混合級聯(lián)多電平拓?fù)浼捌湓赟TATCOM中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,在高壓大功率的用電領(lǐng)域,柔性交流輸電、高壓直流輸電、高壓大型電機(jī)的變頻調(diào)速等都離不開大功率的電力電子裝置。在實(shí)現(xiàn)高壓大功率變換的幾種解決方案中,多電平變換器由于具有減少器件的開關(guān)應(yīng)力,優(yōu)化輸出波形,提高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn),因而受到了較多關(guān)注?；旌霞壜?lián)多電平作為多電平技術(shù)發(fā)展中的一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù),為高壓大功率變換器的研制開辟了一條新思路。STATCOM的技術(shù)是基于變流器的FACTS技術(shù)的一個基礎(chǔ)技術(shù),因而本文在對混合

2、多電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,對基于改進(jìn)型混合級聯(lián)多電平變換器的STATCOM進(jìn)行研究。本文將從研究混合多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制方法、輸出波形的頻譜分析、控制系統(tǒng)到其在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用這一思路進(jìn)行系統(tǒng)的研究,以下是本文的主要研究工作:
　　本文將眾多的混合多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納分析,給出了混合級聯(lián)多電平基于并聯(lián)和串聯(lián)思想,以廣義多電平半橋橋臂為基本單元的通用拓?fù)渖煞椒?按照該方法可以衍生出更多的混合多電平拓?fù)?。同時根據(jù)目前混合多

3、電平拓?fù)涞奶攸c(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的要求,研究了一種頗具實(shí)用價值的改進(jìn)型混合級聯(lián)多電平變換器,該拓?fù)鋵⒕哂邢嗤哪妇€電壓的一個二極管鉗位H橋模塊與若干個兩電平H橋模塊級聯(lián),通過階梯波與多載波PWM調(diào)制相結(jié)合的混合調(diào)制方法得到輸出電壓。然后對調(diào)制方法進(jìn)行數(shù)學(xué)上的分析,構(gòu)建了三種常用載波分布下調(diào)制過程的三維數(shù)學(xué)模型,通過對模型的雙Fourier級數(shù)展開和嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了在不同載波分布下輸出電壓的解析表達(dá)式,由此可知該變換器輸出波形的完整的頻譜信

4、息。
　　本文對傳統(tǒng)混合級聯(lián)多電平變換器中存在的直流側(cè)功率倒灌現(xiàn)象進(jìn)行研究,給出了改進(jìn)型混合級聯(lián)型多電平變換器在混合調(diào)制策略下保證不存在功率倒灌現(xiàn)象的階梯波的調(diào)制方法。為了將該拓?fù)鋵?shí)際應(yīng)用,本文設(shè)計(jì)了基于微處理器DSP與大規(guī)模集成電路FPGA相配合的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并通過使用重復(fù)控制設(shè)計(jì)了一臺基于混合級聯(lián)多電平拓?fù)涞哪孀兤鳌?br>　　本文分析了STATCOM進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)脑?提出了一種基于改進(jìn)型混合級聯(lián)變換器的STATCOM的拓

5、撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)級聯(lián)多電平變換器可以分相對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn),采用無零序電流方案設(shè)計(jì)了三相STATCOM,分別對電網(wǎng)電壓三相對稱或不對稱時,補(bǔ)償平衡或者不平衡的三相無功電流進(jìn)行仿真,證實(shí)了分相控制在這些情況下都有比較好的補(bǔ)償效果,非常具有研究價值。隨后通過對電流環(huán)的數(shù)字控制系統(tǒng)的分析,給出了P控制器的穩(wěn)定范圍,并通過對PI控制,直接重復(fù)控制、PI+重復(fù)復(fù)合控制的比較研究,得出了PI+重復(fù)復(fù)合控制可以使電流環(huán)擁有較好的系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時擁