本文關(guān)鍵詞：MMC-STATCOM控制策略的研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的迅速發(fā)展,電網(wǎng)的無(wú)功危害也日益嚴(yán)重。在多電平變換器應(yīng)用日益成熟的促使下,高壓大容量靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)已成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)是實(shí)現(xiàn)高壓大容量靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的代表結(jié)構(gòu)之一。本文以MMC-STATCOM為研究對(duì)象,分別針對(duì)其啟動(dòng)過(guò)程、調(diào)制技術(shù)、控制策略和輸出特性進(jìn)行了深入研究。MMC-STATCOM啟動(dòng)過(guò)程是保證補(bǔ)償器可以正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文首先研究了模塊電容的取值范圍,然后將充電過(guò)程分為不可控充電階段和可控充電階段。根據(jù)不可控充電過(guò)程的分析,確定了限流電阻參數(shù)選擇的方法。不控充電階段結(jié)束后,模塊電壓低于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電容電壓,直接啟動(dòng)會(huì)造成交流側(cè)電流出現(xiàn)過(guò)沖和畸變。因此,在可控充電環(huán)節(jié)提出了一種可控啟動(dòng)的控制策略,根據(jù)模塊投入狀態(tài)進(jìn)行分組,使若干模塊處于旁路狀態(tài),對(duì)處于投入狀態(tài)的模塊進(jìn)行充電,以保證所有模塊均能平穩(wěn)充電至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓值,有效降低沖擊電流和充電過(guò)電壓。階梯波調(diào)制可以在相對(duì)較低的開(kāi)關(guān)頻率下獲得較寬的輸出范圍,具有波形質(zhì)量高、開(kāi)關(guān)頻率低等優(yōu)點(diǎn),但階梯波調(diào)制中存在的開(kāi)關(guān)角求解問(wèn)題。論文針對(duì)適用于MMC-STATCOM的階梯波調(diào)制策略進(jìn)行了深入的研究,提出一種基于共軛梯度法和牛頓迭代法相結(jié)合的開(kāi)關(guān)角計(jì)算方法,該方法使用共軛梯度法計(jì)算非線性方程組的初值,將得到的初值應(yīng)用牛頓迭代法計(jì)算開(kāi)關(guān)角精確解。所提算法綜合了共軛梯度法收斂域?qū)捄团ｎD迭代法收斂速度快的優(yōu)點(diǎn),能夠快速得到階梯波調(diào)制法的開(kāi)關(guān)角,結(jié)合方波脈沖循環(huán)均壓方法以實(shí)現(xiàn)各個(gè)功率模塊之間能量均衡。論文研究了MMC-STATCOM的無(wú)功控制策略。MMC-STATCOM是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)線性控制效果不理想。針對(duì)這一問(wèn)題,提出一種基于微分幾何法的MMC-STATCOM控制策略。該控制策略首先對(duì)目標(biāo)電流進(jìn)行序分解,然后基于微分幾何理論提出一種狀態(tài)反饋精確線性化方法,并推導(dǎo)了其反饋控制率,將MMC-STATCOM非線性系統(tǒng)精確線性化,實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC-STATCOM正負(fù)序分量的獨(dú)立控制。該控制策略適用于電網(wǎng)對(duì)稱及不對(duì)稱工況,應(yīng)用范圍較廣,能夠?qū)MC-STATCOM完全解耦,實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的精確控制。最后,論文對(duì)MMC-STATCOM交流側(cè)輸出電流存在高次諧波的問(wèn)題展開(kāi)研究。由于MMC-STATCOM每相橋臂具有橋臂電感,并且輸出側(cè)具有濾波電感,可引入濾波電容構(gòu)成LCL濾波器。針對(duì)這一問(wèn)題,提出一種適用于MMC-STATCOM中的LCL濾波器的設(shè)計(jì)方法,以逆變器側(cè)電感和網(wǎng)側(cè)電感比、橋臂電感抑制相間環(huán)流和限制直流母線故障電流上升率、高頻紋波電流抑制、濾波電容與網(wǎng)側(cè)電感分流效果等條件為依據(jù),得到LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)方法,有效的降低輸出電流中的高次諧波電流。
[Abstract]:With the rapid development of power electronic devices in power system, the reactive power damage of power network is becoming more and more serious, which is promoted by the application of multilevel converters. Static Synchronous Compensator with high voltage and large capacity static synchronous compensator. Statcom has become the focus of research. Modular multilevel converter Modular Multilevel Converter. MMC is one of the representative structures to realize high voltage and large capacity static Var compensation. In this paper, MMC-STATCOM is taken as the research object, aiming at its start-up process and modulation technology respectively. The control strategy and output characteristics are studied deeply. MMC-STATCOM startup process is one of the key technologies to ensure the compensator can run normally. Firstly, the range of module capacitance is studied in this paper. Then the charging process is divided into uncontrollable charging stage and controllable charging stage. According to the analysis of uncontrollable charging process, the method of selecting the parameters of current limiting resistance is determined. The module voltage is lower than the capacitor voltage when the steady state is running, and the direct startup will cause overshoot and distortion of the AC side current. Therefore, a controllable startup control strategy is proposed in the controllable charging link. The modules are grouped according to the input state of the modules, and some modules are in the bypass state. The modules in the input state are charged to ensure that all the modules can be charged smoothly to the steady-state operating voltage. Step wave modulation can obtain a wide output range at relatively low switching frequency, which has the advantages of high waveform quality and low switching frequency. However, there is a problem of solving the switching angle in the step wave modulation. This paper makes a deep research on the step wave modulation strategy suitable for MMC-STATCOM. A new method for calculating the switching angle based on conjugate gradient method and Newton iteration method is proposed. The conjugate gradient method is used to calculate the initial values of nonlinear equations. The exact solution of switching angle is calculated by Newton iterative method. The proposed algorithm combines the advantages of the conjugate gradient method and the fast convergence speed of Newton iteration method, and can quickly obtain the switching angle of step wave modulation method. Combined with the square wave pulse cycle voltage equalization method to achieve the energy balance between the various power modules. The reactive power control strategy of MMC-STATCOM. MMC-STATCOM is a multivariable. In order to solve this problem, the traditional linear control effect is not ideal for strongly coupled nonlinear systems. A MMC-STATCOM control strategy based on differential geometry method is proposed, which firstly decomposes the target current in sequence. Then, based on the differential geometry theory, a state feedback exact linearization method is proposed, and its feedback control rate is derived to linearize the MMC-STATCOM nonlinear system accurately. Independent control of the positive and negative sequence components of MMC-STATCOM is realized. The control strategy is suitable for the symmetrical and asymmetric working conditions of the power network and can be fully decoupled to the MMC-STATCOM in a wide range of applications. To achieve the accurate control of reactive power. Finally. In this paper, the problem of high order harmonics in the output current of MMC-STATCOM AC side is studied. Because of the bridge arm inductance of each phase bridge arm of MMC-STATCOM. And the output side has filter inductance, which can introduce filter capacitance to form LCL filter. In order to solve this problem, a design method of LCL filter suitable for MMC-STATCOM is proposed. Based on the inverter side inductance and grid side inductance ratio, the bridge arm inductance suppresses the interphase circulation and limits the DC busbar fault current rise rate, the high frequency ripple current suppression, the filtering capacitance and the grid side inductance shunt effect and so on. The parameter design method of LCL filter is obtained, which can effectively reduce the high harmonic current in the output current.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM761.12

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本文編號(hào)：1436232