风电场中链式SVG的控制策略研究

摘要

随着风电装机容量在电网中所占的比重不断增大，对电网电压稳定性带来的影响也随之提高，尤其是在风电渗透率较高的区域，其影响不容忽视。随着电力电子技术的发展，链式SVG以其补偿容量大、响应速度快等显著优势逐步取代了固定电容器组、静止无功补偿器（SVC）等传统的无功补偿装置，受到越来越多的关注。本文针对电网电压平衡与不平衡工况下链式SVG的控制策略、以及改善输出电压、电流谐波等方面做了深入的研究工作。
　　本文以星型连接的链式 SVG作为研究对象，分析了链式 SVG的工作原理，研究了链式SVG的数学模型以及交流侧前馈解耦控制。通过对直流侧电容电压不平衡机理的深入研究，提出了一种新的均衡三相换流链间直流侧电压的有功功率叠加算法，并从全局、三相换流链间、换流链内各个 H桥模块间对直流侧电容电压进行均衡控制，同时针对三相换流链间直流侧电压控制环的参数不能兼顾电压平衡速度和输出电压谐波含量的矛盾，提出了分段参数控制，在保证快速均衡三相换流链间直流侧电压的同时，改善了输出电压的质量。在此基础上搭建了基于Matlab/Simulink仿真环境的链式SVG仿真模型，仿真结果验证了所提出的直流侧电压均衡控制方法的可行性，以及分段参数控制的控制效果及性能。
　　针对电网电压不平衡工况下电网电压锁相技术以及电量的正负序分离方法进行了研究，并通过深入研究不平衡工况下链式SVG的正负序模型，提出一种省去控制电流正负序提取的单旋转坐标系下的控制策略，在提供无功功率支撑和实现负序电流补偿的同时，提高了电流环的控制精度，改善了输出电流的谐波含量；并提出在交流侧PI控制器中加入谐振环节，利用谐振点的无穷大增益提高控制电流的跟随精度，进一步减少了输出电流的谐波含量。建立了电网电压不平衡工况下链式SVG控制策略的仿真模型，通过与传统双坐标系控制策略的仿真对比验证了所提出的单旋转坐标系下的控制策略的正确性以及谐波改善效果；对单旋转坐标系下PI控制器和PIR控制器的控制效果进行了比对，结果表明PIR控制器具有更好的电流跟踪性能且能够有效的减小输出电流中的低次谐波含量。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义与目的

1.3 链式SVG的研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 链式SVG的数学模型及交流侧控制

2.1 引言

2.2 链式SVG的工作原理

2.3 链式SVG的数学模型

2.4 链式SVG的交流侧控制

2.5 本章小结

3 链式SVG直流侧电容电压均衡控制

3.1 引言

3.2 直流侧电压不平衡原因及损耗模型

3.3 直流侧电容电压均衡控制策略研究

3.4 改进的三级平衡控制策略

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

4 不平衡工况下链式SVG的控制策略研究

4.1 引言

4.2 锁相环技术

4.3 电量的正负序分离

4.4 不平衡工况下直流侧电容电压均衡控制

4.5 改进的不平衡工况下链式SVG的控制策略

4.6 仿真验证

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间发表的专利