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新型通用配电网静止同步补偿器拓扑及其鲁棒电流控制策略研究

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摘要

随着国民经济的发展和工业技术的进步，人们对于配电网电能质量的要求越来越高。配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)作为一种重要的电力技术装置，相比于传统的无功补偿装置，具有响应速度快、体积小、容量大、调节连续、输出特性理想等优点，已成为改善配电网电能质量问题的重要手段。 D-STATCOM在进行无功功率补偿的同时，还能够发出负序电流实现对于三相不平衡的补偿。基于链式H桥级联拓扑的D-STATCOM，直流侧相互隔离，且三相相互独立，有功能量无法在三相之间自由流动，当有负序分量存在时，直流侧电压相间平衡控制很难实现。为在不平衡工况下稳定运行，本文结合直流侧共电容器拓扑，提出以链式H桥级联单元为主逆变器、直流侧共电容器单元为从逆变器的新型多电平拓扑D-STATCOM。新型D-STATCOM在进行三相不平衡补偿时，利用主从逆变器协调控制，通过合理分配主、从逆变器的输出电压，使链式主逆变器输出电压垂直于该相的输出电流，有效解决了星形链式D-STATCOM在补偿三相不平衡时直流侧电压相间不平衡的问题。 新型D-STATCOM在进行三相不平衡的补偿时，由于负序分量的存在，给电流控制器的设计带来困难。本文首先建立正负序等效模型，在dq坐标下进行分序控制策略研究。新型D-STATCOM是一个复杂的控制系统，具有非线性、多变量和变量之间强耦合的特性，运用常规的线性解耦控制方式，无法达到理想的控制效果。为提高新型D-STATCOM动态性能与鲁棒性，通过建立新型D-STATCOM的仿射非线性数学模型，结合微分几何原理，基于状态反馈精确线性化控制策略，实现有功与无功解耦控制。从新型D-STATCOM系统稳定性和对未知干扰及参数摄动鲁棒性角度出发，基于无源性理论的非线性控制策略，建立dq坐标系下的Eular-Lagrange系统模型，通过向系统中注入阻尼r1、r2的方式，加速能量耗散，提高系统的收敛速度。通过仿真验证，新型D-STATCOM基于无源性理论的非线性控制策略具有更强鲁棒性。 直流侧电压稳定是装置安全可靠运行的关键，装置在运行过程中，总是伴有串联损耗、并联损耗和混合损耗的发生。通过对单个H桥模块单元的直流侧电容建立状态方程，分析可得出直流侧电压波动与并联损耗、混合损耗以及脉冲延时有关。在单位工频周期内，装置和系统的有功功率交换平均值与每一相桥臂和系统的有功功率交换存在偏差，由偏差量可得出负序分量是引起直流侧电压相间不平衡的根本原因。本文对直流侧电压进行全局控制、相间平衡控制和相内均衡控制。在直流侧电压全局控制中，将装置所有H桥模块直流侧电压看成一个整体，通过PI控制获得相应有功补偿电流;在相间平衡控制中，通过合理分配主、从逆变器的输出电压，使链式主逆变器的输出电压垂直于补偿电流，从而实现相间电压平衡;在相内均衡控制中，利用模块之间能量交换来实现。通过仿真验证了直流侧电压控制策略的有效性。 上述控制策略均通过仿真得到验证，并基于无源性控制搭建RT-LAB实时仿真平台。论文最后给出了新型D-STATCOM样机研制方案，装置采用基于DSP+FPGA架构的主控制器，提出了从软件到硬件系统级的研制方案。

著录项

  • 作者

    王涛;

  • 作者单位

    安徽大学;

  • 授予单位 安徽大学;
  • 学科 控制科学与工程；控制理论与控制工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张茂松;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    配电网静止同步补偿器; 拓扑; 鲁棒; 电流控制;

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