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基于混合级联多电平逆变技术的静止同步补偿器（STATCOM）的研究

作　者: 郑建
导　师: 陈劲操
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 混合级联多电平逆变器无功补偿静止同步补偿器阶梯波EPWM 主电路拓扑
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 448次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,在STATCOM的工程研究中,由于多电平逆变器可以降低功率开关的耐压、省去多重化变压器和改善输出波形,得到了越来越多的关注。混合级联多电平逆变技术作为多电平逆变技术中的一项创新性技术,对其在STATCOM中的应用进行研究更是具有十分重要的意义。论文将2H桥-3H桥混合级联逆变器作为STATCOM的主电路拓扑结构,对其的工作原理进行了深入研究。针对无功功率补偿这一工程应用背景,研究了2H桥-3H桥混合级联多电平逆变器的阶梯波EPWM控制方法,以较低的开关频率实现了质量较高的电压输出。利用仿真软件Simplorer对基于2H桥-3H桥混合级联逆变器的混合级联STATCOM进行了仿真研究,仿真结果表明,混合级联STATCOM输出波形质量好,具有较好的无功补偿效果。在理论分析以及仿真研究的基础上,完成了混合级联STATCOM的软硬件设计,硬件电路以两片ARM7嵌入式芯片为核心,包括电网同步信号发生电路、数据采集单元、驱动电路、主控单元以及主电路等。软件包括数据采集软件与主控软件两部分,负责完成A/D采样、无功电流计算以及控制PWM信号的输出,软件开发基于集成开发环境ADS1.2进行。在完成软硬件设计的基础上,制作了单相混合级联STATCOM的工程样机,对其进行了调试,并进行了无功补偿实验。实验结果表明,所设计的混合级联STATCOM成功实现了对系统中无功功率的补偿,并能够实时跟踪系统中无功电流的变化,与传统结构的STATCOM相比,在装置成本、输出波形质量以及开关频率上具有较大的优势。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-15
  1.1 课题背景  10
  1.2 无功补偿装置的发展  10-11
  1.3 STATCOM的研究现状  11-12
  1.4 多电平逆变技术的发展概况  12-14
  1.5 本文的主要内容  14-15
2 STATCOM的理论基础  15-22
  2.1 STATCOM的基本原理  15-17
    2.1.1 不考虑损耗时的STATCOM的工作原理  15-16
    2.1.2 考虑装置损耗的STATCOM的工作原理  16-17
  2.2 STATCOM的控制方法  17-18
    2.2.1 电流直接控制  17
    2.2.2 电流间接控制  17-18
  2.3 无功电流的检测  18-21
    2.3.1 基于瞬时无功功率理论的畸变电流检测方法  18
    2.3.2 本文所选用的无功电流检测方法  18-21
  2.4 本章小结  21-22
3 混合级联STATCOM主电路拓扑结构及PWM调制技术的研究  22-30
  3.1 级联多电平逆变器的直流侧电压最大扩展原则  22
  3.2 2H桥-3H桥混合级联逆变器的工作原理  22-25
  3.3 2H桥-3H桥混合级联逆变器的阶梯波EPWM控制法  25-29
  3.4 本章小结  29-30
4 系统仿真实验  30-41
  4.1 2H桥-3H桥混合级联逆变器的仿真研究  30-33
  4.2 基于2H桥-3H桥混合级联逆变器的STATCOM的仿真研究  33-40
    4.2.1 静态仿真实验  34-37
    4.2.2 冲击性负载跟踪补偿仿真实验  37-40
  4.3 本章小结  40-41
5 系统硬件设计  41-51
  5.1 同步电路设计  41-43
    5.1.1 电网电压过零检测电路设计  42
    5.1.2 CD4046锁相环电路设计  42-43
  5.2 数据采集单元设计  43-45
  5.3 主控单元设计  45-48
    5.3.1 主控制器设计  45-47
    5.3.2 主控单元外围电路设计  47-48
  5.4 驱动电路设计  48-49
  5.5 主电路设计  49-50
    5.5.1 2H桥-3H桥混合级联逆变器的设计  50
    5.5.2 连接电感的选择  50
  5.6 本章小结  50-51
6 系统软件设计  51-59
  6.1 数据采集软件设计  51-54
    6.1.1 外部中断服务程序设计  52-53
    6.1.2 定时器中断服务程序  53-54
  6.2 主控单元软件设计  54-58
    6.2.1 外部中断服务程序设计  55-56
    6.2.2 定时器1中断服务程序设计  56-57
    6.2.3 主控单元定时器0中断服务程序设计  57-58
    6.2.4 主控单元I~2C中断服务程序设计  58
  6.3 本章小结  58-59
7 混合级联STATCOM的实验分析  59-78
  7.1 同步电路的实验分析  61-62
  7.2 数据采集单元的实验分析  62-63
  7.3 驱动电路实验分析  63-66
  7.4 2H桥-3H桥混合级联逆变器的实验研究  66-69
  7.5 利用混合级联STATCOM进行无功功率补偿的实验分析  69-77
    7.5.1 感性负载补偿实验  70-75
    7.5.2 容性负载补偿实验  75-77
    7.5.3 负载跟踪补偿实验  77
  7.6 本章小结  77-78
8 总结  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-85
附录A  85-86
附录B  86-102

基于混合级联多电平逆变技术的静止同步补偿器（STATCOM）的研究

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