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《中国矿业大学》 2012年
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中压级联型多电平STATCOM关键技术研究

苗长新  
【摘要】:随着计算机技术和功率变换技术的发展,大量的中高压大功率非线性设备得到广泛应用,这些设备的使用为人们带来便利的同时也造成了许多电能质量问题,其中以功率因数偏低、谐波污染严重、电压波动与闪变等问题较为突出。由于中压静止同步补偿器(STATCOM)能够同时解决这些问题而实现电能质量的改善,使其成为了现代无功补偿技术的研究热点。在STATCOM的众多拓扑结构中,级联型多电平拓扑无多重化变压器,并且可使用低压小容量器件来实现高压大容量输出,因而在中高压场合具有广阔的应用前景。本文以±2.8MVar的中压H桥级联型多电平STATCOM的研制为背景,对其关键技术进行了系统和深入研究。 本文提出了一种适用于2H桥级联型STATCOM的电平合成脉宽调制(LSPWM)。该方法基于纵向上电平伏秒平衡,利用相邻电平与期望电平的关系获得电平作用时间,实现简单、运算时间短、控制效率高。由于LSPWM存在直流电压利用率偏低的问题,本文提出了电平合成-开关频率优化脉宽调制(LS-SFOPWM),通过向调制波中注入零序分量,提高了直流电压利用率,可达到原来的1.15倍,并且具有与LSPWM方法类似谐波特性。 为进一步提高STATCOM的性能,实现对高频开关谐波的抑制,提出基于LCL滤波器的中压H桥级联型多电平STATCOM的电路结构。利用开关函数建模方法对基于LCL滤波器结构的STATCOM进行了建模,并对±2.8MVar的级联型STATCOM主电路参数进行了设计。利用该模型,分析了LCL滤波参数之间的关联性,在此基础上提出了一种有效抑制高频电流分量,限制总滤波电感压降的滤波器设计方法。通过仿真表明LCL滤波器在高频滤波效果优于L滤波器。 提出了一种基于校正同步旋转角的基波正序电压检测方法。该方法可实现三相电压不平衡时正负序电压的精确检测。并将该检测方法引入到p-q法、i_p-i_q法中,提出了基于改进基波正序电压检波器的p-q检测法和基于校正同步旋转角的i_p-i_q检测法,实现了在电网电压三相不平衡或含有谐波的情况下无功电流的准确检测。通过仿真验证,证明了该方法的检测精度高、动态性能好,能够满足无功补偿电流检测要求。 用于补偿系统电压不平衡是STATCOM重要功能之一,本文提出基于瞬时功率平衡原理的二进制粒子群优化模糊PI正负序叠加电压控制方法,通过二进制粒子群算法解决了模糊PI中模糊控制规则难以自动有效选取的问题,实现了模糊控制规则的最优提取,提高了控制系统的鲁棒性和动态性能。 本文将内模控制应用于STATCOM的控制中,实现了理想的补偿电流控制。针对直流电容电压不平衡的问题,提出了从整体、相间、相内三级控制H桥自身能量平衡来实现电容电压平衡的控制方法,较好地解决了直流侧电容的相间与相内电压平衡问题。通过对该方法的仿真,证明了该电容电压平衡方法的有效性。 依据提出的STATCOM关键技术,将其应用到工程实际中去,为枣矿集团某矿地面6kV变电所设计开发了±2.8MVar的中压H桥级联型多电平STATCOM装置。该装置于2011年并网,运行效果表明,本文设计的STATCOM可实现较为理想的动态无功补偿及谐波治理功能,整体上达到了预期的设计目的,从而验证了本文所提相关方法的有效性。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM761.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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