基于IGBT的靜止式動態(tài)無功補償器(STATCOM)的控制策略研究.pdf

1、九十年代以來電力電子器件開始新的飛躍,從而電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用--柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System-FACTS)技術得以大規(guī)模發(fā)展,其中靜止無功補償器(Static Compensator-STATCOM)是一類新型電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償裝置。
　　 已有的STATCOM大多采用門極可關斷晶閘管GTO作為功率轉(zhuǎn)換元件,絕緣柵雙極晶體管IGBT新型功率轉(zhuǎn)換元件發(fā)展至今已經(jīng)更適

2、合于中等容量等級STATCOM的功能實現(xiàn),本文專題研究基于IGBT的配電網(wǎng)用STATCOM裝置。
　　 本文完成了上海市教委重點學科項目“高級靜止無功發(fā)生器(Advanced Static VarGenerator-ASVG)的研究”,并進一步對電壓型STATCOM裝置的控制策略進行了系統(tǒng)而又全面的分析。專家鑒定認為該項目達到國際先進水平。
　　 STATCOM的控制方法可分為電流的間接控制和直接控制,這兩種控制方法各有

3、優(yōu)缺點,又各有其適用范圍。其中間接電流控制策略將STATCOM看作交流電源,通過控制STATCOM所產(chǎn)生的交流電壓基波的相位來間接控制STATCOM輸出的電流,這種方法一般采用脈沖幅值調(diào)制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)方式,基于PAM的控制器控制變量只有一個,即逆變器輸出電壓與系統(tǒng)電壓相位差δ,逆變橋調(diào)制比M始終保持不變,通過暫態(tài)過程中直流電容的充放電改變逆變器的輸出電壓,適用于容量較大的裝置；電流直接

4、控制策略就是采用跟蹤型脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)控制技術對電流的瞬時值進行反饋控制,基于PWM的控制器同時調(diào)節(jié)相位差δ和調(diào)制比M,保持直流側(cè)電容上電壓平均值基本不變,對比電流間接控制方法,直接電流控制方法具有快速的瞬態(tài)響應,適用于開關頻率較高的裝置。
　　 本文針對基于電壓源逆變器(Voltage Source Inverter-VSI)拓撲結(jié)構STATCOM的一般結(jié)構--三相全橋結(jié)構的

5、STATCOM進行了數(shù)學建模。由于三相全橋結(jié)構STATCOM的開關頻率較高,本文應用電流直接控制策略進行無功電流的控制。并進行了數(shù)字仿真。同時,針對滯環(huán)跟蹤和三角波調(diào)制跟蹤的不足,提出了魯棒無差拍控制三角波調(diào)制跟蹤法進行電流控制,不僅具有響應速度快的特點,而且對參數(shù)變化、白噪聲和周期噪聲具有很強的魯棒性。這種控制策略能實現(xiàn)對不對稱系統(tǒng)的電流進行跟蹤,這個特點對經(jīng)常處于不對稱運行情況下的配電網(wǎng)尤為必要。
　　 本文還針對基于單相曲

6、折變壓器四重化結(jié)構的STATCOM進行了數(shù)學建模和仿真研究。變壓器多重疊加方式的開關頻率不高,本文主要應用電流間接控制策略進行無功功率控制。在數(shù)字仿真和物理模型實驗中比較了比例積分(PI)控制、逆系統(tǒng)PI控制、逆系統(tǒng)積分分離PI控制的控制效果。為了進一步提高STATCOM的響應速度,提出了基于1/6工頻周期的非線性目標跟蹤結(jié)合PI控制的控制策略,顯著提高了STATCOM的響應速度,其有效性在數(shù)字仿真和物理模型實驗中得到驗證。此控制策略可

7、用于較大容量STATCOM的設計。
　　 在前述理論分析的基礎上,和姚鋼同學共同研制了基于單相變壓器四重化曲折連接結(jié)構的380V±10kVar IGBT型STATCOM物理樣機一臺,觸發(fā)脈沖分辨率為0.01°,對無功功率的動態(tài)響應時間約為30ms,對電壓的動態(tài)響應時間約為40ms。有關基于IGBT的STATCOM的拓撲研究由姚鋼同學的論文詳述。
　　 本論文主要具有如下創(chuàng)新點:
　　 1、分析了滯環(huán)跟蹤和三角波調(diào)

8、制跟蹤的缺點,提出了魯棒無差拍控制三角波調(diào)制跟蹤法,進行電流控制,不僅具有速度快的特點,而且對參數(shù)變化、白噪聲和周期噪聲具有很強的魯棒性。這種控制策略也能實現(xiàn)對不對稱系統(tǒng)的電流進行跟蹤。
　　 2、針對基于單相變壓器多重化曲折連接結(jié)構的電壓型STATCOM裝置,完成了基于IGBT的電壓型STATCOM的數(shù)學建模和數(shù)字仿真。
　　 3、根據(jù)電壓型STATCOM裝置的運行特性,提出一種基于1/6工頻周期的非線性目標跟蹤結(jié)合P