基于级联多电平逆变器的STATCOM系统设计

摘要

近年来，随着电网容量的增加，人们对电力供电品质要求不断提高，柔性交流输电系统作为一项能有效改善电能质量的新技术得到快速发展。静止同步无功补偿器由于先进的控制性能和良好的效果，已经成为柔性交流输电系统（FACTS）装置的热点和无功补偿的发展趋势。
　　本文介绍了静止无功发生器的发展和现状，分析了它的工作原理，并设计了以 IGBT为核心器件的功率主电路。通过对静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，简称STATCOM）的无功补偿原理进行深入的分析，建立了STATCOM在abc三相坐标系和dq两相同步旋转坐标系下的数学模型。根据STATCOM的开环传递函数进行稳定性分析表明，对于任意给定的控制角δ和逆变器的放大倍数K，装置都能稳定运行。
　　文中对几种常用的拓扑结构进行了简单的介绍和对比，然后详细描述了载波移相正弦脉宽调制技术（Carrier phase-shifted SPWM，简称CPS-SPWM），并对其进行了仿真，单极倍频CPS-SPWM能将等效开关频率提高2N倍，可见单极倍频CPS-SPWM能用较低的频率来获得更高的等效开关频率，具有较好谐波特性的结论。在Matlab/Simulink仿真环境下搭建了STATCOM的仿真模型，采用电流直接控制算法和 pi- qi无功功率检测方法对其进行控制，对补偿感性负载和容性负载的静、动态特性进行了仿真分析。
　　设计了三级联7电平逆变器的STATCOM试验平台。采用DSP和FPGA组合作为 STATCOM的控制系统，其中 DSP主要完成信号采样及控制计算工作， FPGA完成36路 PWM波形的产生。