LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、靜止同步補(bǔ)償器(Static Compensator-STATCOM),可以有效解決配電網(wǎng)無功缺失、電壓波動與閃變、電網(wǎng)諧波污染等電能質(zhì)量問題,是一類兼顧無功補(bǔ)償與諧波治理的重要電力電子變流裝置,鏈?zhǔn)?STATCOM相對于變壓器多重化STATCOM,具有占用空間小、運行效率高、可實現(xiàn)冗余運行等優(yōu)點,近年來得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用,對其主電路關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計、裝置控制策略以及樣機(jī)研制實現(xiàn)的研究具有重要的理論與工程實踐價值。本文針對 LCL濾波器的

2、鏈?zhǔn)絊TATCOM,對上述關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。
　　針對LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM的主電路結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析,建立三相靜止坐標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下裝置的數(shù)學(xué)模型,由數(shù)學(xué)模型可以看出LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng),并對裝置主電路中關(guān)鍵器件:IGBT功率器件、H橋直流側(cè)電容及其指令電壓值、鏈節(jié)H橋單元數(shù)量、IGBT關(guān)斷電壓緩沖電容及電路類型作了詳細(xì)的設(shè)計與器件選型。
　　LCL

3、濾波器用較小的電感值即可達(dá)到與 L濾波器同樣的濾波性能,不但節(jié)省了濾波器成本與體積,而且提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能,但由于其三階特性,濾波器的四個關(guān)鍵參數(shù)變化對濾波性能、諧振頻率、紋波限制、基波電壓損失都會造成影響,參數(shù)設(shè)計比較復(fù)雜。目前 LCL濾波器應(yīng)用研究多集中于低壓場合,未見中高壓,尤其是中高壓鏈?zhǔn)絊TATCOM應(yīng)用研究,本文在深入研究LCL濾波器的基本原理與特性的基礎(chǔ)上,提出了一種適用于中高壓鏈?zhǔn)絊TATCOM的LCL濾波器工程設(shè)計方

4、法,按照高頻開關(guān)紋波抑制與電壓降、變流器側(cè)電感與網(wǎng)側(cè)電感比值、濾波電容與網(wǎng)側(cè)電感的分流效果、鏈?zhǔn)?STATCOM的補(bǔ)償帶寬與 LCL濾波器的諧振頻率這四個步驟依次設(shè)計與校驗,該方法簡單易用、物理意義清晰,具有一定的工程應(yīng)用價值。
　　采用人工魚群智能算法對 LCL濾波器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。傳統(tǒng)的工程設(shè)計方法通常在滿足性能指標(biāo)的海量數(shù)據(jù)組合中選擇成本最低的方案,無法保證LCL濾波器在開關(guān)頻率處的最佳濾波效果。本文用MATLAB語言設(shè)

5、計人工魚群智能算法對LCL濾波器參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)的程序,將LCL濾波器的變流器側(cè)電感、網(wǎng)側(cè)電感以及濾波電容作為每個人工魚的三維搜索空間,以開關(guān)頻率處的諧波電流衰減函數(shù)作為尋優(yōu)函數(shù),結(jié)合裝置補(bǔ)償帶寬等性能指標(biāo)限制條件,能快速有效地求取LCL濾波器全局最優(yōu)參數(shù),具有一定的理論研究價值。
　　提出一種基于LCL濾波器網(wǎng)側(cè)電流反饋的以PI控制器、二階低通濾波器作為電流控制內(nèi)環(huán),結(jié)合重復(fù)控制器以及對應(yīng)校正環(huán)節(jié)作為電流外環(huán)的鏈?zhǔn)絊TATCOM電流

6、跟蹤控制策略,通過電流控制內(nèi)環(huán)中二階低通濾波器相位延遲特性以及PI控制器的設(shè)計解決LCL濾波器的阻尼穩(wěn)定控制與基波無功電流的無靜差跟蹤控制,結(jié)合重復(fù)控制電流外環(huán)完成鏈?zhǔn)?STATCOM對諧波電流的跟蹤控制,兼顧了裝置對補(bǔ)償帶寬內(nèi)電流跟蹤控制的穩(wěn)態(tài)精度與動態(tài)性能。針對特定場合選擇性諧波補(bǔ)償?shù)男阅苄枨?提出一種基于二階帶通數(shù)字濾波器與二階低通數(shù)字濾波器配合使用的補(bǔ)償電流指令檢測方法,并對相關(guān)數(shù)字濾波器的裝置參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計,相對傳統(tǒng)的多

7、同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系法,可以節(jié)省大量FPGA內(nèi)存資源。
　　建立電網(wǎng)電壓不平衡時鏈?zhǔn)絊TATCOM有功功率交換的數(shù)學(xué)模型,分析得出電網(wǎng)負(fù)序電壓以及流過三相換流鏈的負(fù)序電流對裝置直流側(cè)電容電壓均衡控制均造成影響,針對這種情況提出一種適用于不平衡電網(wǎng)環(huán)境下的鏈?zhǔn)絊TATCOM直流側(cè)電容電壓均衡控制策略,從總體、相內(nèi)、相間三個層面實現(xiàn)直流側(cè)電容電壓的平衡控制。電容電壓總體均衡控制借助 PI電壓外環(huán)控制達(dá)到裝置總體有功功率的平衡;電容電壓相

8、內(nèi)均衡控制利用裝置輸出電流反饋來疊加誤差信號,在每一相內(nèi)各個 H橋單元的調(diào)制波上疊加一個與輸出電流同相位的電壓分量來達(dá)到電容電壓的相內(nèi)均衡控制;相間均衡控制采用一種改進(jìn)的基于負(fù)序電壓前饋環(huán)的直流側(cè)電容電壓相間均衡控制策略,在補(bǔ)償裝置并網(wǎng)點的負(fù)序電壓的同時,通過將每一相電容電壓的平均值與指令電壓的差值經(jīng)過 PI控制器輸出變換為與電網(wǎng)電壓同相位的交流量,經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)變換疊加至電流外環(huán)給定值。該方法不但提高了裝置在并網(wǎng)點電壓不平衡條件下生存能

9、力,而且有效解決了鏈?zhǔn)絊TATCOM直流側(cè)電容電壓的平衡控制難題。
　　根據(jù)本文對LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM相關(guān)理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,成功開發(fā)出6KV配電網(wǎng)±2.8Mvar容量 LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM的工業(yè)樣機(jī)裝置,給出了詳細(xì)的樣機(jī)研制過程。針對裝置樣機(jī)基波無功補(bǔ)償、基波與諧波綜合補(bǔ)償效果進(jìn)行了并網(wǎng)實驗。實驗結(jié)果表明,本文研制的 LCL濾波器的鏈?zhǔn)絊TATCOM的控制策略與關(guān)鍵裝置參數(shù)設(shè)計方法正確有效。最后將