半橋級聯(lián)式STATCOM結(jié)構(gòu)及控制研究.pdf

1、無功補(bǔ)償技術(shù)可以穩(wěn)定電壓水平，優(yōu)化波形質(zhì)量，提高電能的使用效率，是建設(shè)建設(shè)資源節(jié)約型社會的重要手段之一。近年來靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)電機(jī)節(jié)能、新能源發(fā)電及輸變電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在高壓大容量場合H橋級聯(lián)式多電平STATCOM已成為最佳方案，已逐步取代傳統(tǒng)的變壓器多重化結(jié)構(gòu)的STATCOM拓?fù)?。若能進(jìn)一步發(fā)揮級聯(lián)式多電平拓?fù)錅p少器件的開關(guān)應(yīng)力，優(yōu)化輸出波形，提高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢，將使多電平STATCOM技術(shù)的研

2、究價(jià)值更加突出。
　　本文首先總結(jié)了目前多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并比較了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一種全新的半橋級聯(lián)式STATCOM結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和子模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩方面，分析了系統(tǒng)主電路的基本工作原理和輸出原理，對子模塊的具體工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析。并依據(jù)半橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)的工作原理，推導(dǎo)了半橋級聯(lián)式STATCOM拓?fù)涞膫鬟f函數(shù)模型，為后續(xù)控制策略的分析打下理論基礎(chǔ)。
　　其次，本文研究了基于半橋結(jié)構(gòu)的功率控制策略和電

3、容電壓均衡策略，在同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系下，將有功和無功分量解耦，推導(dǎo)了忽略開關(guān)特性的半橋式級聯(lián)結(jié)構(gòu)低頻時(shí)域模型，在此基礎(chǔ)上分別引入PI控制器和重復(fù)控制器。最后對相關(guān)控制策略進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明，采用基于PID的功率控制策略時(shí)，比例環(huán)節(jié)保證系統(tǒng)的快速性，瞬態(tài)響應(yīng)快;而采用基于重復(fù)控制的功率控制策略時(shí)，重復(fù)控制器實(shí)現(xiàn)無靜差，保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。
　　然后本文從幾種常見的高頻調(diào)制方法出發(fā)，重點(diǎn)分析了各種方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。針對半

4、橋級聯(lián)式系統(tǒng)，提出了一種利用單載波實(shí)現(xiàn)多電平調(diào)制的半橋級聯(lián)式通用PWM(HBU-PWM)調(diào)制方法，與傳統(tǒng)調(diào)制方式相比省略了相位同步環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了SPWM在三相三線制的半橋型級聯(lián)式STATCOM結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，且保留了傳統(tǒng)級聯(lián)調(diào)制技術(shù)諧波含量少的優(yōu)點(diǎn)。從原理上分析了其實(shí)現(xiàn)過程，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的分析提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)。PWM控制固有的高次諧波問題是各種高壓大功率逆變器都面臨的問題。本文在不同調(diào)制方法下針對H橋式級聯(lián)型逆變器進(jìn)行仿真，通過觀察仿真結(jié)

5、果中階梯波的波形變化情況，總結(jié)了不同調(diào)制方法對輸出波形影響的規(guī)律。
　　最后，本文介紹了7電平40kVA半橋級聯(lián)式STATCOM系統(tǒng)開發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)角度進(jìn)一步驗(yàn)證了逆變器的控制策略。簡單介紹了實(shí)驗(yàn)平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組成，對系統(tǒng)中部分硬件電路和軟件程序進(jìn)行了分析。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中，通過對系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果顯示STATCOM能迅速補(bǔ)償?shù)粝到y(tǒng)無功缺額，驗(yàn)證了控制策略的有效性。通過對ST