D-STATCOM变流器及控制策略的研究

随着工业自动化水平的不断提高,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感。目前,电力系统存在无功补偿容量不足,而系统中又存在不断增加的无功负荷,特别是冲击性无功负荷,不仅增加了损耗,而且严重影响了用户端的电能质量。配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是动态无功补偿装置的重要一员,由于良好的补偿性能,能跟踪补偿配电网的无功,还可减少冲击负荷对配电网的冲击。而变流器及其控制策略的研究是D-STATCOM技术研究的核心部分,对主回路及控制策略的研究必能更好的改善STATCOM的效果,具有现实意义。 论文就三相三线D-STATCOM变流器的主回路结构及其工作方式进行了研究,对影响其补偿容量、输出纹波和直流侧纹波的各个相关因素和参数进行了数学分析和实验。提出了交错驱动控制的主回路结构和控制方法,并通过数学分析和实验,证明其在输出纹波、直流侧纹波、补偿容量方面较传统的三相三线变流器结构及对应的PWM工作方式具有明显优势。 对STATCOM变流器装置级控制策略进行了研究,对直接电流控制和间接电流控制的常用方法进行了研究,讨论了STATCOM工作在方波模式和PWM模式下所采用的控制方法。介绍了逆系统法和微分几何法两种应用于非线性系统的控制方法。对直接电流控制的方法进行了总结,提出本设计所采用的控制方法。 建立电压型逆变器的标幺化模型,详细分析额定无功补偿容量QN和允许输出的最大纹波I纹波这两个装置的性能参数,与主回路参数之间的关系;主回路参数包括直流侧工作电压Udc、串联抗值L和载波比n之间的制约关系。在对交错驱动并联结构变流器进行主回路参数进行对比设计发现,交错驱动并联桥式结构在参数设计中,L、Udc、n三者之间的制约关系相对较小。这为主回路参数的选择提供了更大的余地,而且比起传统的PWM控制方式,其更容易实现优良的系统性能。 建立装置的各个环节模型,应用线性系统的典型Ⅰ型系统、典型Ⅱ型系统的控制理论,对直接电流控制的电流调节器和电压调节器参数进行设计,并用仿真加以验证,提出了数字化实现方案。 最后对研制样机进行了试验。通过试验波形可以看出采用交错驱动技术的D-STATCOM相比于传统的D-STATCOM,在减小输出纹波和直流侧纹波方面有明显的优势。