H桥串联型混合多电平链式STATCOM的控制方法研究

摘要

随着电力电子技术的发展，高压大功率电力电子装置已广泛应用于输电网与配电网。在实现高压大功率变换的几种拓扑结构中，多电平链式换流器具有减小开关器件的应力、易实现模块化、谐波特性好等优点，受到了广泛关注。混合多电平作为多电平技术发展中的一项新技术，为优化高压大功率电力电子装置性能带来了新的思路。链式静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是基于多电平链式换流器的动态无功补偿装置。近年来，随着基于多电平链式STATCOM的研究越来越深入，针对基于混合多电平链式STATCOM的研究也逐渐成为热点。
　　本文分析了两种典型混合多电平链式换流器拓扑结构，选择一种改进的混合多电平链式换流器作为STATCOM主电路拓扑，建立链式STATCOM数学模型并分析其动稳态特性。介绍了移相载波调制技术(Carrier Phase-Shifted SPWM，CPS-SPWM)，针对混合多电平链式STATCOM研究了混合调制技术。在MATLAB中对两种调制方法进行了仿真对比，仿真结果表明，相比于移相载波方式，混合多电平链式换流器的混合调制技术输出波形谐波畸变率更小，性能更好。将混合调制技术应用于混合多电平链式STATCOM，可以实现在相同的模块级联数以及相同的开关频率情况下，显著提高电平数，从而减小装置电流的谐波畸变率。
　　运用所建立的数学模型，介绍了自励单变量控制与解耦控制的原理。针对混合多电平链式STATCOM，将自励单变量控制与混合调制结合，能够简单有效的控制无功电流；将解耦控制与混合调制技术结合起来，通过有功电流控制STATCOM总电容电压，使用有功电压矢量叠加方法保证电容电压的平衡。针对以上控制方法，在MATLAB/Simulink中搭建混合多电平链式STATCOM仿真模型，仿真结果证明了所使用控制方法的正确性与有效性。
　　本文设计了混合多电平链式STATCOM实验平台的软件程序。在该实验平台上对混合调制和单变量控制方法下混合多电平链式STATCOM进行了实验验证，并与常规多电平链式STATCOM进行实验对比，实验结果证明了混合多电平链式STATCOM的有效性。

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主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究发展现状

1.3 主要研究内容

2 链式STATCOM原理及其调制方法

2.1 STATCOM基本原理

2.2 STATCOM数学模型

2.3 链式STATCOM调制策略

2.4 本章小结

3 混合多电平链式STATCOM控制方法

3.1 混合多电平链式STATCOM的单变量控制

3.2 混合多电平链式STATCOM的解耦控制

3.3 本章小结

4 混合多电平链式STATCOM控制方法的实验结果与分析

4.1 混合多电平链式STATCOM系统构成

4.2 软件方案设计

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

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