STATCOM控制策略与可靠性研究

H桥级联型STATCOM由于其易于扩展、耐高压、可模块化等特点,成为了国内外电力领域的研究热点。本文主要研究了H桥级联型STATCOM的电容电压平衡控制策略,并采用注入高频零序电压的方法来抑制直流侧电容电压二倍频波动,分析了H桥级联型STATCOM拓扑结构的可靠性,并对其在故障状态下的控制策略进行了研究。首先推导出H桥级联型STATCOM的数学模型,研究了单极倍频CPS-SPWM和双极性CPS-SPWM的实现方法、谐波和频率特性,得出单极倍频CPS-SPWM有更好的频率和谐波特性。采用交流侧功率解耦控制策略,实现对总体有功功率与无功功率的控制。分析了会引起各个H桥模块电容电压不平衡的原因,采用分层控制的方法,结合负序电流法对相间和相内的有功功率分配,达到平衡所有H桥模块电容电压的目的。推导了STATCOM直流侧电容电压产生二倍频波动的数学公式,研究了一种通过注入高频零序电压来抑制其二倍频波动的方法。分析了高频零序调制电压的注入条件,并与原有的控制策略相结合,通过仿真与实验验证了在输出电压中注入高频零序电压能够在不影响STATCOM原有性能的条件下,减小电容电压的二倍频波动。根据拓扑结构,研究了H桥级联型STATCOM的可靠性问题,分析了不同链结数、不同冗余模块数的装置可靠性差异。研究了H桥模块故障和电网电压不平衡情况下的STATCOM控制策略,采用单元模块容错控制、电流负序解耦和DSOGI-FLL技术来实现故障状态下的持续运行,并通过仿真与实验验证了上述方法的有效性。根据STATCOM仿真模型,搭建了H桥级联型STATCOM的主电路平台,设计了基于DSP+FPGA的控制电路,完成了对控制电路的焊接与调试。在此实验平台上进行了上述控制策略的验证,结果表明该实验平台能够实现向电网补偿无功功率的目标,并拥有良好的动、静态性能。