【摘要】：在中壓配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和諧波治理領(lǐng)域，級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器（StaticSynchronous Compensator-STATCOM）因其具有模塊化、大容量、諧波特性好和易于實(shí)現(xiàn)冗余控制等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用，其可靠性已經(jīng)成為保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為此，近年來高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)的概念被提出并成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)是指當(dāng)故障發(fā)生后，通過在線故障診斷裝置在允許時(shí)間內(nèi)診斷出故障類型和位置，在不停機(jī)的情況下在線重新配置系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并采取相應(yīng)的容錯(cuò)控制策略，使得系統(tǒng)能夠在滿足一定性能要求下繼續(xù)運(yùn)行。研究表明，在STATCOM系統(tǒng)中，變流器是實(shí)現(xiàn)各種控制策略的關(guān)鍵部分，，但由于其長(zhǎng)期處于高頻動(dòng)作和能量變換的工作環(huán)境，其功率開關(guān)器件也最容易發(fā)生故障，若故障后不及時(shí)處理將會(huì)造成STATCOM系統(tǒng)輸出不平衡、諧波增加等危害，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成保護(hù)停機(jī)。因此，研究STATCOM系統(tǒng)中變流器的故障診斷和容錯(cuò)控制將具有十分重要的理論意義和實(shí)際意義。 高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的首要條件是快速準(zhǔn)確的故障診斷，其診斷精度和診斷時(shí)間直接影響到容錯(cuò)控制的效果。STATCOM系統(tǒng)中的變流器環(huán)節(jié)是一個(gè)典型的包含連續(xù)狀態(tài)變量和開關(guān)離散變量的復(fù)雜系統(tǒng)，且時(shí)刻處于對(duì)負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中，使得傳統(tǒng)的以輸出電流或輸出電壓為原始信號(hào)的基于解析模型和信號(hào)處理的方法并不能有效地揭示系統(tǒng)的故障特性，不適合于變流器內(nèi)部故障的分析和診斷。因此，本文針對(duì)傳統(tǒng)方法在診斷時(shí)間、負(fù)載變化影響、故障樣本需求等方面的缺點(diǎn)，以變流器中各功率模塊電容電壓為原始信號(hào)，將小波多分辨率分析、特征降維技術(shù)和多核最小二乘支持向量機(jī)等理論引入到故障診斷過程中，建立了針對(duì)變流器中功率器件開路故障的綜合故障診斷系統(tǒng)。首先利用db40小波對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行8尺度分解，將各頻帶的高頻小波分解序列的能量作為故障特征。在故障分類方面，引入了多核最小二乘支持向量機(jī)，并利用混沌粒子群優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，提出了基于核主成分分析和譜系聚類算法的故障特征降維方法。仿真和實(shí)驗(yàn)證明此方法克服了標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn)，提高了故障診斷的魯棒性，繼承了小樣本學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，在保證診斷準(zhǔn)確率的同時(shí)縮短了診斷時(shí)間。 針對(duì)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）方法在級(jí)聯(lián)型STATCOM中實(shí)現(xiàn)難度大的缺點(diǎn)，研究了統(tǒng)一空間矢量脈寬調(diào)制（GSVPWM）方法的實(shí)現(xiàn)。通過零序分量的疊加將SVPWM方法等效為基于載波的方式，并且可通過改變零矢量分配系數(shù)方便的實(shí)現(xiàn)各種PWM方法的切換。提出了一種簡(jiǎn)單快速的GSVPWM數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法。此方法避免了傳統(tǒng)SVPWM方法復(fù)雜的三角運(yùn)算、坐標(biāo)變換、空間矢量選擇和矢量作用時(shí)間的計(jì)算，具有電壓利用率高、開關(guān)損耗小、響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制等特點(diǎn)。 STATCOM的容錯(cuò)控制是指故障后通過調(diào)整系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)來保證裝置在故障情況下穩(wěn)定可靠的運(yùn)行能力。本文對(duì)級(jí)聯(lián)型STATCOM的容錯(cuò)拓?fù)浼捌淇刂撇呗哉归_了研究。采取了帶1級(jí)冗余的模塊冗余方案和僅旁路故障模塊的隔離方案。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各功率模塊降額運(yùn)行，當(dāng)故障發(fā)生后通過封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖和旁路機(jī)構(gòu)將故障模塊同主電路隔離。在分析故障對(duì)系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)影響的基礎(chǔ)上，提出了具有容錯(cuò)功能的相間電容電壓平衡控制策略、相內(nèi)電容電壓平衡控制策略和PWM控制策略，實(shí)現(xiàn)了STATCOM系統(tǒng)的容錯(cuò)運(yùn)行。 設(shè)計(jì)了8級(jí)聯(lián)STATCOM的故障診斷和容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)�；贔PGA的分布式集中控制結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)具有模塊化、控制簡(jiǎn)單、易于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明裝置具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果，對(duì)功率器件開路故障具有良好的診斷能力，容錯(cuò)控制響應(yīng)迅速，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM761

【參考文獻(xiàn)】

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