基于三电平拓扑结构的STATCOM的研究

论文摘要

柔性交流输电系统FACTS(Flexible AC Transmission System)为现代电力系统的安全、可靠、经济运行提供了保障,其能有效地抑制电压波动与闪变、减小谐波与畸变、消除三相不平衡、补偿无功功率、以及提高输电容量等,是近年来改善电能质量的新兴技术。作为FACTS家族中重要的一员,静止同步补偿器STATCOM(Static Synchronous Compensator)与传统的无功补偿装置相比,不仅降低了装置的体积和成本,而且还具有更快的反应速度和更平滑的调节特性,如果结合多电平逆变技术,还可使其整体性能得到进一步的提高。本文的研究对象为基于三电平拓扑结构的STATCOM,主要内容包括STATCOM的基本原理、三电平拓扑结构分析、直流侧电容电压平衡方法、缓冲电路的选取、控制策略的研究、以及相关仿真和实验。直流侧电容电压平衡问题是三电平逆变器的研究重点之一,本文对其提出了一种改进的控制方法。该方法基于空间矢量调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation),可以精确调节逆变器中性点电压,使其在每个采样周期结束时都能回到平衡点,仿真结果验证了该方法的正确性。三电平逆变器传统的缓冲电路结构为3RCD(电阻、电容、二极管)型,其有两点不足之处:功耗过大和内外开关器件断态电压不均。本文提出了一种新型的缓冲电路,克服了上述两点不足,并给出了相关实验结果。重复控制方法在伺服系统中对周期性外激励信号的跟踪和抑制具有很好的作用,本文对其进行了介绍并将其加入到三电平STATCOM的电流直接控制策略中,仿真结果表明其效果良好。文章最后以TI(Texas Instrument)公司的TMS320F2812型数字信号处理器为平台搭建了一台单相的实验样机,介绍了相关软硬件开发,并给出了实验波形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无功补偿的意义
• 1.1.2 无功补偿技术的发展和应用
• 1.1.3 STATCOM的基本原理
• 1.1.4 三电平拓扑结构的优点
• 1.1.5 三电平逆变器的工作原理
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 改进的三电平逆变器直流侧电压平衡方法
• 2.1 引言
• 2.2 传统的基于载波调制的平衡方法
• 2.3 改进的基于空间矢量调制SVPWM的平衡方法
• 2.3.1 三电平逆变器空间矢量调制的基本原理
• 2.3.2 参考矢量所在区域的判断
• 2.3.3 参考矢量的合成
• 2.3.4 脉冲发送顺序
• 2.3.5 中性点电流与直流侧电压偏移的关系
• 2.3.6 精确调节中性点电压的控制策略
• 2.3.7 仿真结果验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 一种新型的三电平逆变器缓冲电路
• 3.1 引言
• 3.2 电路拓扑结构
• 3.3 工作过程分析
• 3.3.1 O到P的转换
• 3.3.2 P到O的转换
• 3.3.3 O到N的转换
• 3.3.4 N到O的转换
• 3.4 关于内外器件电压不平衡和功耗的讨论
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 三电平STATCOM控制策略的研究
• 4.1 引言
• 4.2 电流间接控制
• 4.3 电流直接控制
• 4.4 本文采用的控制策略
• 4.4.1 控制原理及参数整定
• 4.4.2 重复控制的引入
• 4.4.3 仿真结果验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 三电平STATCOM的软硬件设计
• 5.1 引言
• 5.2 主电路设计
• 5.2.1 开关器件的选取
• 5.2.2 直流侧电容的选取
• 5.2.3 连接电感的选取
• 5.3 控制器硬件设计
• 5.3.1 驱动电路设计
• 5.3.2 控制芯片的选取
• 5.3.3 信号采集电路设计
• 5.4 控制器软件设计
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢