基于四象限雙H橋變流器級(jí)聯(lián)型大容量DSTATCOM關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著工業(yè)化規(guī)模的擴(kuò)大及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，一方面，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)電氣化程度的日益提高，各種復(fù)雜的、精密的、對(duì)電源特性變化敏感的新型高科技用戶(hù)設(shè)備的不斷增加，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高；另一方面，配電網(wǎng)中快速?zèng)_擊型負(fù)荷（如電弧爐、軋機(jī)、絞車(chē)等）、大容量電力電子非線(xiàn)性負(fù)荷的急劇增加，引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)與閃變、三相供電不平衡和電壓電流波形畸變等，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量的嚴(yán)重惡化。因此，在電網(wǎng)干擾源接入點(diǎn)安裝合適的補(bǔ)償裝置，來(lái)消除上述一系列電能質(zhì)量問(wèn)

2、題，改善和提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切要求。在眾多的配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理補(bǔ)償裝置中，配電靜止同步補(bǔ)償器（Distribution Static Synchronous Compensator，DSTATCOM）由于具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、補(bǔ)償范圍寬、輸出諧波小、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為配電系統(tǒng)中電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置發(fā)展的方向。
　　 本文主要任務(wù)是對(duì)高壓大容量DSTATCOM的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容

3、和成果包括：
　　 (1)裝置主電路拓?fù)浼捌鋮?shù)的研究、設(shè)計(jì)：
　　 分析研究了不同類(lèi)型多電平變流器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，針對(duì)H橋級(jí)聯(lián)犁多電平逆變器直流側(cè)電容電壓不平衡的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于四象限雙H橋變流器的級(jí)聯(lián)型DSTATCOM主電路拓?fù)??；谠撾娐方Y(jié)構(gòu)，文章依次對(duì)裝置連接電抗、功率單元直流側(cè)電容以及H橋整流器容量、交流側(cè)濾波電抗等主要電路參數(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)?；谳d波相移SPWM(Carder phase-shifted

4、SPWM，CPS-SPWM)的開(kāi)關(guān)調(diào)制策略，文章在建立SPWM-H橋變流器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了直流側(cè)電壓、電流數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此提出來(lái)一種直流電容的設(shè)計(jì)方法。
　　 (2)基于改進(jìn)型瞬時(shí)對(duì)稱(chēng)分量法的電流檢測(cè)方法的研究：
　　 分析研究了各種電流檢測(cè)方法及其特點(diǎn)，得出了實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)基波正序電壓同步信號(hào)是精確提取補(bǔ)償指令電流的關(guān)鍵的結(jié)論。為此，文章提出了一種改進(jìn)型瞬時(shí)對(duì)稱(chēng)分量法。基于此對(duì)稱(chēng)分量法，結(jié)合dq0同步坐標(biāo)變換的

5、電流檢測(cè)技術(shù)，文章提出來(lái)一種基于改進(jìn)型瞬時(shí)對(duì)稱(chēng)分量法的DSTATCOM補(bǔ)償指令電流檢測(cè)方法。區(qū)別于其他檢測(cè)方法，該方法避免了90o移相電路、PLL鎖相環(huán)電路以及正余弦函數(shù)的查表過(guò)程，并消除了由此帶來(lái)的誤差和故障。仿真與試驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出與系統(tǒng)電壓基波正序分量同步的基波正序有功電流分量，從而實(shí)時(shí)檢測(cè)出DSTATCOM裝置補(bǔ)償所需包含無(wú)功、諧波、以及負(fù)序分量的補(bǔ)償指令電流。
　　 (3)基于不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法的

6、CPS-SPWM脈沖快速生成方法的研究
　　 分析研究了CPS-SPWM開(kāi)關(guān)調(diào)制策略及其實(shí)現(xiàn)方法。文章提出了一種基于不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣的CPS-SPWM觸發(fā)脈沖的快速、精確的生成方法。詳細(xì)分析了基于不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法的單相H橋逆變器以及H橋級(jí)聯(lián)裝置的SPWM輸出電壓的基波與諧波特性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文章所提基于不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法的CPS-SPWM脈沖生成方法，相對(duì)基于對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法的CPS-SPWM脈沖生成方法，在沒(méi)有增加采樣頻率和計(jì)

7、算工作量的基礎(chǔ)上，裝置輸出基波電壓滯后調(diào)制波的延時(shí)縮小了1倍，直流側(cè)電壓利用率有所提高，輸出電壓不對(duì)稱(chēng)性也有所改善。
　　 (4)直流電容電壓均衡控制策略的研究
　　 提出了一種基于單位功率因數(shù)(Unit Power Factor，UPF)四象限H橋整流器的直流電容電壓均衡控制方法。該方法直流電壓控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，具有響應(yīng)速度快、交流輸出諧波含量小、簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)。特別地，文章針對(duì)單相H橋整流器，在傳統(tǒng)兩電平定時(shí)滯環(huán)PW

8、M電流控制方法的基礎(chǔ)上，提出了一種三電平定時(shí)滯環(huán)PWM電流控制方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于三電平定時(shí)滯環(huán)電流控制方法，VSR交流側(cè)電流跟蹤誤差較小，電流畸變程度較輕；直流側(cè)電壓閉環(huán)控制響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)。
　　 (5)電流跟蹤控制策略的研究
　　 分析研究了常見(jiàn)的電流跟蹤控制技術(shù)，基于三角載波固定開(kāi)關(guān)頻率PWM電流控制策略和單極性CPS-SPWM開(kāi)關(guān)調(diào)制策略，文章提出了一種固定開(kāi)關(guān)頻率PWM電流解耦控制策略。理論分析

9、和仿真結(jié)論表明，采用該電流控制策略，能夠消除三相電網(wǎng)電壓對(duì)電流控制的擾動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)三相不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，裝置三相電流跟蹤控制相互獨(dú)立，不受系統(tǒng)電壓的影響；且裝置電流跟蹤控制誤差明顯減小，從而有效提高了電流跟蹤控制的精度。
　　 (6)裝置故障機(jī)理與容錯(cuò)控制策略的研究
　　 分析研究了級(jí)聯(lián)型變流裝置的故障機(jī)理及其容錯(cuò)控制方法。基于UPF四象限H橋整流器的直流電容電壓的均衡控制方法，文章提出了一種改進(jìn)型級(jí)聯(lián)功率單元n+l冗余旁路容

10、錯(cuò)控制策略。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該故障冗余控制策略，在裝置正常工作時(shí)，能夠有效提高各功率單元的直流側(cè)電壓利用率，降低功率器件的開(kāi)關(guān)損耗、duldt以及故障率。而當(dāng)裝置功率單元出現(xiàn)冗余度以?xún)?nèi)的故障時(shí)，裝置能夠迅速反應(yīng)、及時(shí)調(diào)整輸出功率，且對(duì)裝置的補(bǔ)償性能不產(chǎn)生影響；另外，裝置輸出電壓在故障前后始終保持良好的諧波特性。
　　 最后，本文通過(guò)一套1140/100kVar DSTATCOM實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制，對(duì)裝置控制系統(tǒng)各模塊的控