隨著科技與現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,越來越多的非線性、沖擊性以及不平衡負荷接入電網(wǎng),引起了電網(wǎng)電壓波動、閃變、不平衡甚至劇烈振蕩導致系統(tǒng)崩潰。為了提高電網(wǎng)電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,級聯(lián)H橋變換器因其具有結(jié)構(gòu)模塊化、器件少、易于擴展、輸出諧波特性好以及冗余程度高等優(yōu)點被應(yīng)用到中高壓STATCOM中。為了提高級聯(lián)H橋STATCOM裝置的補償性能,本文針對星形連接結(jié)構(gòu)的級聯(lián)H橋STATCOM若干關(guān)鍵技術(shù)進行深入的研究,具體如下:首先,為了探索基于負序或零序電壓注入的相間直流電壓均衡控制,建立級聯(lián)H橋STATCOM輸入有功功率模型。傳統(tǒng)的有功功率模型基于正負序分量分離建立在abc或dq0坐標系上,然而功率模型中含有大量的三角函數(shù),不夠直觀且為非線性,很難探索出負序電壓或零序電壓的調(diào)節(jié)策略。為了消除三角函數(shù),提出了完全在dq坐標系上建立功率模型。不僅將正序與負序分量轉(zhuǎn)換到dq坐標系上,而且通過引入滯后90~°的零序分量,結(jié)合Park變換,將零序電壓也轉(zhuǎn)換到dq坐標系上。由此得到了直流形式且線性直觀的有功功率模型。不僅如此,還根據(jù)建立的有功功率模型,揭示了在無相間直流電壓均衡控制的基礎(chǔ)上相間直流電壓的自穩(wěn)定特性,并進一步分析自穩(wěn)定后三相直流電壓的偏差值與電流環(huán)帶寬的關(guān)系。通過仿真與實驗驗證了星形級聯(lián)H橋STATCOM相間直流電壓的自穩(wěn)定特性。然后,為了簡化傳統(tǒng)的相間直流電壓均衡控制算法,本文利用各變量在dq坐標系上的直流表達形式與線性的有功功率模型,提出了直接通過PI調(diào)節(jié)器根據(jù)相間直流電壓的偏差值自動調(diào)節(jié)出所需的控制量,即負序電壓或零序電壓。該控制方法無需利用三相不平衡的有功功率間接計算控制量,避免了復(fù)雜的反三角函數(shù)運算與開根號運算,大大地節(jié)約了控制器的計算資源。不僅如此,依據(jù)線性有功功率模型,還提出了電網(wǎng)電壓不平衡下相間直流電壓的前饋控制,提高動態(tài)性能。進一步,為了保證STATCOM在電網(wǎng)電壓不平衡下安全工作,基于前饋控制,通過建立電網(wǎng)負序電壓與STATCOM輸出最大電壓的關(guān)系,得到了STATCOM工作在線性調(diào)制前提下電網(wǎng)負序電壓的范圍。通過仿真與實驗驗證了相間直流電壓均衡控制算法與適用范圍。其次,為了解決電網(wǎng)電壓不平衡下存在負序電流的問題,本文在保持三相調(diào)制電壓平衡且調(diào)制比不變的基礎(chǔ)上,提出三相直流電壓偏離的方法來應(yīng)對不平衡的電網(wǎng)電壓。通過對STATCOM輸出電壓正負序分離發(fā)現(xiàn),電網(wǎng)電壓的正序分量取決于三相直流電壓的平均值,電網(wǎng)電壓的負序分量取決于三相直流電壓的偏差值。由此,可以推導出三相直流電壓。為了保持三相直流電壓的穩(wěn)定,提取出由三相直流電壓偏差所產(chǎn)生的零序電壓。根據(jù)有功功率分配分析,發(fā)現(xiàn)級聯(lián)H橋STATCOM輸出的負序電壓與零序電壓分別與輸出正序電流作用產(chǎn)生的有功功率相互抵消,這意味著三相直流電壓具有自然穩(wěn)定的特性,故無需額外增加負序電流重新分配三相有功功率。為了控制三相直流電壓在安全范圍之內(nèi),推導了不平衡電網(wǎng)電壓與三相直流電壓的關(guān)系,據(jù)此提出三相直流電壓的限制算法。通過仿真與實驗驗證了所提出的電網(wǎng)電壓不平衡下相間直流電壓偏離控制策略的有效性。最后,在STATCOM補償負序電流時,本文利用零序電壓在dq坐標系上的直流表達形式,提出了一種簡便的相間直流電壓均衡策略,該策略無需復(fù)雜的三角函數(shù)運算與開根號運算,可大大的節(jié)省控制器的資源。借助于各變量在dq坐標系上的直流表達形式,建立了負序電流與STATCOM輸出最大電壓的關(guān)系,由此得到了負序電流的精確補償范圍。同時提出了負序電流的限制算法可快速的減小位于補償范圍之外的負序電流,使其位于補償范圍之內(nèi)且靠近補償范圍邊界,不僅保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而且盡量多的補償不平衡負載。通過仿真與實驗驗證了所提出的星形級聯(lián)H橋STATCOM負序電流補償控制策略的有效性。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

著科學技術(shù)不斷發(fā)展的同時產(chǎn)生電能質(zhì)量問題[1]。在配電系沖擊性負荷（如電力機車、大型軋鋼機與電弧煉鋼爐等），向電流，造成了電網(wǎng)電壓偏差、電壓波動與閃變、三相電壓與為了克服能源短缺問題與保護生態(tài)環(huán)境，越來越多的綠色能以分布式電源的形式接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜峻的挑戰(zhàn)[3]。同時，在自動化生產(chǎn)線、計算機系統(tǒng)、醫(yī)療行備的廣泛使用對電能質(zhì)量提出了更高的要求[4]。因此，提供經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[5]。者 N. G. Hingorani 提出了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的概關(guān)鍵節(jié)點處安裝電力電子裝置，對電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓幅值靈活的調(diào)節(jié)，合理地分配與輸送有功或無功功率，降低輸電統(tǒng)的安全性、可靠性與靈活性。近年來，隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展與日益成熟，F(xiàn)ACTS 裝置的可靠性不斷地提高，成本面發(fā)揮著重要的作用。FACTS 的裝置按照接入電網(wǎng)中的方式裝置以及綜合補償裝置，具體分類如圖 1.1 所示。

多個功率開關(guān)器件串聯(lián)在一ABB 公司于 1999 年在瑞典該裝置采用基于 IGBT 串聯(lián)基于 IGBT 串聯(lián)技術(shù)的中高一致性，導致各器件在靜態(tài)題，要求各器件的驅(qū)動信號保獲得高質(zhì)量的電壓電流波形而且增加了系統(tǒng)的成本[21]。過移相變壓器將多個方波逆壓波形的質(zhì)量，降低了濾波構(gòu)。1980 年日本三菱電機公 77kV/±20Mvar STATCOM[出通過移相變壓器合成具有研發(fā)并投運了 161kV/±100M

975 年被美國麻省理工學者 R.H.Bak988 年意大利學者 M.Marchesoni 等人一個 H 橋變換器為一個基本單元，將電壓的疊加[32]。五電平級聯(lián) H 橋變換器件與 2 個直流電容。據(jù)此可推斷，分別為 2(n-1)與(n-1)/2。相比于 NPC管與飛跨電容，需要更少的器件。然母線傳遞有功功率，需要配備很多個電容器支撐直流電壓與承受無功功率

【參考文獻】

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本文編號：2811552