大规模风电并网中级联STATCOM的控制方法研究

【摘要】：随着大规模的风电场投入使用，其并网对电能质量产生的负面影响日趋严重。通过在风电场的出口配备无功补偿装置可以动态补偿系统中的无功功率，稳定并网接入点电压，提高风电机组低电压和故障穿越能力，减少大规模风电并网对大电网的冲击。故本文针对风电场中级联STATCOM装置的控制方法进行深入研究。 首先，系统介绍了高压大容量STATCOM常用主电路拓扑结构，比较它们的优缺点后，得出级联型拓扑的优势所在。利用矢量图分析级联STATCOM的工作原理，对系统主电路参数进行了相关设计，详细分析了单极倍频SPWM调制策略性质并阐述其优点。 其次，针对级联STATCOM的直流侧电压难以平衡问题，提出基于有功功率均等分配的直流侧电容电压平衡控制方法。通过调节其交流侧吸收的有功功率来控制直流侧电压的大小，采用分层协调控制策略实现级联STATCOM的整体有功、无功控制，上层采用解耦实现总体有功、无功控制，下层通过模块控制器实现有功功率均等分配控制。仿真和实验结果表明，该方法有效解决了级联STATCOM直流侧电容电压难以平衡的关键问题。 再次，针对不平衡工况下级联STATCOM的控制问题，提出基于正序-负序解耦PWM的控制方法。分析了其在不平衡工况下的工作特性，采用让级联STATCOM输出等效负序电压的办法来保证接入点的电压平衡。推导了系统在正序和负序环境下的解耦控制方程，分析其延伸出来的无功补偿和电压控制两种工作模式。根据不平衡度的三个范围，提出分时段补偿控制系统，实现了装置的最大化利用。仿真和实验结果表明，该方法有效确保了级联STATCOM在不平衡工况下的安全稳定运行。 最后，对级联STATCOM控制系统进行了软硬件设计。控制硬件平台为双DSP+FPGA+CPLD组合系统，分别对主控制板以及功率单元控制系统进行了硬件设计。利用流程图的方式对控制软件进行了设计，主要包括DSP1及DSP2的主程序和控制中断程序、PWM信号生成及监测软件设计。 【关键词】：风电场 级联STATCOM 单极倍频SPWM 有功功率均等分配 正序-负序解耦PWM
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 风电场无功补偿的研究现状10-14
• 1.2.1 风电场研究综述10-13
• 1.2.2 风电场无功补偿现状13-14
• 1.3 级联 STATCOM 研究现状14-18
• 1.3.1 级联 STATCOM 应用现状14-15
• 1.3.2 级联 STATCOM 控制方法综述15-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第二章 级联 STATCOM 结构原理与调制策略19-32
• 2.1 拓扑结构与工作原理19-29
• 2.1.1 主电路拓扑结构19-23
• 2.1.2 级联 STATCOM 工作原理23-27
• 2.1.3 系统主电路参数27-29
• 2.2 单极倍频 SPWM 调制策略29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 级联 STATCOM 直流侧电容电压平衡控制方法32-43
• 3.1 直流侧电容电压不平衡的原因32-34
• 3.2 传统电容电压平衡控制方法34-36
• 3.2.1 外部平衡控制法34-35
• 3.2.2 内部自身控制法35-36
• 3.3 有功功率均等分配的直流侧电容电压平衡控制方法36-39
• 3.3.1 系统总体控制36
• 3.3.2 有功功率均等分配的原理36-37
• 3.3.3 有功功率均等分配控制方法37-38
• 3.3.4 分层协调控制38-39
• 3.4 仿真与实验39-42
• 3.4.1 仿真分析39-40
• 3.4.2 实验验证40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 不平衡工况下级联 STATCOM 控制方法43-55
• 4.1 系统不平衡产生原因及危害43-45
• 4.1.1 系统不平衡产生的原因43-44
• 4.1.2 系统不平衡的危害44-45
• 4.2 不平衡工况下级联 STATCOM 工作特性分析45-47
• 4.2.1 只输出正序分量情况45-47
• 4.2.2 同时输出正序和负序分量情况47
• 4.3 基于正序-负序解耦 PWM 的级联 STATCOM 控制方法47-51
• 4.3.1 正序-负序解耦 PWM 控制方法47-50
• 4.3.2 级联 STATCOM 分时段控制50
• 4.3.3 系统整体控制50-51
• 4.4 仿真与实验51-54
• 4.4.1 仿真分析51-53
• 4.4.2 实验验证53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 级联 STATCOM 控制系统设计55-65
• 5.1 控制硬件设计55-58
• 5.1.1 控制硬件组成55
• 5.1.2 主控制板55-57
• 5.1.3 功率单元控制系统57-58
• 5.2 控制软件设计58-64
• 5.2.1 DSP1 软件设计58-59
• 5.2.2 DSP2 软件设计59-60
• 5.2.3 PWM 信号产生60-62
• 5.2.4 监测软件设计62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与工作展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间主要的研究成果71-72
• 致谢72

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