硕士学位论文 3 个 H 桥模块，cL 为三相滤波电抗器。F2 和电阻 R 构成预充电电路，QF2 初始，充电完成后闭合 QF2，切除预充电电三相电网电压，CT1~CT6 为电流传感器输出电流值。同时，H 桥模块通过从控采样信号经过 AD 转换送入主控制器中进如图 5-2 所示，从上到下来看，STATCO块，主控制器及开关电源在第四层，从控层。实验台主要器件如表 5-1 所示。
(a)STATCOM 输出相电压波形 (b)STATCOM 输出电压频谱图 5-6 装置输出电压波形及频谱Fig.5-6 Output voltage waveform and frequency spectrum of device without load继续对本文所采用的直流侧平衡控制策略进行实验验证，将级联 H 桥 STATCOM 接入电网中，实验参数如表 5-5 所示。表 5-5 系统实验参数Table.5-5 System parameters of experiment参数名称 数值系统线电压有效值 Us/V 120单相 H 桥模块数 N 3模块直流电容参考电压 Udc/V 40交流滤波电感值 L/mH 3模块直流电容值 C/μF 3300无功参考电流幅值 Iq/A三角载波频率 fc/Hz101000实验中给定的无功电流为感性无功电流，此时 A 相电网电压和 STATCOM 的 A 相输出电流如图 5-7 所示，可以看出输出电流滞后电网电压 90°左右。接入电网后，STATCOM
图 5-7 电网电压和输出电流波形图Fig.5-7 The waveforms of device output phase current and grid vo图 5-8 并网后 STATCOM 输出三相电压波形Fig.5-8 The waveforms of STATCOM output phase voltage 桥模块的损耗不同等原因，在未加电压平衡控制策略时电压均会出现不平衡现象，介于实验室中示波器通道有限
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
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本文编号：2805900
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