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基于MMC拓扑的DSTAT-COM控制策略研究

作　者: 李帅
导　师: 于少娟
学　校: 太原科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 模块化多电平变换器 复合电容电压平衡控制 配电网静止同步补偿器 无功补偿控制 PSCAD/EMTDC仿真
分类号: TM761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


配电网静止无功同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator，DSTATCOM)具有减少电力损耗、提高电能的利用率和保障电能质量等重要作用，是智能电网不可或缺的部分，研究价值很高。由于传统的DSTATCOM所用变换器拓扑存在诸多不足，基于新型多电平变换器拓扑的DSTATCOM系统成为未来发展的趋势。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有可实现任意电平数输出、共直流侧、通过设置冗余实现高可靠性、可应用在不同电压等级场合的优点，比其他多电平变换器拓扑更适合应用在DSTATCOM的主电路拓扑中，本文将新型模块化多电平变换器应用在DSTATCOM系统中，建立了MMC的数学模型，分析了MMC的工作状态，设计了调制策略、复合电容电压平衡控制策略、无功补偿控制策略。在调制策略的制定方面，通过对当前MMC的主流调制方法即载波移相调制法(Carrier Phase Shifted-SPWM)、载波层叠调制法(Carrier Disposition PWM)、最近电平逼近法(Nearest Level Modulation)的建模、仿真并比较其优缺点，设计了将载波层叠调制法和载波移相调制法相结合的调制方法，并通过PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证；在电容电压平衡控制方面，推导出了子模块电容值的改变对电压影响的机理，与传统通过控制调制波来控制电容电压的方法相结合形成复合电容电压平衡控制策略，然后经过仿真验证复合电容电压平衡控制策略相对于传统的电容电压平衡控制策略具有更好的控制效果；在无功补偿控制方面，考虑到传统控制策略先通过测量计算系统实时的无功功率大小，然后确定应该给定的无功电流值来进行无功补偿的复杂过程，设计了直接通过控制器控制网侧无功功率向零逼近的控制策略，避免了对配电网瞬时无功功率值的计算，简化了控制流程。最后针对DSTATCOM的性能，通过PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证，验证了所设计系统结构和控制策略的可行性和优越性。

全文目录


中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 课题的研究背景及意义  10-13
  1.2 DSTATCOM 研究现状  13-19
  1.3 本文主要研究的内容  19-22
第二章 模块化多电平变换器原理及数学模型  22-30
  2.1 MMC 的结构及工作原理  22-25
    2.1.1 MMC 子模块结构及工作状态  22-24
    2.1.2 桥臂工作原理  24-25
  2.2 MMC 的数学模型及环流分析  25-29
    2.2.1 MMC 的数学模型分析  25-26
    2.2.2 MMC 内部环流分析计算  26-28
    2.2.3 相间环流大小计算  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章 模块化多电平变换器的调制和控制策略设计  30-50
  3.1 调制策略的制定  30-42
    3.1.1 最近电平逼近调制策略  30-33
    3.1.2 载波相移正弦脉宽调制策略  33-37
    3.1.3 三角载波层叠调制策略  37-41
    3.1.4 改进型载波层叠调制方法设计  41-42
  3.2 MMC 电容电压平衡控制策略设计  42-45
  3.3 复合电容电压平衡控制策略仿真验证  45-48
  3.4 本章小结  48-50
第四章 模块化多电平 DSTATCOM 控制策略研究  50-62
  4.1 DSTATCOM 的补偿原理  50-55
    4.1.1 DSTATCOM 与配电网之间的功率交换  51-54
    4.1.2 三相坐标与两相坐标之间的变换  54-55
  4.2 DSTATCOM 数学模型的建立  55-59
  4.3 DSTATCOM 状态反馈解耦控制策略  59-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章 DSTATCOM 系统仿真实验研究  62-68
  5.1 DSTATCOM 稳态无功补偿仿真  62-64
  5.2 DSTATCOM 动态无功补偿仿真  64-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
攻读学位期间的主要成果  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整 > 电压及无功功率自动调整的试验及模拟
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