H桥级联多电平静止无功补偿器的控制策略研究

静止无功补偿器STATCOM(Static Synchronous Compensator)作为一种动态无功补偿装置,因其良好的动态特性得到人们的广泛关注和研究。随着电网规模的扩大,无功补偿也向着高压大功率方向发展,基于H桥级联结构的STATCOM具有模块化、多电平的特性,易于扩展和实现冗余,因而备受关注。但基于上述结构的STATCOM是一个复杂的系统,在无功功率控制、电容电压平衡、故障处理技术等方面,仍存在许多值得深入研究的难题,这也正是本文研究的对象。 无功功率控制是STATCOM的核心控制,在介绍了功率前馈解耦策略的基础上,考虑到STATCOM是强耦合、非线性系统,为消除有功和无功功率的耦合,同时提高系统的鲁棒性,本文将反馈线性化和滑模控制理论应用到STATCOM的无功功率控制中。在Matlab/Simulink中进行算法验证,仿真表明,和功率前馈解耦控制策略相比,该算法动态特性更好,且具有较强的鲁棒性,适合工程应用。 电容电压平衡是H桥级联STATCOM正常运行的前提。首先将现有平衡方法分为外部能量交换法和电网侧能量交换法两类,分析了各自的优缺点。在电网侧能量交换法中提出了同时控制调制比和移相角的平衡策略,仿真验证了该方法具有良好的平衡效果。由于电网侧能量交换法和无功功率控制存在耦合,本文提出了一种和功率控制相独立的电压平衡策略,仿真结果表明,该方法实现简单,平衡效果良好。 H桥功率单元上是装置故障的主要点,在对其故障分类之后,对现有的同级旁路故障处理技术进行仿真,指出其严重削弱装置的无功补偿能力。阐述了中性点漂移技术的原理,指出其理论基础是电网中性点和STATCOM中性点未直接连接,仿真表明该技术能够最大限度的提高H桥功率单元的利用率。为真正提高装置的可靠性,对冗余容错技术进行了研究,本文提出以故障前后电容电压指令值是否发生变化为指标,将冗余容错技术分为三类,通过理论分析和仿真算法对比,指出故障前后部分功率单元电容电压指令值改变的冗余技术在直流电压利用率,降低开关器件应力和降低电压谐波等方面都具有相对的技术优势。