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基于双级矩阵变换器的统一潮流控制器的研究

陆晓艳  
【摘要】:UPFC是FACTS中非常有发展前景的综合补偿器。它的灵活性表现为可以实现多种控制功能,例如,控制输电线路上的阻抗、相角以及控制线路中的有功功率和无功功率的流向。TSMC是新型的矩阵变换器,具有频率变换功能,还能实现:输入功率因数可调;输出电压可控;能量可双向流动。用TSMC设计UPFC,在结构上符合UPFC的要求,直流环节中不需大容量的储能元件,简化结构的同时装置的体积变小、成本降低。 本文从TSMC拓扑结构入手,对TSMC两级的开关采用整流级有零矢量的双空间矢量调制策略进行调制,可以提高电压传输比、维持直流侧电压恒定、保证无功供给。对TSMC开关函数的分析总结出了简化空间矢量算法,并用仿真验证了简化空间矢量是可行的。本文的主要任务是用TSMC构成UPFC并完成其潮流控制功能,经过判断分析将TSMC逆变级视为UPFC的控制对象。由此,输入端电压的扰动就表现在中间级直流电压上,对输出电压的闭环控制可提高系统的抗扰性能。用合成矢量方法建立了逆变级的单输入/单输出数学模型,分析知电压单闭环PI控制不能抑制扰动影响且超调量大。 基于以上情况,对TSMC采用双闭环控制策略—电压外环和电流内环,采用PI控制规律的控制器。由于PI控制无法对正弦量实现无静差跟踪,故将测量值经过三相正弦量到两相直流量(3s/2r)的变换后进行控制。通过传递函数、根轨迹和频率响应等方法得到了复数PI解耦控制方法,电流环与电压环用复数PI控制器,不仅使输出量摆脱了输入扰动的影响,而且解决了电压电流分量间的耦合问题,使输入输出波形为标准正弦波。TSMC的双闭环复数PI控制为UPFC的设计提供了条件,经过对UPFC的合成矢量数学模型进行分析,本文采用电压、电流和功率的三闭环控制策略实现新型UPFC的潮流控制功能,控制器均采用复数PI控制规律,实现了零超调及有效解耦的目的。 论文依据UPFC实际投入系统时的结构搭建系统的仿真模型,基于MATLAB/Simulink进行了仿真。对TSMC三种控制方案(单闭环PI控制、双闭环PI控制和双闭环复数PI控制)的仿真输出波形和误差波形分别进行比较,得出双闭环复数PI控制器确实有一定的优越性;对基于TSMC的UPFC进行仿真,其潮流控制的输出波形验证了解耦控制方法的有效性和TSMC应用到UPFC的可行性。


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