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级联多电平STATCOM控制系统研究

作　者: 刘国辉
导　师: 张秋豪
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力电子装置级联多电平电压平衡控制脉冲宽度调制
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

作为柔性交流输电系统的核心装置之一,静止同步补偿器(STATCOM)的主要作用是进行无功补偿、维持电网电压、改善系统稳态性能和动态性能,是目前性能最为优越的电力电子装置。本文通过对一些典型的STATCOM主电路拓扑结构进行比较分析,确定了以级联多电平结构的STATCOM为研究对象。为了提高STATCOM控制系统的响应速度和控制精度,本文主要采用了基于d-q轴的电流直接控制方法。对于级联多电平结构STATCOM的突出问题,即各级联单元直流侧间电压的不平衡问题,本文研究了硬件控制和软件控制相结合的基于有功叠加的电压平衡控制方法,提高了电压平衡控制的可靠性。在系统的无功量检测上,采用了实时性更强的基于瞬时无功功率理论的检测方法。在器件一级的控制上,针对级联多电平结构的特点,应用了半周期载波移相的脉冲宽度调制策略,增加了等效开关频率,使STATCOM输出电流的谐波特性更好。以模块化结构设计和易于实现产品化为原则,本文对级联多电平STATCOM控制系统的硬件电路和控制程序进行了设计。另外,出于对系统研究完整性的考虑,简要介绍了STATCOM装置监控系统的设计思路,包括监控系统的硬件架构、软件设计和通讯方式等。采用MATLAB/Simulink仿真软件建立了级联多电平STATCOM控制系统的仿真模型,对采用的控制策略进行综合分析和验证。搭建了级联多电平STATCOM装置的实验平台,实测STATCOM装置的运行情况,验证了所用控制方法的可行性和优越性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题背景和意义  9-10
  1.2 相关技术现状  10-11
  1.3 静止同步补偿器（STATCOM）简介  11-14
    1.3.1 STATCOM 的基本电路结构  11-13
    1.3.2 STATCOM 的基本原理  13-14
  1.4 主要任务  14-16
第二章主电路方案  16-28
  2.1 主电路方案比较  16-23
    2.1.1 变压器串联多重化方案  16-18
    2.1.2 功率单元并联多重化方案  18-19
    2.1.3 开关器件串联三电平方案  19-20
    2.1.4 级联方案  20-22
    2.1.5 模块化多电平变流器方案  22-23
  2.2 主电路方案选择  23-27
    2.2.1 主电路结构  23-25
    2.2.2 主电路参数计算  25-27
  2.3 小结  27-28
第三章级联多电平STATCOM 控制策略  28-42
  3.1 控制对象建立及数学模型  28-30
  3.2 STATCOM 控制策略  30-40
    3.2.1 无功电流检测  31-33
    3.2.2 直接电流控制  33-36
    3.2.3 电压平衡控制  36-40
    3.2.4 PWM 调制策略  40
  3.3 小结  40-42
第四章控制器设计及实现  42-56
  4.1 控制器硬件设计  43-52
    4.1.1 控制电路设计  43-50
    4.1.2 保护电路设计  50-52
  4.2 控制程序设计  52-55
  4.3 小结  55-56
第五章监控系统设计  56-62
  5.1 上位机监控系统  56-59
    5.1.1 上位机硬件  56-58
    5.1.2 上位机软件  58-59
  5.2 通讯系统  59-61
  5.3 小结  61-62
第六章仿真及实验分析  62-73
  6.1 仿真分析  62-68
    6.1.1 仿真模型建立  62-64
    6.1.2 仿真结果分析  64-68
  6.2 实验分析  68-71
    6.2.1 实验条件及装置  68-69
    6.2.2 实验结果分析  69-71
  6.3 实验结论  71-73
第七章结论  73-74
参考文献  74-76
在学研究成果  76-77
致谢  77

级联多电平STATCOM控制系统研究

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