基于PWM变流技术的链式STATCOM直流电容电压平衡控制

摘要

STATCOM(Static Synchronous Compensator静止同步无功发生器)是目前受到广泛关注和研究的一种新型无功补偿装置。随着STATCOM设计和制造容量的提高，其内部结构形式成为了研究的重点。其中链式(级联式)结构因采用了模块化和冗余设计、可以分相控制、使用的变压器容量较小且结构简单等突出优点而倍受关注。但因为这种结构采用了多个独立直流电容，各个电容在运行中会出现电压不平衡，而这种电压不平衡现象影响了STATCOM装置的效果，所以直流电容电压的平衡控制成为了级联式STATCOM研究的关键点之一，也是本文所研究和试图解决的问题。 本文首先从能量角度对级联式结构中独立电容电压发生不平衡现象的原因进行了分析，指出电网侧能量交换的差异、装置运行能量损耗的差异(包括电容自身能量损耗的差异以及开关器件开断的能量损耗差异)都会造成电压的不平衡，并通过仿真验证了以上结论。 随后，根据能量补偿的途径和方法对现有的电压平衡控制方案进行了分析和分类，将其分为电容间能量调节、电网侧能量交换和外部能量交换三大类，通过理论分析和仿真比较了各类控制方案，分析了各自的优缺点。 在以上分析的基础上，本文从外部能量交换的思路出发，设计了基于PWM变流技术的直流电容电压平衡控制方案，本方案将PWM变流装置作为独立电容与辅助交流电源之间的能量通路，通过对PWM变流装置进行控制来实现对独立电容上的能量进行补偿，以使电压平衡于给定值。这种方案具有响应时间快、谐波含量小、各单元控制完全独立、电压可控制在需求值等优点。本文研究比较了各种主电路拓扑和控制方案后，采用单相全桥电路作为主电路、定时电流比较控制作为变流桥控制方案，并设计了主电路与控制电路的参数。通过仿真验证了这套控制方案在各种造成电压不平衡的因素影响下，均具有较好的效果。 最后，本文根据一台1140v、100kvar的链式D-STATCOM样机研制的具体要求，进行了电压平衡控制装置的软硬件设计，设计了主电路、控制电路、信号调理电路和保护电路的结构，对相关器件进行了选型和参数设计，基于主控芯片DSP28335进行了主程序和各个中断程序的编写，并进行了相关实验。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1无功补偿的意义与发展

1.1.2 STATCOM技术的兴起

1.1.3 STATCOM逆变器结构及链式结构中的电压不平衡问题

1.2国内外研究现状

1.3本文所作的工作

第二章电压不平衡原因分析与仿真

2.1电压不平衡原因的能量角度分析

2.2电网侧的能量交换差异对电压的影响

2.3装置运行损耗的差异对电压的影响及功能建模

2.3.1电容自身损耗

2.3.2开关器件的通断损耗

2.4电容电压不平衡对输出波形的影响

2.5本章小结

第三章电压平衡控制方案分析与比较

3.1电压平衡控制方案分类

3.2电容间能量调节法

3.3电网侧能量交换法

3.4外部能量交换法

3.5本章小结

第四章基于PWM变流技术的电容电压独立恒定控制方案

4.1 PWM变流技术概述

4.2 电容电压独立恒定控制方案

4.3独立控制器设计及仿真验证

4.4定时电流比较频率的确定

4.5整体控制效果仿真验证

4.5.1理想状况下的仿真

4.5.2各电容初始能量存在差异时的仿真

4.5.3电容自身损耗存在差异时的仿真

4.5.4开关器件通断损耗存在差异时的仿真

4.5.5电网侧的能量交换存在差异时的仿真

4.6本章小结

第五章电压平衡控制方案硬件设计

5.1硬件电路的总体结构

5.2主电路参数设计

5.2.1变流桥容量设计

5.2.2开关模块选型

5.2.3连接电感参数设计

5.3控制电路设计

5.3.1控制器选型

5.3.2控制电路结构

5.4信号调理电路设计

5.5本章小结

第六章电压平衡控制方案软件设计

6.1软件的总体结构与主程序设计

6.2中断程序设计

6.3相位计算单元

6.4 PI控制算法的实现

6.5实验波形

6.6本章小结

第七章总结与展望

7.1论文总结

7.2工作展望

参考文献

致谢

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