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基于MMC模块化多电平STATCOM控制策略研究

作　者: 梁寰宇
导　师: 苏建徽
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 模块化多电平换流器（MMC） 静止同步补偿器（STATCOM） 环流抑制 电压平衡控制 载波相移脉宽调制
分类号: TM761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


大规模电网和远距离输电，大量高压、大功率非线性设备的广泛应用，为人们带来便利的同时也带来了电能质量的问题。电力系统的稳定性与电网线路中的无功功率直接相关。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）作为柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）主要组成设备之一，在补偿电网无功功率和改善电网质量方面发挥着重要作用。模块组合多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC），具有高度的模块化的结构，有利于降低装置故障损失，实现装置的冗余；通过控制MMC换流器可以实现与三相电网之间有功和无功能量的交换，所以可以应用于大功率无功补偿装置。相对于传统无功补偿设备，基于MMC模块化多电平的静止同步补偿器具有动态调节速度快、谐波污染小、运行范围宽等优点。本文对应用于STATCOM的电流检测方法进行了分析，并对模块化多电平换流器（MMC）的运行特点进行分析研究。推导了基于MMC结构的静止无功补偿器的数学模型。研究表明各相上、下桥臂电压的不一致和功率交换的不平衡造成了MMC的相内电流。通过控制MMC的相内环流icirj，可以实现对每个桥臂内电容总能量的控制，使MMC桥臂的子模块电容电压得到平衡。基于以上理论分析提出了一种基于载波相移调制策略（Carrier Phase-shiftedSPWM，CPS-SPWM），并且带有相内环流抑制和子模块电容电压均压控制的STATCOM整体控制策略，使电容电压得到平衡。在此基础上设计了基于MMC模块化多电平STATCOM的总体控制方案。最后，本文在Simulink平台下对基于MMC模块化多电平STATCOM进行了系统仿真验证和分析，并对硬件控制系统进和子模块程序升级方法行了设计。仿真结果表明系统的本文理论分析的正确性和控制策略的有效性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-14
第一章 绪论  14-25
  1.1 课题研究的背景与意义  14-16
  1.2 STATCOM 研究现状  16-23
    1.2.1 STATCOM 发展与应用现状  16-17
    1.2.2 换流器拓扑结构研究现状  17-20
    1.2.3 多电平逆变器调制方法的研究现状  20-23
    1.2.4 STATCOM 控制策略的研究现状  23
  1.3 本文的主要研究内容  23-25
第二章 STATCOM 原理与 MMC 模块化多电平换流器  25-39
  2.1 瞬时无功理论与电网锁相方法  25-29
    2.1.1 瞬时无功理论  25-27
    2.1.2 电网锁相方法  27-29
  2.2 STATCOM 工作原理与控制策略  29-33
    2.2.1 STATCOM 原理  29-31
    2.2.2 STATCOM 控制策略  31-33
  2.3 MMC 模块化多电平换流器  33-35
  2.4 MMC-STATCOM 拓扑结构与工作原理  35-38
    2.4.1 MMC-STATCOM 拓扑结构  35-38
    2.4.2 MMC-STATCOM 工作原理  38
  2.5 本章小结  38-39
第三章 MMC 电容电压平衡策略研究  39-53
  3.1 基于载波相移的 PWM 调制方法  39-44
    3.1.1 MMC 调制策略的选择  39-40
    3.1.2 CPS-SPWM 在模块化多电平换流器上的应用  40-44
  3.2 子模块电容电压不平衡现象研究  44
  3.3 MMC 环流分析  44-48
  3.4 子模块电容电压均压控制策略研究  48-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 MMC-STATCOM 控制策略研究  53-59
  4.1 MMC-STATCOM 控制策略  53-54
  4.2 环流抑制控制器设计  54-55
  4.3 MMC-STATCOM 控制器设计  55-56
  4.4 不平衡情况下 MMC-STATCOM 的控制策略  56-58
    4.4.1 电网不平衡情况下电压分析  56-57
    4.4.2 不平衡工况的下的控制策略  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 MMC-STATCOM 系统仿真与控制系统设计  59-69
  5.1 MMC-STATCOM 系统仿真  59-64
    5.1.1 子模块电容电压均压与环流抑制仿真策略仿真  59-61
    5.1.2 MMC-STATCOM 控制策略仿真  61-64
  5.2 控制系统设计  64-68
    5.2.1 换流器主控制电路  65-66
    5.2.2 子模块单元控制电路  66-67
    5.2.3 模块单元的在线升级设计  67-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 全文工作总结  69-70
  6.2 今后工作展望  70-71
参考文献  71-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整 > 电压及无功功率自动调整的试验及模拟
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