現(xiàn)代電力工業(yè)最核心的問題之一就是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,電力系統(tǒng)若要可靠穩(wěn)定運(yùn)行,便需保證系統(tǒng)電壓在所要求的范圍內(nèi)運(yùn)行。而控制電壓水平則可以通過系統(tǒng)中無功功率的產(chǎn)生、吸收和傳輸來完成,因?yàn)闊o功功率具有不能長距離傳輸?shù)奶匦?所以只能通過遍布整個(gè)系統(tǒng)的裝置來有效控制電壓。靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）是柔性直流輸電技術(shù)的重要組成部分,具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能。模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter,MMC）作為多電平技術(shù)發(fā)展的最新成果,其高度模塊化結(jié)構(gòu)具有降低開關(guān)頻率、提高輸出性能等優(yōu)點(diǎn)。因此將MMC結(jié)構(gòu)作為STATCOM的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),作為新型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（MMC-STATCOM）,具有良好的發(fā)展前景。本文重點(diǎn)對(duì)模塊化多電平STATCOM控制策略進(jìn)行研究,主要的研究的內(nèi)容為:1)分析了STATCOM的無功補(bǔ)償原理,建立三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)學(xué)模型介紹了它的直接控制和間接控制兩種控制方式,以及對(duì)電流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析。2)MMC作為MMC-STATCOM的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其控制策略尤為重要。本文主要對(duì)MMC的調(diào)制策略、子模塊電容均壓策略以及環(huán)流抑制策略三個(gè)方面展開了研究。調(diào)制策略方面,通過對(duì)比分析幾種通用的調(diào)制方式,選擇采用載波移相正弦脈沖寬度調(diào)制（Carrier Phase Shifting SPWM,CPS-SPWM）。電容電壓控制部分,為了實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓平衡采用分級(jí)均壓的控制方法來實(shí)現(xiàn)。環(huán)流抑制方面,在分析傳統(tǒng)基于PI控制的環(huán)流控制器不足的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種基于準(zhǔn)PR控制的環(huán)流抑制器,一方面它無需引入鎖相角就能完成三相靜止坐標(biāo)與兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)之間的變換,減少延時(shí),另一方面無需耦合補(bǔ)償便能實(shí)現(xiàn)??的解耦控制,加快響應(yīng)速度,同時(shí),環(huán)流的抑制效果得到了優(yōu)化。最后在matlab/simulink平臺(tái)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,并作出對(duì)比分析。3)結(jié)合前面兩部分工作內(nèi)容,建立MMC-STATCOM的數(shù)學(xué)模型,搭建了系統(tǒng)整體的控制結(jié)構(gòu)。在整體控制策略上借鑒傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制的方法,外環(huán)直流側(cè)穩(wěn)壓和功率控制,內(nèi)環(huán)交流側(cè)電流控制。然而傳統(tǒng)的內(nèi)環(huán)控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,計(jì)算量較大。為優(yōu)化控制器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了基于PR控制的內(nèi)環(huán)控制器,它能直接對(duì)交流電流進(jìn)行跟蹤控制,無需dq變換以及解耦控制。最后在matlab/simulink平臺(tái)上搭建仿真模型,在恒定無功控制模式下,仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)能有效的吸收（發(fā)出）無功功率。在負(fù)載無功控制模式下,仿真驗(yàn)證了MMC-STATCOM能夠進(jìn)行有效的無功補(bǔ)償。

 

【學(xué)位授予單位】：上海電機(jī)學(xué)院上海市

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【學(xué)位授予年份】：2019

【頁數(shù)】：79

 

文章目錄

摘要

ABSTRACT

第一章 緒論

    1.1 研究背景及意義

    1.2 STATCOM研究現(xiàn)狀

        1.2.1 STATCOM國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

        1.2.2 多電平技術(shù)在STATCOM中的應(yīng)用

    1.3 模塊化多電平變流器研究現(xiàn)狀

    1.4 MMC-STATCOM關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀概述

        1.4.1 MMC的調(diào)制技術(shù)研究現(xiàn)狀

        1.4.2 子模塊電容均衡控制策略研究現(xiàn)狀

        1.4.3 環(huán)流抑制技術(shù)研究現(xiàn)狀

        1.4.4 MMC在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中研究現(xiàn)狀

    1.5 本文的主要研究內(nèi)容

第二章 STATCOM的控制方法及電流檢測(cè)技術(shù)

    2.1 引言

    2.2 STATCOM工作原理

    2.3 STATCOM控制方法

        2.3.1 間接控制

        2.3.2 直接控制

    2.4 基于瞬時(shí)無功理論的三相電流檢測(cè)技術(shù)

        2.4.1 瞬時(shí)無功功率理論

        2.4.2 p、q法和ip、iq法

    2.5 本章小結(jié)

第三章 MMC-STATCOM主電路控制策略

    3.1 引言

    3.2 MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

        3.2.1 MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

        3.2.2 MMC工作原理

    3.3 MMC調(diào)制策略

    3.4 MMC環(huán)流抑制策略

        3.4.1 相間環(huán)流分析

        3.4.2 傳統(tǒng)的環(huán)流抑制策略

        3.4.3 基于準(zhǔn)PR控制器的環(huán)流抑制策略

        3.4.4 仿真分析

    3.5 MMC子模塊電容電壓平衡控制策略

        3.5.1 子模塊電容電壓不平衡現(xiàn)象分析

        3.5.2 基于CPS-SPWM的分級(jí)式電容電壓平衡控制

        3.5.3 仿真分析

    3.6 本章小結(jié)

第四章 MMC-STATCOM無功控制策略及建模仿真

    4.1 引言

    4.2 MMC-STATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    4.3 MMC-STATCOM的數(shù)學(xué)模型

    4.4 MMC-STATCOM控制策略

        4.4.1 系統(tǒng)直流側(cè)電壓控制和功率控制

        4.4.2 傳統(tǒng)的系統(tǒng)交流側(cè)電流解耦控制

        4.4.3 基于PR控制的交流側(cè)電流控制

        4.4.4 MMC-STATCOM系統(tǒng)總體控制

    4.5 仿真分析

        4.5.1 恒定無功控制

        4.5.2 負(fù)載無功控制

    4.6 本章小結(jié)

第五章 總結(jié)與展望

    5.1 論文工作總結(jié)

    5.2 后續(xù)工作展望

參考文獻(xiàn)

致謝

攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果

 

 

參考文獻(xiàn)

 

期刊論文

 

[1]基于環(huán)流控制的模塊化多電平變換器功率器件應(yīng)力分析[J]. 李金科,金新民,荊龍,武文,吳學(xué)智.  高電壓技術(shù). 2016(10)

[2]基于準(zhǔn)PR控制器的MMC-HVDC新型環(huán)流抑制策略研究[J]. 牛得存,孫中尉,李楠,李艷麗,湯偉,趙磊.  電力電容器與無功補(bǔ)償. 2016(04)

[3]基于模塊化多電平變換器的靜止同步補(bǔ)償器橋臂不對(duì)稱及其控制策略[J]. 秦海鴻,趙海偉,馬策宇,董耀文,聶新.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(14)

[4]應(yīng)用于STATCOM鏈節(jié)背靠背試驗(yàn)的閉環(huán)控制策略[J]. 王翀,吳小丹,魏星,段軍.  電力電子技術(shù). 2016(05)

[5]一種混合型模塊化多電平換流器的改進(jìn)載波移相調(diào)制方法[J]. 魏承志,練睿,楊樺,文安.  電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2016(07)

[6]模塊化多電平換流器的拓?fù)浜凸I(yè)應(yīng)用綜述[J]. 楊曉峰,鄭瓊林,薛堯,林智欽,陳博偉.  電網(wǎng)技術(shù). 2016(01)

[7]基于準(zhǔn)比例—諧振控制的MMC-HVDC環(huán)流抑制策略[J]. 劉煥,岳偉,張一工,易榮,張海濤,許樹楷.  電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2015(12)

[8]基于MMC的STATCOM改進(jìn)下垂控制策略研究[J]. 王英男,任哲,馬榮琳,高厚磊.  電氣傳動(dòng). 2015(06)

[9]基于雙PI控制器的模塊化多電平變換器環(huán)流抑制策略[J]. 王朝明,王華廣,王晴.  電網(wǎng)技術(shù). 2014(10)

[10]一種新型多電平載波脈寬調(diào)制方法研究[J]. 戴鵬,吳斌,王釗,李高峰.  電氣傳動(dòng). 2014(08)

 

博士論文

 

[1]基于MMC的STATCOM器件選擇與控制策略研究[D]. 謝妍.武漢大學(xué) 2012

[2]模塊組合多電平變換器（MMC）研究[D]. 楊曉峰.北京交通大學(xué) 2012

[3]多電平逆變器通用調(diào)制策略和電容電壓平衡研究[D]. 蔡凱.華中科技大學(xué) 2010

 

碩士論文

 

[1]基于模塊化多電平變流器的靜止同步補(bǔ)償器控制策略研究[D]. 宋杰.東南大學(xué) 2017

[2]基于雙閉環(huán)準(zhǔn)比例諧振控制的逆變器研究[D]. 王亞威.大連理工大學(xué) 2014

[3]模塊化多電平變流器控制策略的研究[D]. 班明飛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013

[4]模塊組合多電平變換器（MMC）的控制策略研究[D]. 孫浩.北京交通大學(xué) 2010