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不平衡工况下链式STATCOM的控制策略研究

作 者: 何爽
导 师: 臧春艳
学 校: 华中科技大学
专 业: 高电压与绝缘技术
关键词: 链式STATCOM 电网电压不平衡 分相瞬时电流跟踪控制 单相SVPWM 冗余状态矢量
分类号: TM761.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


本论文以链式静止同步补偿器(STATCOM)作为研究对象,首先介绍了STATCOM的工作原理,然后对±2.8kVar三相三角形连接的链式STATCOM主电路进行了建模和参数设计,并重点针对直流侧电容电压均衡控制、电网电压不平衡工况下的控制策略、瞬时电流跟踪以及单相空间矢量调制(SVPWM)等关键技术进行了研究。直流侧电容的均压问题一直是链式STATCOM的技术难题之一。本文从能量守恒的角度对直流侧电容电压的不平衡机理进行分析,认为各级联H桥单元吸收和消耗能量的不一致导致了直流侧电容电压不平衡。从改变H桥单元吸收的能量入手,分析给出了H桥单元的输出电压、电流与直流侧电容充/放电状态的关系,并提出了一种基于有功矢量叠加的控制策略,该有功分量由电容的实时充/放电状态和电容电压的误差共同决定。通过Matlab仿真证明了该控制策略的正确性和有效性。链式STATCOM在电网电压不平衡工况下的控制是另一技术难题。本文对此进行了研究,指出不平衡时STATCOM不仅会输出正、负序电压,还会产生三次谐波,得出了不平衡工况下链式STATCOM的正确等效序网,并引入了分相瞬时电流跟踪控制策略。论文给出了一种快速准确获取不平衡电网电压幅值、相位信息的方法,并分别对链式STATCOM的三种工作模式进行了研究:无功功率控制模式、电压控制模式、不平衡负荷电流补偿模式。文章采用比例+重复控制的复合控制器对瞬时电流进行无静差跟踪,并给出了其详细的设计方法。仿真结果表明,采用分相电流瞬时控制策略可以保证链式STATCOM在不平衡工况下正常有效工作。复合控制器与PI控制器的对比研究表明,复合控制器能更好的跟踪瞬时电流并抑制谐波。论文针对链式STATCOM的拓扑结构特点,提出一种较新颖的单相SVPWM算法。该算法不仅形式简单,适用于任意电平的级联逆变器,且直接适用于三相不平衡输出。更重要的是,其冗余矢量分配能力为控制性能的优化提供了可能。本文基于减少开关损耗、均衡开关负荷和均衡直流侧电容电压两个目的,提出了两种冗余矢量选择原则。并通过Matlab仿真证明了该调制算法及冗余矢量选择原则的正确性和有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景和意义  9-10
  1.2 链式STATCOM 的研究现状  10-12
  1.3 链式STATCOM 控制策略的研究现状  12-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
2 链式STATCOM 的工作原理、数学建模及参数设计  16-25
  2.1 STATCOM 的工作原理  16-17
  2.2 链式STATCOM 的数学建模  17-21
  2.3 链式STATCOM 主电路参数设计  21-24
  2.4 本章小结  24-25
3 链式STATCOM 直流侧电容电压均衡控制  25-31
  3.1 电容电压不平衡机理  25-26
  3.2 电容电压均衡控制策略  26-28
  3.3 仿真验证  28-30
  3.4 本章小结  30-31
4 不平衡工况下链式STATCOM 的控制策略  31-64
  4.1 电网电压不平衡工况下的运行分析  31-34
  4.2 分相瞬时电流控制  34-49
  4.3 仿真验证  49-62
  4.4 本章小结  62-64
5 链式STATCOM 空间矢量调制策略研究  64-77
  5.1 单相空间矢量调制算法原理  64-65
  5.2 冗余矢量选择  65-73
  5.3 仿真验证  73-75
  5.4 本章小结  75-77
6 总结与展望  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-87
附录 作者在攻读硕士期间发表的论文  87

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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
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