级联多电平+-10Mvar/10kV DSTATCOM若干应用技术研究

摘要

随着电力电子设备的广泛应用，配电网的电能质量问题日趋严重。配电网侧的静止无功补偿装置(DSTATCOM)装置可以有效的解决配电网侧的大部分的电能质量问题，因此得到了广泛的关注。级联多电平±10MVar/10kV DSTATCOM其容量等级和电压均非常适用我国的中低压配电网，具有很大研究价值。
　　 本文首先介绍了级联多电平±10MVar/10kV DSTATCOM装置的整体设计，主要是主电路的设计和控制方法。主电路的设计包括电感和电容的参数的选取方法、IGBT驱动模块选取方法和驱动模块的相关保护的外围电路的设计，预充电电路的设计方法和实际的应用。Matlab/Simulink仿真验证了该装置输出电流纹波小，补偿无功动态性能好且具有较好的补偿整流性负载引起的谐波的能力。其次级联多电平同时适用于三相三线系统和三相四线，本文提出了一种采用三个单相控制器组合控制三相系统的方法。同传统的DQ解耦控制方法相比较，这种控制方法既可以控制三相三线DSTATCOM，三相四线DSTATCOM也可以让DSTATCOM单相独立运行。本文先建立的DSTATCOM的单相模型，详细介绍了单相PI控制器的设计方法及其控制性能。由于PI控制器本身固有的缺陷使得它无法满足本装置的要求，因此引入了重复控制的控制方法。本章通过Matlab/Simulink仿真验证了这个控制方法的在补偿不平衡负载的优越性和单相运行的能力。最后，针对公共接入点(PCC)点电压波动较为剧烈的情况，本文采用直接控制PCC点电压的方法来稳定PCC点电压。配电网侧的阻抗参数较大时，公共接入点(PCC)点电压随负载和首端电压的波动而波动，对敏感性负载会产生很大的危害。本文通过建立电网电压和无功电流之间的简易模型，采用零极点对消的设计方法设计了控制器，并通过Matlab/Simulink仿真验证了DSTATCOM具有稳定公共接入点(PCC)电压的能力，且PCC点电压直接控制方法比PCC点电压间接控制更为有效。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 电能质量相关

1.1.2 DSTATCOM的发展历史和工业化现状

1.1.3 DSTATCOM主电路拓扑的发展

1.2 DSTATCOM的基本原理

1.3 若干关键问题和研究现状

1.3.1 主电路参数设计

1.3.2 PCC点电压的控制方法

1.3.3 负载不平衡的补偿

1.4 本文主要研究内容

2 级联多电平±10Mvar/10kV DSTATCOM的设计

2.1 主电路的设计

2.1.1 直流支撑电容的选择

2.1.2 电感值的选取

2.1.3 IGBT的选择

2.1.4 IGBT驱动

2.1.5 IGBT的保护

2.1.6 预充电电路

2.2 断路器和熔断器的选择

2.2.1 选择的依据

2.2.2 选择的结果

2.3 调制方式的选择和级联H桥数N的确定

2.3.1 调制方式的选择

2.3.2 级联H桥数N的确定

2.4 控制的方法

2.5 装置整体性能仿真验证

2.5.1 稳态特性

2.5.2 动态特性

2.6 小结

3 适用于多种工作模式的DSTATCOM控制策略

3.1 基于单相系统的建模和控制器的设计

3.2 仿真验证

3.2.1 三相三线系统，补偿无功的性能比较

3.2.2 三相三线系统，补偿谐波的性能比较

3.2.3 三相四线系统，补偿三相四线不平衡负载

3.2.4 单相运行

3.3 小结

4 PCC点电压的直接控制策略

4.1 DSTATCOM控制PCC点电压原理

4.2 电网电压控制器的设计

4.3 仿真验证

4.3.1 补偿负载波动引起电压波动

4.3.2 首端电压波动

4.4 小结

5 总结和展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来工作展望

附录-装置图

致谢

参考文献

硕士在读期间发表的论文