基于四象限雙H橋變流器級聯(lián)型大容量DSTATCOM關鍵技術的研究.pdf

1、隨著工業(yè)化規(guī)模的擴大及科學技術的迅速發(fā)展，一方面，國民經濟各部門電氣化程度的日益提高，各種復雜的、精密的、對電源特性變化敏感的新型高科技用戶設備的不斷增加，人們對電能質量的要求越來越高；另一方面，配電網中快速沖擊型負荷（如電弧爐、軋機、絞車等）、大容量電力電子非線性負荷的急劇增加，引起電網電壓波動與閃變、三相供電不平衡和電壓電流波形畸變等，造成電網電能質量的嚴重惡化。因此，在電網干擾源接入點安裝合適的補償裝置，來消除上述一系列電能質量問

2、題，改善和提高電網電能質量，已經成為當前國民經濟發(fā)展的迫切要求。在眾多的配電網電能質量治理補償裝置中，配電靜止同步補償器（Distribution Static Synchronous Compensator，DSTATCOM）由于具有動態(tài)響應速度快、補償范圍寬、輸出諧波小、系統(tǒng)穩(wěn)定性強、體積小等諸多優(yōu)點而成為配電系統(tǒng)中電能質量補償裝置發(fā)展的方向。
　　 本文主要任務是對高壓大容量DSTATCOM的關鍵技術進行研究。主要研究內容

3、和成果包括：
　　 (1)裝置主電路拓撲及其參數(shù)的研究、設計：
　　 分析研究了不同類型多電平變流器的結構、特點，針對H橋級聯(lián)犁多電平逆變器直流側電容電壓不平衡的特點，設計了一種基于四象限雙H橋變流器的級聯(lián)型DSTATCOM主電路拓撲。基于該電路結構，文章依次對裝置連接電抗、功率單元直流側電容以及H橋整流器容量、交流側濾波電抗等主要電路參數(shù)進行了研究和設計?；谳d波相移SPWM(Carder phase-shifted

4、SPWM，CPS-SPWM)的開關調制策略，文章在建立SPWM-H橋變流器數(shù)學模型的基礎上，推導出了直流側電壓、電流數(shù)學模型，并據此提出來一種直流電容的設計方法。
　　 (2)基于改進型瞬時對稱分量法的電流檢測方法的研究：
　　 分析研究了各種電流檢測方法及其特點，得出了實時獲取系統(tǒng)基波正序電壓同步信號是精確提取補償指令電流的關鍵的結論。為此，文章提出了一種改進型瞬時對稱分量法。基于此對稱分量法，結合dq0同步坐標變換的

5、電流檢測技術，文章提出來一種基于改進型瞬時對稱分量法的DSTATCOM補償指令電流檢測方法。區(qū)別于其他檢測方法，該方法避免了90o移相電路、PLL鎖相環(huán)電路以及正余弦函數(shù)的查表過程，并消除了由此帶來的誤差和故障。仿真與試驗結果顯示，該方法能夠快速、準確的檢測出與系統(tǒng)電壓基波正序分量同步的基波正序有功電流分量，從而實時檢測出DSTATCOM裝置補償所需包含無功、諧波、以及負序分量的補償指令電流。
　　 (3)基于不對稱規(guī)則采樣法的

6、CPS-SPWM脈沖快速生成方法的研究
　　 分析研究了CPS-SPWM開關調制策略及其實現(xiàn)方法。文章提出了一種基于不對稱規(guī)則采樣的CPS-SPWM觸發(fā)脈沖的快速、精確的生成方法。詳細分析了基于不對稱規(guī)則采樣法的單相H橋逆變器以及H橋級聯(lián)裝置的SPWM輸出電壓的基波與諧波特性。仿真實驗結果表明，文章所提基于不對稱規(guī)則采樣法的CPS-SPWM脈沖生成方法，相對基于對稱規(guī)則采樣法的CPS-SPWM脈沖生成方法，在沒有增加采樣頻率和計

7、算工作量的基礎上，裝置輸出基波電壓滯后調制波的延時縮小了1倍，直流側電壓利用率有所提高，輸出電壓不對稱性也有所改善。
　　 (4)直流電容電壓均衡控制策略的研究
　　 提出了一種基于單位功率因數(shù)(Unit Power Factor，UPF)四象限H橋整流器的直流電容電壓均衡控制方法。該方法直流電壓控制系統(tǒng)相互獨立，具有響應速度快、交流輸出諧波含量小、簡單可靠的特點。特別地，文章針對單相H橋整流器，在傳統(tǒng)兩電平定時滯環(huán)PW

8、M電流控制方法的基礎上，提出了一種三電平定時滯環(huán)PWM電流控制方法。仿真和實驗結果表明，基于三電平定時滯環(huán)電流控制方法，VSR交流側電流跟蹤誤差較小，電流畸變程度較輕；直流側電壓閉環(huán)控制響應速度快，穩(wěn)定性強。
　　 (5)電流跟蹤控制策略的研究
　　 分析研究了常見的電流跟蹤控制技術，基于三角載波固定開關頻率PWM電流控制策略和單極性CPS-SPWM開關調制策略，文章提出了一種固定開關頻率PWM電流解耦控制策略。理論分析

9、和仿真結論表明，采用該電流控制策略，能夠消除三相電網電壓對電流控制的擾動。當系統(tǒng)三相不對稱故障時，裝置三相電流跟蹤控制相互獨立，不受系統(tǒng)電壓的影響；且裝置電流跟蹤控制誤差明顯減小，從而有效提高了電流跟蹤控制的精度。
　　 (6)裝置故障機理與容錯控制策略的研究
　　 分析研究了級聯(lián)型變流裝置的故障機理及其容錯控制方法。基于UPF四象限H橋整流器的直流電容電壓的均衡控制方法，文章提出了一種改進型級聯(lián)功率單元n+l冗余旁路容

10、錯控制策略。理論分析和實驗結果表明，采用該故障冗余控制策略，在裝置正常工作時，能夠有效提高各功率單元的直流側電壓利用率，降低功率器件的開關損耗、duldt以及故障率。而當裝置功率單元出現(xiàn)冗余度以內的故障時，裝置能夠迅速反應、及時調整輸出功率，且對裝置的補償性能不產生影響；另外，裝置輸出電壓在故障前后始終保持良好的諧波特性。
　　 最后，本文通過一套1140/100kVar DSTATCOM實驗樣機的研制，對裝置控制系統(tǒng)各模塊的控