基于MMC的STATCOM的研究

发布时间：2017-09-04 19:03

  本文关键词：基于MMC的STATCOM的研究

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【摘要】：目前国家大力发展高压电力网络,并促成智能电网的发展,随着电网的联网,容量也在不断地扩大。由于负载和诸如风电等不平稳电源的大量存在,无功的就地补偿问题成为现代中高压电网中必须解决的问题,STATCOM作为柔性交流输电技术重要的实践成果之一,被用于应对无功补偿领域的各种问题。但是传统STATCOM受到器件参数、开关频率、容量升级和故障处理能力等限制比较多,因而在中高压大功率或大电流领域有其应用的局限性。模块化多电平换流器MMC作为新一代级联多电平技术的核心成果之一,已经成为了近几年的研究热门。其具有的标准模块化结构,不仅有利于对装置容量进行升级,还拥有冗余容错能力;同时其具备四象限运行特性,因而可以作为STATCOM的主电路拓扑而运用于无功补偿领域。本文首先对目前MMC应用在STATCOM上的几种主电路拓扑进行命名,并从启动充电、应用范围、系统控制、装置的经济型等方面对比分析各自的优缺点,最后提出了基于多重化技术的层叠MMC-STATCOM,阐述其如何作为大功率或大电流补偿的有效解决方案,进行了优缺点分析。其次从直流侧不加大储能电容或直流电压的Ⅱ型拓扑出发,阐述其工作原理,建立数学模型;对上下桥臂子模块的电容电压波动和桥臂能量进行研究和分析;接着对传统MMC子模块均压控制方法中基于CPS-PWM的电压均衡控制和基于相间能量平衡的电压平均控制进行的推导证明;对Ⅱ型STATCOM建立系统总体控制框图,在MATLAB/Simulink中搭建了模型进行仿真验证。接着对本文提出的基于MMC多重化结构的STATCOM,先进行数学建模,建立其交流回路等效模型,然后研究桥臂内部端口电压的求解方法,并研究稳压控制、冗余层控制等控制策略,给出系统总体控制框图。针对基于CPSPWM的多重化技术,进行子模块移相角计算方法的研究,利用列表法和移相角矢量图法进行归纳总结,给出适合于MMC多重化结构的STATCOM的子模块移相角计算方法。最后,搭建单层、二重化和三重化仿真模型,通过观察其输出补偿电流和电源侧电流波形和幅频特性进行研究,以验证文中的一些结论。
【关键词】：模块化多电平换流器 STATCOM 载波移相调制 多重化技术
【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】：2015
【分类号】：TM761.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-11
• 1.2 STATCOM的国内外研究和工程应用现状11-13
• 1.3 基于MMC的STATCOM的研究现状13-18
• 1.3.1 无功电流检测13-14
• 1.3.2 子模块容错控制14-15
• 1.3.3 调制方法15-16
• 1.3.4 均压控制和环流抑制策略16-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 主电路拓扑结构的对比分析及选择19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 模块化多电平换流器19-22
• 2.3 基于MMC的STATCOM主电路拓扑的对比分析22-25
• 2.3.1 基于MMC的Ⅰ型拓扑22-23
• 2.3.2 基于MMC的Ⅱ型拓扑23-24
• 2.3.3 基于MMC的Ⅲ型拓扑24-25
• 2.4 仿真验证25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于Ⅱ型拓扑的STATCOM建模与分析29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 Ⅱ型STATCOM工作原理和数学模型29-33
• 3.2.1 Ⅱ型STATCOM的工作原理29-30
• 3.2.2 Ⅱ型STATCOM的数学建模30-33
• 3.3 Ⅱ型拓扑的控制策略33-43
• 3.3.1 电流跟踪控制33
• 3.3.2 子模块电容电压波动分析33-36
• 3.3.3 桥臂能量分析36-38
• 3.3.4 极间稳压控制38
• 3.3.5 子模块均压控制及推导证明38-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 Ⅱ型STATCOM的性能仿真分析44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 Ⅱ型STATCOM系统的总体控制架构44-45
• 4.3 基于Ⅱ型主拓扑的STATCOM仿真分析45-53
• 4.3.1 极间电压仿真分析45-48
• 4.3.2 子模块电容电压仿真分析48-50
• 4.3.3 桥臂电感和连接电感对输出的影响仿真50-52
• 4.3.4 Ⅱ型STATCOM补偿性能仿真52
• 4.3.5 Ⅱ型STATCOM其他性能仿真52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 Ⅲ型STATCOM的多重化分析54-74
• 5.1 引言54
• 5.2 Ⅲ型STATCOM拓扑结构和数学建模54-57
• 5.2.1 Ⅲ型STATCOM的几个基本假设54-55
• 5.2.2 Ⅲ型STATCOM数学建模及工作原理分析55-57
• 5.3 Ⅲ型STATCOM的控制方法57-61
• 5.3.1 电流解耦控制57-58
• 5.3.2 稳压控制58-60
• 5.3.3 冗余层容错控制60-61
• 5.3.4 Ⅲ型STATCOM整体控制框图61
• 5.4 基于CPS-PWM的多重化移相原理61-68
• 5.4.1 子模块移相角计算方法61-66
• 5.4.2 基于多重化的调制原理解析66-68
• 5.5 Ⅲ型STATCOM的多重化仿真68-73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：793273