二极管箝位三电平STATCOM调制策略及无源性控制

摘要

上世纪九十年代全控型电力电子器件得到飞速发展,至今电力电子技术已经广泛应用于电力系统。其中柔性交流输电(Flexible AC Transmission System-FACTS)技术发展最为迅速,静止无功补偿器(Static Compensator-STATCOM)作为其核心技术,由于具有先进的控制方式和良好的动静态补偿效果,已经成为供配电设备的研究热点。
　　本文首先建立三电平STATCOM的低频数学模型,以此为基础根据瞬时无功理论通过拉普拉斯变换分析了功率和控制变量之间的关系。根据无源控制理论和Lyapunov稳定性定理,在低频数学模型的基础上推导出三电平STATCOM的欧拉一拉格朗日(EL)数学模型,以克拉索夫斯基法构造系统的Lyapunov函数,证明无源性、耗散性和稳定性。利用阻尼注入的相关理沦推导出无源性功率控制率,根据EL数学模型对控制率进行优化,实现有功功率和无功功率的动态解耦。仿真和实验结果表明该控制方法动态响应速度快,稳态无功电流正弦度较好。针对脉宽调制策略,本文采用双调制波单载波脉宽调制(Carrier-Based PWM),即把一个传统的正弦调制波分解为两个正弦调制波然后分别和同一个三角波载波进行比较,直接用来控制电力电子器件的开通和关断。详细分析了由于偏移量和调制度的关系,三电平变换器所能工作的调制模式及其工作特性。最后得出结论:双调制波单载波SPWM是一种特殊形式空间矢量(SVPWM)算法。调节偏穆量的大小,可以调节三电平中点电位特性,改变调制模式。偏移量越大,三电平STATCOM直流侧中点电位平衡特性越好,反之偏移量越小,中点电位平衡特性越差。最后论文以TMS320F28335为控制器,搭建功率等级为7.5 kVar的三电平 STATCOM实验平台,完成系统的软硬件设计,并依此为基础进行上述理论分析的实验验证。

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1 绪论

1.1 三电平STATCOM概述

1.2 三电平STATCOM的优点和研究现状

1.3 本课题主要研究内容

2三电平STATCOM的工作原理及数学模型

2.1 三电平STATCOM的工作原理

2.2三电平STATCOM的数学模型

2.3 本章小结

3 三电平S TATCOM的无源性控制

3.1 无源性控制理论

3.2 三电平STATCOM的无源性功率控制

3.3 无源性功率控制器的性能分析

3.4 本章小结

4 .三电平STATCOM双调制波单载波脉宽调制策略

4.1 三电平CBPWM调制模式

4.2 不同调制模式下三电平STATCOM的特性

4.3 本章小结

5 三电平S TATCOM软硬件设计

5.1 三电平STATCOM实验平台总体架构

5.2 信号的检测与保护

5.3 基于TMS320F28335的PWM波产生方法

5.4 控制系统软件设计

5.5 实验结果

6 课题总结与展望

致谢

参考文献

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