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级联H桥型静止同步无功补偿器的研究

张小聪  
【摘要】: 电力系统中无功负载,不仅增加了电网有功损耗,而且严重影响了用户端的电能质量。实时快速的无功功率补偿对提高电力设备利用率,提高电网运行稳定性,保证供电电压水平具有十分重要的意义。传统的无功补偿装置动态响应速度慢、调节特性差,体积庞大,补偿电流谐波含量高。基于电力电子逆变技术的静止同步无功补偿器(STATCOM)具有动态响应速度快、调节范围广、装置体积小、补偿电流波形品质高等优点,成为无功补偿的发展趋势。 在STATCOM装置中,多电平电压型逆变器,能够有效的减少谐波,取消多重化逆变器所需的笨重、昂贵的曲折变压器。本文采用的级联H桥多电平逆变器与二极管钳位型、飞跨电容型多电平逆变器相比,电路结构中的二极管和电容少,且各H桥具有相同结构,易于实现电路的模块化和封装。 本文对常用的几种调制方法在输出电压谐波特性、开关频率、直流电压利用率等方面进行了对比分析。分析表明,载波相移PWM调制方法可以成倍提高等效载波频率,能够有效的降低输出电压的谐波含量。 级联H桥型STATCOM中,具有独立的直流侧电容,使这些电容电压保持一致,是装置运行的前提。本文提出一种将带前馈的Q ?δ闭环控制和各个H桥独立的电压闭环控制结合起来,用在STATCOM控制系统设计上的方法。该控制方法实现快速无功补偿的同时,能保持自身直流侧平衡。同时,具有结构简单,闭环控制受外界干扰小的优点。 在实际电网中,不对称负载是普遍存在的,如果不及时对其进行补偿,会对电网其它负载产生负面影响,因此对不对称负载进行补偿也有着重要的意义。本文提出一种新的STATCOM不平衡补偿的控制方法。该方法对正负序电流分别进行dq变换,在此基础上得到直流参考,对该dq分量分别采用PI控制,实现了正负序有功无功电流完全解耦。PI控制的参考值均为直流,简化了PI参数设计。在三相平衡系统和负载不对称不平衡系统中,补偿器都能取得理想的补偿效果。同时,该控制方法能够保持直流侧电容电压平衡稳定,且具有动态响应快的优点。


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