隨著科技與現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,越來越多的非線性、沖擊性以及不平衡負(fù)荷接入電網(wǎng),引起了電網(wǎng)電壓波動、閃變、不平衡甚至劇烈振蕩導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。為了提高電網(wǎng)電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,級聯(lián)H橋變換器因其具有結(jié)構(gòu)模塊化、器件少、易于擴展、輸出諧波特性好以及冗余程度高等優(yōu)點被應(yīng)用到中高壓STATCOM中。為了提高級聯(lián)H橋STATCOM裝置的補償性能,本文針對星形連接結(jié)構(gòu)的級聯(lián)H橋STATCOM若干關(guān)鍵技術(shù)進行深入的研究,具體如下:首先,為了探索基于負(fù)序或零序電壓注入的相間直流電壓均衡控制,建立級聯(lián)H橋STATCOM輸入有功功率模型。傳統(tǒng)的有功功率模型基于正負(fù)序分量分離建立在abc或dq0坐標(biāo)系上,然而功率模型中含有大量的三角函數(shù),不夠直觀且為非線性,很難探索出負(fù)序電壓或零序電壓的調(diào)節(jié)策略。為了消除三角函數(shù),提出了完全在dq坐標(biāo)系上建立功率模型。不僅將正序與負(fù)序分量轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系上,而且通過引入滯后90~°的零序分量,結(jié)合Park變換,將零序電壓也轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系上。由此得到了直流形式且線性直觀的有功功率模型。不僅如此,還根據(jù)建立的有功功率模型,揭示了在無相間直流電壓均衡控制的基礎(chǔ)上相間直流電壓的自穩(wěn)定特性,并進一步分析自穩(wěn)定后三相直流電壓的偏差值與電流環(huán)帶寬的關(guān)系。通過仿真與實驗驗證了星形級聯(lián)H橋STATCOM相間直流電壓的自穩(wěn)定特性。然后,為了簡化傳統(tǒng)的相間直流電壓均衡控制算法,本文利用各變量在dq坐標(biāo)系上的直流表達(dá)形式與線性的有功功率模型,提出了直接通過PI調(diào)節(jié)器根據(jù)相間直流電壓的偏差值自動調(diào)節(jié)出所需的控制量,即負(fù)序電壓或零序電壓。該控制方法無需利用三相不平衡的有功功率間接計算控制量,避免了復(fù)雜的反三角函數(shù)運算與開根號運算,大大地節(jié)約了控制器的計算資源。不僅如此,依據(jù)線性有功功率模型,還提出了電網(wǎng)電壓不平衡下相間直流電壓的前饋控制,提高動態(tài)性能。進一步,為了保證STATCOM在電網(wǎng)電壓不平衡下安全工作,基于前饋控制,通過建立電網(wǎng)負(fù)序電壓與STATCOM輸出最大電壓的關(guān)系,得到了STATCOM工作在線性調(diào)制前提下電網(wǎng)負(fù)序電壓的范圍。通過仿真與實驗驗證了相間直流電壓均衡控制算法與適用范圍。其次,為了解決電網(wǎng)電壓不平衡下存在負(fù)序電流的問題,本文在保持三相調(diào)制電壓平衡且調(diào)制比不變的基礎(chǔ)上,提出三相直流電壓偏離的方法來應(yīng)對不平衡的電網(wǎng)電壓。通過對STATCOM輸出電壓正負(fù)序分離發(fā)現(xiàn),電網(wǎng)電壓的正序分量取決于三相直流電壓的平均值,電網(wǎng)電壓的負(fù)序分量取決于三相直流電壓的偏差值。由此,可以推導(dǎo)出三相直流電壓。為了保持三相直流電壓的穩(wěn)定,提取出由三相直流電壓偏差所產(chǎn)生的零序電壓。根據(jù)有功功率分配分析,發(fā)現(xiàn)級聯(lián)H橋STATCOM輸出的負(fù)序電壓與零序電壓分別與輸出正序電流作用產(chǎn)生的有功功率相互抵消,這意味著三相直流電壓具有自然穩(wěn)定的特性,故無需額外增加負(fù)序電流重新分配三相有功功率。為了控制三相直流電壓在安全范圍之內(nèi),推導(dǎo)了不平衡電網(wǎng)電壓與三相直流電壓的關(guān)系,據(jù)此提出三相直流電壓的限制算法。通過仿真與實驗驗證了所提出的電網(wǎng)電壓不平衡下相間直流電壓偏離控制策略的有效性。最后,在STATCOM補償負(fù)序電流時,本文利用零序電壓在dq坐標(biāo)系上的直流表達(dá)形式,提出了一種簡便的相間直流電壓均衡策略,該策略無需復(fù)雜的三角函數(shù)運算與開根號運算,可大大的節(jié)省控制器的資源。借助于各變量在dq坐標(biāo)系上的直流表達(dá)形式,建立了負(fù)序電流與STATCOM輸出最大電壓的關(guān)系,由此得到了負(fù)序電流的精確補償范圍。同時提出了負(fù)序電流的限制算法可快速的減小位于補償范圍之外的負(fù)序電流,使其位于補償范圍之內(nèi)且靠近補償范圍邊界,不僅保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而且盡量多的補償不平衡負(fù)載。通過仿真與實驗驗證了所提出的星形級聯(lián)H橋STATCOM負(fù)序電流補償控制策略的有效性。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的同時產(chǎn)生電能質(zhì)量問題[1]。在配電系沖擊性負(fù)荷（如電力機車、大型軋鋼機與電弧煉鋼爐等），向電流，造成了電網(wǎng)電壓偏差、電壓波動與閃變、三相電壓與為了克服能源短缺問題與保護生態(tài)環(huán)境，越來越多的綠色能以分布式電源的形式接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜峻的挑戰(zhàn)[3]。同時，在自動化生產(chǎn)線、計算機系統(tǒng)、醫(yī)療行備的廣泛使用對電能質(zhì)量提出了更高的要求[4]。因此，提供經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[5]。者 N. G. Hingorani 提出了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的概關(guān)鍵節(jié)點處安裝電力電子裝置，對電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓幅值靈活的調(diào)節(jié)，合理地分配與輸送有功或無功功率，降低輸電統(tǒng)的安全性、可靠性與靈活性。近年來，隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展與日益成熟，F(xiàn)ACTS 裝置的可靠性不斷地提高，成本面發(fā)揮著重要的作用。FACTS 的裝置按照接入電網(wǎng)中的方式裝置以及綜合補償裝置，具體分類如圖 1.1 所示。

多個功率開關(guān)器件串聯(lián)在一ABB 公司于 1999 年在瑞典該裝置采用基于 IGBT 串聯(lián)基于 IGBT 串聯(lián)技術(shù)的中高一致性，導(dǎo)致各器件在靜態(tài)題，要求各器件的驅(qū)動信號保獲得高質(zhì)量的電壓電流波形而且增加了系統(tǒng)的成本[21]。過移相變壓器將多個方波逆壓波形的質(zhì)量，降低了濾波構(gòu)。1980 年日本三菱電機公 77kV/±20Mvar STATCOM[出通過移相變壓器合成具有研發(fā)并投運了 161kV/±100M

975 年被美國麻省理工學(xué)者 R.H.Bak988 年意大利學(xué)者 M.Marchesoni 等人一個 H 橋變換器為一個基本單元，將電壓的疊加[32]。五電平級聯(lián) H 橋變換器件與 2 個直流電容。據(jù)此可推斷，分別為 2(n-1)與(n-1)/2。相比于 NPC管與飛跨電容，需要更少的器件。然母線傳遞有功功率，需要配備很多個電容器支撐直流電壓與承受無功功率

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2811552