基于多级注入式电流源型STATCOM的建模与控制

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。本课题提出的高压大功率STATCOM采用多级注入式电流源变换器(MLCR-CSC)构成STATCOM主电路。这种新型多级注入式电流源变换器融合了多级变换、软开关和注入概念,降低谐波畸变和开关频率,提供高可靠性,特别适用于高压大功率场合。本文对十二脉波MLCR-CSC的拓扑结构、控制逻辑、电压电流波形进行了详细分析,给出了元件的定额参数。在建立基于多级注入式电流源型STATCOM数学模型的基础上,应用非线性系统的局部线性化理论,推导系统的近似线性化模型。在三相电源对称与不对称下情况下,利用PSCAD/EMTDC对所建模型进行仿真,仿真结果表明基于MLCR-CSC STATCOM具有良好的动态和稳态性能。本文将新型的多级注入式电流源型变换器与电解整流装置的并联系统作为研究对象,介绍了一种新颖的功率因数控制技术。通过分析给出了控制框图,在电解整流装置的启动和稳态阶段,动态的分配直流侧电流的同时,都可以使网侧以单位功率因数或最大功率因数运行。仿真结果表明基于多级注入式电流源型STATCOM具有广阔的应用前景。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 STATCOM 的研究现状与应用前景

1.3 大功率变换器的多电平技术

1.3.1 单相直接型多电平电流源变换器

1.3.2 单相组合型多电平电流源变换器

1.3.3 三相组合型多电平电流源变换器

1.4 软开关

1.5 谐波注入和纹波注入

1.6 论文结构

第二章 多级注入电流源变换器拓扑结构与运行原理

2.1 引言

2.2 多级注入式电流源变换器主电路的拓扑结构

2.3 多级注入式电流源变换器的工作原理和注入波形的形成

2.3.1 多级注入式电流源变换器的工作原理

2.3.2 多级注入式电流源变换器的注入波形的形成

2.4 输出电流波形分析

2.5 输出电压波形分析

2.6 定额计算

2.6.1 连接变压器

2.6.2 多抽头电抗器

2.6.3 开关器件

2.6.4 多级注入式电流源变换器直流侧电感设计

第三章 多级注入式电流源型STATCOM 的建模与控制

3.1 基于MLCR-CSC 的STATCOM 的建模

3.2 基于MLCR-CSC 的STATCOM 的控制器的设计

3.3 基于MLCR-CSC 的STATCOM 的仿真分析

3.3.1 基于MLCR-CSC 的STATCOM 在电源对称状态下的仿真运行

3.3.2 基于MLCR-CSC STATCOM 在电源非对称状态下的仿真运行

3.4 电流型PWM STATCOM 的建模与调制

3.4.1 电流型PWM 变换器的数学模型

3.4.2 三相电流型PWM 变换器调制信号发生与“零状态”的分配

第四章 基于MLCR-CSC 的STATCOM 在电解工业中的应用仿真研究

4.1 电解工业用整流装置功率因数分析

4.2 控制器的设计与仿真

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 工作展望

参考文献

附录

致谢

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