不平衡工况下链式STATCOM的控制策略研究

本论文以链式静止同步补偿器(STATCOM)作为研究对象,首先介绍了STATCOM的工作原理,然后对±2.8kVar三相三角形连接的链式STATCOM主电路进行了建模和参数设计,并重点针对直流侧电容电压均衡控制、电网电压不平衡工况下的控制策略、瞬时电流跟踪以及单相空间矢量调制(SVPWM)等关键技术进行了研究。 直流侧电容的均压问题一直是链式STATCOM的技术难题之一。本文从能量守恒的角度对直流侧电容电压的不平衡机理进行分析,认为各级联H桥单元吸收和消耗能量的不一致导致了直流侧电容电压不平衡。从改变H桥单元吸收的能量入手,分析给出了H桥单元的输出电压、电流与直流侧电容充/放电状态的关系,并提出了一种基于有功矢量叠加的控制策略,该有功分量由电容的实时充/放电状态和电容电压的误差共同决定。通过Matlab仿真证明了该控制策略的正确性和有效性。 链式STATCOM在电网电压不平衡工况下的控制是另一技术难题。本文对此进行了研究,指出不平衡时STATCOM不仅会输出正、负序电压,还会产生三次谐波,得出了不平衡工况下链式STATCOM的正确等效序网,并引入了分相瞬时电流跟踪控制策略。论文给出了一种快速准确获取不平衡电网电压幅值、相位信息的方法,并分别对链式STATCOM的三种工作模式进行了研究:无功功率控制模式、电压控制模式、不平衡负荷电流补偿模式。文章采用比例+重复控制的复合控制器对瞬时电流进行无静差跟踪,并给出了其详细的设计方法。仿真结果表明,采用分相电流瞬时控制策略可以保证链式STATCOM在不平衡工况下正常有效工作。复合控制器与PI控制器的对比研究表明,复合控制器能更好的跟踪瞬时电流并抑制谐波。 论文针对链式STATCOM的拓扑结构特点,提出一种较新颖的单相SVPWM算法。该算法不仅形式简单,适用于任意电平的级联逆变器,且直接适用于三相不平衡输出。更重要的是,其冗余矢量分配能力为控制性能的优化提供了可能。本文基于减少开关损耗、均衡开关负荷和均衡直流侧电容电压两个目的,提出了两种冗余矢量选择原则。并通过Matlab仿真证明了该调制算法及冗余矢量选择原则的正确性和有效性。