基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略研究

摘要

随着现代电力系统容量和电压等级大幅提高，大量中高压、大功率非线性用电设备接入电网，使得功率因数下降等电能质量问题日益突出。作为柔性交流输电系统的重要组成部分之一，静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)在电能质量改善方面起到重要的作用。但是传统STATCOM受制于拓扑结构、开关频率、器件耐压等因素，在中高压大功率场合的应用具有一定的局限性。模块化多电平变流器(modular multilevel converter，MMC)作为一种新型的多电平变流器，采用高度的模块化结构，不仅便于装置容量的升级，增加了系统运行的冗余状态，同时还可以实现装置的四象限运行。因此，将MMC作为STATCOM的主拓扑对于扩展STATCOM的使用场合如中高压配电网具有重要的意义。本文主要对模块化多电平静止同步补偿器的控制策略展开研究。
　　首先，在分析STATCOM的工作原理基础之上，对比分析了STATCOM的两种控制策略。随后，对几种电流检测方法进行分析总结并采用了一种基于改进锁相环的dq0电流检测法，消除在系统不平衡状态下对于无功电流检测产生的影响。
　　其次，针对MMC的拓扑结构，分析其电路的工作原理。接着分别对MMC的调制策略、环流抑制策略以及子模块电容电压平衡控制策略进行研究。在环流抑制策略的研究中，提出了一种准PR控制的环流抑制策略。该策略的控制系统更为简洁，计算量小，且在电网电压平衡及不平衡下都能对环流进行有效的抑制，适用性更好。
　　再次，在dq0坐标系下，建立了基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器的数学模型，提出了一种基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器的控制方法。针对电网三相不平衡工况，分析并建立电网不平衡工况下STATCOM的数学模型，提出了一种基于双坐标系下正负序分离的解耦控制策略，通过将正序以及负序分量分别进行解耦控制，实现了在电网不平衡工况下基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器能够准确、快速地进行无功以及负序补偿。
　　最后，在Matlab/Simulink下建立仿真模型，验证了上述策略的可行性。

目录

声明

摘要

缩略词注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 STATCOM研究现状

1．2．2 多电平技术在STATCOM中的应用

1．3 模块化多电平变流器研究现状

1．4 论文的主要研究内容及组织结构

第二章 STATCOM工作原理及控制策略

2．1 STATCOM工作原理

2．2 STATCOM控制策略

2．2．1 间接控制

2．2．2 直接控制

2．3 电流检测技术

2．3．1 瞬时无功功率理论

2．3．2 电流检测技术概述

2．3．3 基于改进锁相环的dp0电流检测法

2．4 本章小结

第三章 模块化多电平变流器(MMC)控制策略

3．1 MMC拓扑结构及工作原理

3．1．1 MMC拓扑结构

3．1．2 MMC工作原理

3．2 MMC调制策略

3．3 基于准PR控制MMC环流抑制策略

3．3．1 环流分析

3．3．2 基于准PR控制的环流抑制策略

3．4 MMC子模块电容电压平衡控制策略

3．4．1 子模块电容电压不平衡现象分析

3．4．2 控制策略研究

3．5 仿真分析

3．5．1 MMC调制策略仿真分析

3．5．2 MMC环流抑制策略仿真分析

3．5．3 MMC电容电压平衡策略仿真分析

3．6 本章小结

第四章 基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略

4．1 基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器拓扑结构

4．2 基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器数学模型

4．3 基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略

4．3．1 直流侧稳压控制

4．3．2 交流侧解耦控制

4．4 不平衡工况下基于模块化多电平变流器的静止同步补偿器控制策略

4．4．1 不平衡工况下STATCOM的运行分析及数学模型

4．4．2 不平衡工况下的正负序分量分离方法

4．4．3 基于双坐标系下正负序分离的解耦控制

4．5 仿真分析

4．5．1 三相电网平衡下STATCOM补偿仿真

4．5．2 三相电网不平衡下STATCOM补偿仿真

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文工作总结

5．2 后续工作展望

致谢

参考文献