基于VME总线的MMC-STATCOM控制系统研究

摘要

随着电力市场的不断发展,用户对供电质量和可靠性的要求越来越严格。因此,需要相应的装置来确保电网的可靠性,提高电能质量。静止同步补偿器(STATCOM)作为柔性交流输电系统(FACTS)中的重要无功补偿装置,具有优越的控制性能和良好的补偿效果。多电平拓扑结构使STATCOM装置能应用在高压大功率电力系统中。目前,级联型多电平拓扑结构因其体积小、易于模块化实现、可靠性高等突出优点,成为了研究的热点。本文以级联型多电平拓扑结构的MMC-STATCOM为研究对象,主要进行了以下几个方面的研究工作。
　　首先从无功补偿的基础理论出发,对传统无功补偿装置、基于电力电子逆变技术和多电平技术的新型无功补偿装置进行了概述,详细分析研究了级联型多电平拓扑结构的MMC-STATCOM。其次,在对STATCOM装置的运行模式和无功补偿原理进行了分析的基础上,建立了MMC单元、abc静止坐标系和d-q旋转坐标系下的数学模型,并结合瞬时功率理论分析了调节系统有功、无功功率的方法。
　　对 MMC-STATCOM交流侧控制技术和直流侧电容电压平衡控制技术进行了分析研究,选用了状态解耦反馈控制作为交流侧控制技术,直流侧电容电压平衡控制则采用了基于有功电压矢量叠加的控制技术,并结合了分层控制思想。在单极倍频自然采样SPWM特点的基础上推导出单极倍频CPS-SPWM调制策略,并对其相关特点进行了分析总结。
　　在MATLAB/Simulink软件中建立了MMC-STATCOM无功补偿系统的仿真模型,仿真分析了控制系统的稳态和动态性能。通过电流电压的波形状况和相关的FFT谐波分析,验证了状态反馈解耦控制的稳态性能良好;通过改变无功电流指令和负载侧无功,证明了该系统的动态性能良好;同时,验证了单极倍频CPS-SPWM调制策略的相关特点。
　　在数学模型和仿真分析的基础上,搭建了一套基于VME总线的MMC-STATCOM无功补偿实验系统。对实验系统主电路的各器件进行了参数设计和选型;完成了基于VME总线的控制系统硬件设计和软件开发。在该实验系统上进行了静态响应测试和动态响应测试。经过测试,实验系统能实现补偿系统无功功率的目标,且动态性能良好。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2无功补偿装置概述

1.3 MMC-STATCOM控制技术与调制策略

1.4本文主要研究内容

第二章 MMC-STATCOM无功补偿原理与数学建模

2.1引言

2.2 MMC-STATCOM无功补偿原理

2.3 MMC-STATCOM数学模型的建立

2.4本章小结

第三章 MMC-STATCOM控制技术与调制策略研究

3.1引言

3.2 MMC-STATCOM交流侧控制技术

3.3 MMC-STATCOM直流侧电容电压平衡控制

3.4 MMC-STATCOM调制策略

3.5本章小结

第四章 MMC-STATCOM无功补偿系统仿真研究

4.1引言

4.2仿真系统模型

4.3仿真结果与分析

4.4本章小结

第五章 MMC-STATCOM无功补偿系统实验研究

5.1引言

5.2实验系统总体设计

5.3基于VME总线的控制系统设计

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

第六章 结论与展望

参 考 文 献

致谢

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