H橋級聯STATCOM非線性控制策略及系統(tǒng)實現技術研究.pdf

1、靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是以全控型電力電子器件為核心的新型電能質量控制裝置，對提高電網的功率因數，改善電網的電能質量具有非常重要的作用和意義。與傳統(tǒng)的無功補償裝置相比，具有響應速度快、動態(tài)性能好、補償精度高、兼顧有源濾波和補償不平衡等優(yōu)勢。H橋級聯結構的STATCOM通過級聯多個H橋功率單元，提高了裝置的工作電壓等級，增大了裝置的補償容量，成為高壓大功率領域STATC

2、OM裝置的重要發(fā)展方向。本文主要針對H橋級聯STATCOM的參考指令電流檢測、電流跟蹤控制、直流側電容電壓平衡控制等方面的關鍵技術進行深入研究，具體研究內容包括以下幾個方面：
　　H橋級聯型STATCOM實現對電網無功功率進行準確補償的前提就是需要獲得準確的參考指令電流。傳統(tǒng)的基于瞬時無功功率理論的ip-iq法以其實現簡單、檢測結果準確等優(yōu)點，在實際工程中得到了廣泛的應用，但由于其存在的鎖相環(huán)(PLL)、abc/dq坐標變換和低通

3、濾波等環(huán)節(jié)，都會影響檢測速度。針對該問題，本文提出了基于扇合矢量變換的基波正序有功電流快速檢測新方法，通過扇合矢量變換法，將三相系統(tǒng)的電壓和電流歸一化為單相系統(tǒng)的電壓和電流，簡化了三相系統(tǒng)基波正序有功電流的檢測過程，而且經過變換后得到的電壓和電流基波只含有正序分量。通過采用基于級聯延時信號消除理論的方法對基波正序電壓和電流進行快速提取，再經過簡單的有功計算，得到基波正序有功電流。對比ip-iq法，極大地降低了系統(tǒng)的計算量，提高了檢測速度

4、。
　　控制H橋級聯STATCOM輸出電流快速、準確地跟蹤系統(tǒng)無功電流的變化是實現系統(tǒng)有效補償的關鍵問題。但由于系統(tǒng)本身就是一個非線性、多變量、強耦合型系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的線性控制方法已無法適應新的工業(yè)要求。針對該問題，本文提出了基于無源性理論的H橋級聯STATCOM非線性控制方法，提高了裝置的動態(tài)補償性能和穩(wěn)定性。通過對H橋級聯STATCOM數學模型的分析，建立歐拉-拉格朗日(EL)系統(tǒng)模型，并從理論上保證了系統(tǒng)的Lyapunov函

5、數的穩(wěn)定性。通過對維持功率單元直流側電容電壓穩(wěn)定原理的分析，提出減少系統(tǒng)期望平衡點數量的方法，提高了系統(tǒng)的運算效率。通過對系統(tǒng)注入阻尼，加速了系統(tǒng)能量耗散，提高了系統(tǒng)向期望平衡點收斂的速度。最后，提出了構造離散狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)參考指令電流進行預測的方法，提高了控制算法的實時性，提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少了裝置輸出電流的諧波含量；同時，通過構造離散滑模觀測器對裝置輸出電壓進行觀測的方法，避免了采用公式直接計算時由于直流側電容電壓波動而產生

6、的誤差。
　　保證H橋級聯STATCOM直流側獨立的懸浮電容的電壓平衡，是實現裝置穩(wěn)定運行的關鍵問題。針對該問題，本文在基于直流側電容電壓三級平衡控制策略的基礎上，提出新型全局平均直流電壓平衡控制方法、相間直流電壓平衡控制方法和相內直流電壓平衡控制方法。提出了采用比例諧振(PR)控制器對全局平均直流電壓進行控制的方法，對比PI控制器的控制效果，具有更好的響應時間和過渡過程。首次提出將已在其它控制領域廣泛應用的自抗擾控制器(ADRC

7、)用于相間直流電壓平衡控制，實現對外界擾動的動態(tài)補償，而且對比傳統(tǒng)的PI控制器，ADRC對參數不敏感，選取十分方便。最后，提出了上下平移每個功率單元調制波的相內直流電壓平衡控制方法。通過判斷功率單元直流側電容的電壓情況和所處于的充放電狀態(tài)，實時調整驅動脈沖占空比，改變電容充放電時間，進而實現相內直流電壓平衡控制。該方法非常易于FPGA數字實現，配合載波相移調制策略(CPS-SPWM)，能夠達到很好的相內平衡效果。
　　針對10kV