鏈?zhǔn)絊TATCOM中H橋逆變器效率優(yōu)化和電容電壓平衡等問(wèn)題研.pdf

1、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)是柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)中的一項(xiàng)核心裝置。本文對(duì)H橋串聯(lián)型鏈?zhǔn)絊TATCOM的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究,重點(diǎn)研究效率優(yōu)化、電容電壓平衡控制、H橋單元冗余以及不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷補(bǔ)償問(wèn)題。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、沤Y(jié)合不連續(xù)脈沖寬度調(diào)制(DPWM)和載波相移脈沖寬度調(diào)制(CPS-PWM),提出了大容量鏈?zhǔn)蕉嚯娖阶儞Q器的CPS-DPWM(Carrier Phase Shifted Discontinuous

2、 Pulse Width Modulation)方法。闡述了CPS-DPWM方法的原理,分析了功率因數(shù)角、開(kāi)關(guān)頻率、載波相位與開(kāi)關(guān)損耗的關(guān)系,分別推導(dǎo)出同相方式和異相方式的頻域輸出電壓公式。
　　⑵提出了電容電壓平衡控制方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)——損耗差異電阻ΔR及其平衡控制電壓無(wú)差工作區(qū)。該評(píng)價(jià)指標(biāo)可用來(lái)衡量鏈節(jié)損耗差異的程度和電容電壓平衡控制算法的控制能力。通過(guò)理論推導(dǎo)證明,電容電壓平衡控制方法的控制能力存在極限。
　　⑶提出了階

3、梯波調(diào)制法時(shí)鏈?zhǔn)絊TATCOM的三種電容電壓平衡控制策略,分別為:基于選擇開(kāi)通方式平衡電壓的控制方法：基于分配最優(yōu)觸發(fā)脈沖平衡電壓的控制方法；通過(guò)預(yù)測(cè)電壓誤差來(lái)平衡電壓的控制方法。闡述了三種方法的控制原理和實(shí)現(xiàn)方式,對(duì)比分析了三種方法的控制能力、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能、適用范圍、算法復(fù)雜度等性能指標(biāo)。
　?、葘⑤d波層疊PWM調(diào)制技術(shù)引入鏈?zhǔn)絊TATCOM,分析了載波層疊和載波相移這兩種多載波調(diào)制技術(shù)的基本原理。采用MATLAB/Simulin

4、k軟件分別對(duì)采用這兩種方法時(shí)的輸出相電壓波形進(jìn)行了諧波分析和對(duì)比。在鏈?zhǔn)絊TATCOM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)兩種調(diào)制策略進(jìn)行了分析比較。針對(duì)載波層疊PWM法的特點(diǎn),提出了一種適用于載波層疊 PWM法的電容電壓平衡控制方法,該方法通過(guò)分段調(diào)節(jié)各個(gè)鏈節(jié)三角載波的幅值,實(shí)現(xiàn)了所有鏈節(jié)的電容電壓平衡控制。
　?、商岢隽艘环N適用于不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷補(bǔ)償?shù)逆準(zhǔn)絊TATCOM控制系統(tǒng)方案。該方案針對(duì)主要由串聯(lián)等效電阻引起的鏈?zhǔn)絊TATCOM非線性特性,采用數(shù)據(jù)擬

5、合的方法對(duì)輸出電納與移相角度δ之間的非線性關(guān)系進(jìn)行擬合。采用了結(jié)合ip-iq法和對(duì)稱(chēng)分量法的分相導(dǎo)納檢測(cè)算法,使基波檢測(cè)延遲時(shí)間固定,進(jìn)而將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二階最佳阻尼比系統(tǒng)。將負(fù)載導(dǎo)納前饋方法和母線導(dǎo)納反饋方法結(jié)合,提高了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度,進(jìn)而將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為無(wú)超調(diào)二階臨界阻尼比系統(tǒng)。
　?、梳槍?duì)鏈?zhǔn)絊TATCOM的H橋冗余問(wèn)題,提出了一種H橋冗余的冷備用方案。在此基礎(chǔ)上,提出了一種帶中間微直流母線的H橋單元自取能供電

6、電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種自取能供電電源同時(shí)從H橋自身直流電容和相鄰的直流電容上向中間微直流母線電容供電,實(shí)現(xiàn)了H橋單元的N+1或者N+2冗余運(yùn)行,并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整從各個(gè)H橋電容所獲取的能量的大小,實(shí)現(xiàn)電容電壓的自平衡控制。在分析了50Hz階梯波調(diào)制方式鏈?zhǔn)?STATCOM的電容電壓波動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于H橋自取能電源的改進(jìn)型電容電壓自平衡控制方法。
　?、嗽O(shè)計(jì)并搭建了380V/7A的鏈?zhǔn)絊TATCOM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)CPS-DPWM