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《华中科技大学》 2008年
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混合级联多电平拓扑及其在STATCOM中的应用研究

许赟  
【摘要】: 随着电力电子技术的不断发展,在高压大功率的用电领域,柔性交流输电、高压直流输电、高压大型电机的变频调速等都离不开大功率的电力电子装置。在实现高压大功率变换的几种解决方案中,多电平变换器由于具有减少器件的开关应力,优化输出波形,提高转换效率等优点,因而受到了较多关注。混合级联多电平作为多电平技术发展中的一项创新性技术,为高压大功率变换器的研制开辟了一条新思路。STATCOM的技术是基于变流器的FACTS技术的一个基础技术,因而本文在对混合多电平电路拓扑结构研究的基础上,对基于改进型混合级联多电平变换器的STATCOM进行研究。本文将从研究混合多电平的拓扑结构、调制方法、输出波形的频谱分析、控制系统到其在无功补偿中的应用这一思路进行系统的研究,以下是本文的主要研究工作: 本文将众多的混合多电平拓扑结构进行归纳分析,给出了混合级联多电平基于并联和串联思想,以广义多电平半桥桥臂为基本单元的通用拓扑生成方法,按照该方法可以衍生出更多的混合多电平拓扑。同时根据目前混合多电平拓扑的特点和实际应用的要求,研究了一种颇具实用价值的改进型混合级联多电平变换器,该拓扑将具有相同的母线电压的一个二极管钳位H桥模块与若干个两电平H桥模块级联,通过阶梯波与多载波PWM调制相结合的混合调制方法得到输出电压。然后对调制方法进行数学上的分析,构建了三种常用载波分布下调制过程的三维数学模型,通过对模型的双Fourier级数展开和严格的数学推导,得到了在不同载波分布下输出电压的解析表达式,由此可知该变换器输出波形的完整的频谱信息。 本文对传统混合级联多电平变换器中存在的直流侧功率倒灌现象进行研究,给出了改进型混合级联型多电平变换器在混合调制策略下保证不存在功率倒灌现象的阶梯波的调制方法。为了将该拓扑实际应用,本文设计了基于微处理器DSP与大规模集成电路FPGA相配合的控制系统结构,并通过使用重复控制设计了一台基于混合级联多电平拓扑的逆变器。 本文分析了STATCOM进行无功补偿的原理,提出了一种基于改进型混合级联变换器的STATCOM的拓扑结构。根据级联多电平变换器可以分相对系统进行无功补偿的特点,采用无零序电流方案设计了三相STATCOM,分别对电网电压三相对称或不对称时,补偿平衡或者不平衡的三相无功电流进行仿真,证实了分相控制在这些情况下都有比较好的补偿效果,非常具有研究价值。随后通过对电流环的数字控制系统的分析,给出了P控制器的稳定范围,并通过对PI控制,直接重复控制、PI+重复复合控制的比较研究,得出了PI+重复复合控制可以使电流环拥有较好的系统响应速度的同时拥有较好的稳态性能。 本文针对自适应滤波算法中常规的最小均方算法(LMS)应用于电流检测时期望的缺点,在分析该方法中自适应权值的变化规律的基础上,提出了两种有效的变步长LMS算法:即基于检测误差的相干平均值和基于重复思想去除重复出现的谐波电流干扰的思想来调节步长的变步长的LMS算法,并用仿真和试验进行了验证。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM761

【引证文献】
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8 倪俊强;HVDC与STATCOM的协调控制策略研究[D];华北电力大学;2013年
9 张岩坡;利用STATCOM改善直流输电系统运行特性的基础研究[D];华北电力大学;2013年
10 刘志鹏;高压级联H桥STATCOM控制策略的研究[D];哈尔滨理工大学;2013年
【参考文献】
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【共引文献】
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3 王小华;王莉;王力;;基于神经网络的电力系统谐波及间谐波高精度检测[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 廖威;粟梅;;基于预测控制的感应电机直接转矩控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 付周兴;白永明;;基于TMS320F2812煤矿智能馈电开关的研究[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
6 姜放;王志强;李国锋;;三相线电流平衡化补偿方法[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
7 宋海峰;张章;;基于电弧炉建模分析间谐波对继电保护设备的影响[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
8 王红卫;;1200mm冷轧机电气传动控制系统改造[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
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10 梁喆;欧阳名三;;基于负荷侧无功补偿的静止无功发生器控制方法研究[A];第四届安徽科技论坛安徽省电机工程学会分论坛论文集[C];2006年
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1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 项建弘;基于空时自适应处理的GPS调零技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
4 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年
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6 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年
7 谢斌;并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D];华中科技大学;2010年
8 刘春喜;大容量400Hz中频逆变器拓扑和数字控制技术研究[D];浙江大学;2010年
9 陈国志;电力谐波和间谐波参数估计算法研究[D];浙江大学;2010年
10 郑华文;核电站松动件定位方法的研究[D];浙江大学;2010年
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1 李宜娟;基于ATMEGA64的磁阀式可控电抗器的控制研究[D];长春理工大学;2010年
2 李娅;基于混沌理论的电力谐波检测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 郝春学;基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李建军;基于电力系统的电能质量检测与分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 刘小素;多电平逆变器优化调制算法研究[D];大连理工大学;2010年
8 李婧;无线通信系统中信息道均衡技术研究[D];大连理工大学;2010年
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【同被引文献】
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1 钱照明;张帆;;中大功率变流技术的发展[J];变流技术与电力牵引;2007年06期
2 刘敬珺;张峰;;H桥级联型多电平逆变器调制策略对比分析[J];变频器世界;2010年04期
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5 何华;直流母线并联谐振零电压过渡软开关逆变器[D];西北工业大学;2003年
6 刘宝宏;STATCOM拓扑结构及其阻尼作用的仿真研究[D];华北电力大学(北京);2003年
7 董云龙;静止同步补偿器(STATCOM)的仿真与实现[D];东南大学;2004年
8 李奇睿;基于超级电容器的统一电能质量调节器的研发[D];华北电力大学(北京);2005年
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10 梁喆;静止无功发生器无功电流检测和控制方法研究[D];安徽理工大学;2006年
【二级引证文献】
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2 熊连松;马路遥;孙乐;卓放;;均压电容与分层控制相结合的链式STATCOM直流侧电压控制方法[J];电气应用;2012年03期
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10 熊连松;马路遥;卓放;祝明华;杨月红;;基于分层控制与辅助均压的链式STATCOM直流侧电压控制方法[J];陕西电力;2012年12期
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1 徐晨;戴珂;陈晶晶;彭繁;康勇;;基于分散控制的级联型静止同步补偿器直流侧电压均衡控制[A];第二届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集[C];2011年
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10 杨君,王兆安,邱关源;单相电路谐波及无动电流的一种检测方法[J];电工技术学报;1996年03期
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6 蒋铁勇;基于补偿和平衡统一控制的级联STATCOM控制方法研究[D];北京交通大学;2012年
7 朱劲松;基于模块化多电平换流器的STATCOM研究[D];南京理工大学;2013年
8 郑铁林;10kV/±100kVar STATCOM样机的设计与分析[D];沈阳工业大学;2013年
9 彭繁;三相不平衡下级联STATCOM的控制策略研究[D];华中科技大学;2012年
10 陈启超;链式STATCOM控制策略研究[D];北京交通大学;2013年
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