H橋級聯(lián)STATCOM非線性控制策略及系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是以全控型電力電子器件為核心的新型電能質(zhì)量控制裝置，對提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量具有非常重要的作用和意義。與傳統(tǒng)的無功補償裝置相比，具有響應(yīng)速度快、動態(tài)性能好、補償精度高、兼顧有源濾波和補償不平衡等優(yōu)勢。H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)的STATCOM通過級聯(lián)多個H橋功率單元，提高了裝置的工作電壓等級，增大了裝置的補償容量，成為高壓大功率領(lǐng)域STATC

2、OM裝置的重要發(fā)展方向。本文主要針對H橋級聯(lián)STATCOM的參考指令電流檢測、電流跟蹤控制、直流側(cè)電容電壓平衡控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究，具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　H橋級聯(lián)型STATCOM實現(xiàn)對電網(wǎng)無功功率進行準(zhǔn)確補償?shù)那疤峋褪切枰@得準(zhǔn)確的參考指令電流。傳統(tǒng)的基于瞬時無功功率理論的ip-iq法以其實現(xiàn)簡單、檢測結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點，在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其存在的鎖相環(huán)(PLL)、abc/dq坐標(biāo)變換和低通

3、濾波等環(huán)節(jié)，都會影響檢測速度。針對該問題，本文提出了基于扇合矢量變換的基波正序有功電流快速檢測新方法，通過扇合矢量變換法，將三相系統(tǒng)的電壓和電流歸一化為單相系統(tǒng)的電壓和電流，簡化了三相系統(tǒng)基波正序有功電流的檢測過程，而且經(jīng)過變換后得到的電壓和電流基波只含有正序分量。通過采用基于級聯(lián)延時信號消除理論的方法對基波正序電壓和電流進行快速提取，再經(jīng)過簡單的有功計算，得到基波正序有功電流。對比ip-iq法，極大地降低了系統(tǒng)的計算量，提高了檢測速度

4、。
　　控制H橋級聯(lián)STATCOM輸出電流快速、準(zhǔn)確地跟蹤系統(tǒng)無功電流的變化是實現(xiàn)系統(tǒng)有效補償?shù)年P(guān)鍵問題。但由于系統(tǒng)本身就是一個非線性、多變量、強耦合型系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的線性控制方法已無法適應(yīng)新的工業(yè)要求。針對該問題，本文提出了基于無源性理論的H橋級聯(lián)STATCOM非線性控制方法，提高了裝置的動態(tài)補償性能和穩(wěn)定性。通過對H橋級聯(lián)STATCOM數(shù)學(xué)模型的分析，建立歐拉-拉格朗日(EL)系統(tǒng)模型，并從理論上保證了系統(tǒng)的Lyapunov函

5、數(shù)的穩(wěn)定性。通過對維持功率單元直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定原理的分析，提出減少系統(tǒng)期望平衡點數(shù)量的方法，提高了系統(tǒng)的運算效率。通過對系統(tǒng)注入阻尼，加速了系統(tǒng)能量耗散，提高了系統(tǒng)向期望平衡點收斂的速度。最后，提出了構(gòu)造離散狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)參考指令電流進行預(yù)測的方法，提高了控制算法的實時性，提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少了裝置輸出電流的諧波含量；同時，通過構(gòu)造離散滑模觀測器對裝置輸出電壓進行觀測的方法，避免了采用公式直接計算時由于直流側(cè)電容電壓波動而產(chǎn)生

6、的誤差。
　　保證H橋級聯(lián)STATCOM直流側(cè)獨立的懸浮電容的電壓平衡，是實現(xiàn)裝置穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題。針對該問題，本文在基于直流側(cè)電容電壓三級平衡控制策略的基礎(chǔ)上，提出新型全局平均直流電壓平衡控制方法、相間直流電壓平衡控制方法和相內(nèi)直流電壓平衡控制方法。提出了采用比例諧振(PR)控制器對全局平均直流電壓進行控制的方法，對比PI控制器的控制效果，具有更好的響應(yīng)時間和過渡過程。首次提出將已在其它控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的自抗擾控制器(ADRC

7、)用于相間直流電壓平衡控制，實現(xiàn)對外界擾動的動態(tài)補償，而且對比傳統(tǒng)的PI控制器，ADRC對參數(shù)不敏感，選取十分方便。最后，提出了上下平移每個功率單元調(diào)制波的相內(nèi)直流電壓平衡控制方法。通過判斷功率單元直流側(cè)電容的電壓情況和所處于的充放電狀態(tài)，實時調(diào)整驅(qū)動脈沖占空比，改變電容充放電時間，進而實現(xiàn)相內(nèi)直流電壓平衡控制。該方法非常易于FPGA數(shù)字實現(xiàn)，配合載波相移調(diào)制策略(CPS-SPWM)，能夠達(dá)到很好的相內(nèi)平衡效果。
　　針對10kV