基于三相电压型逆变器STATCOM的研究

介绍了静止同步补偿器（STATCOM）的分类与工作原理并建立了三相坐标系和同步旋转坐标系下STATCOM的非线性数学模型;采用非线性变换和反馈线性化理论,设计了STATCOM的状态反馈解耦控制器,以实现有功电流和无功电流的解耦。     

静止同步补偿器的非线性鲁棒H∞控制

研究静止同步补偿器的非线性鲁棒控制器的设计.给出静止同步补偿器的动态模型,并针对模型的不确定因素及非线性,分两步设计系统控制器.首先应用微分几何方法对模型线性化,得到系统的精确线性化模型.然后针对上述线性化模型设计系统的鲁棒H∞控制器.应用线性化方法中的坐标变换和状态反馈得到静止同步补偿器的鲁棒控制.最后给出一个仿真研究结果.     

新型静止同步补偿器直接功率控制策略研究

作为先进的无功补偿设备,静止同步补偿器能实时补偿线路有功和无功分量以保证系统具有优良的功率因素,在功率实时计算方面,应用瞬时功率检测理论将采集的功率实时解耦成有功和无功分量,在调制出发方面,利用了功率和开关量的关系对有功和无功分别采取控制,最终,仿真结果表明基于双开关表的静止同步补偿器直接控制控制方法具有稳定、良好的控制效果。     

三相H桥级联静止同步补偿器的控制策略

三相H桥级联静止同步补偿器（STATCOM）可以解决配电网冲击性、不对称负载造成的动态电能质量问题,也具有多电平、易扩展的特点,而静止同步补偿器数学模型是一个强耦合、非线性系统,存在有功无功解耦难的问题,H桥级联的拓扑又使得电容电压平衡控制成为难点。针对有功无功耦合问题,通过引入精确反馈线性化方法实现完全解耦,系统降阶为两个独立的一阶线性系统,并引入指数趋近律设计完成滑模控制器,克服了传统比例积分（PI）控制器参数整定困难、鲁棒性不佳的问题。针对电容电压平衡问题,通过分析单个H桥模块的工作模态,结合最近电平逼近调制策略,实现了电容均压。在Matlab／Simulink中搭建系统模型,数值仿真结果表明有功和无功功率完全解耦,可独立调节,电容电压能稳定在设定值,系统动态响应性能优于PI控制,并且对内部参数变动具有一定的鲁棒性。     

电网电压不平衡下链式STATCOM控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在电网电压不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在电网电压不平衡时正序和负序环境下的非线性解耦控制方程,提出一种不平衡环境下链式STATCOM的反馈线性化滑模控制方法,通过引入精确反馈线性化方法实现正负序完全解耦,为降低滑动模态上的抖动,引入一种新的指数趋近律完成滑模控制器设计,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流。仿真和实验表明,该方法能有效地解决链式STATCOM在不平衡环境下的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

基于反馈线性化STATCOM控制系统仿真研究

静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)具有非线性、强耦合的特点。针对该设备传统线性控制理论的设计方法难以实现,因此首先分析了系统数学模型,利用反馈线性化方法将STATCOM进行有功电流和无功电流解耦。再根据线性控制理论对线性系统设计控制器,线性系统输入的有功电流给定值由直流侧电压外环产生,无功电流给定值由电网无功功率外环产生。由此可实现对STATCOM直流侧电压与电网侧无功功率进行控制。对比了接入STATCOM装置前后对系统无功功率补偿效果;以及负荷无功发生变化时,无功补偿装置无功控制效果。仿真结果表明,所设计的控制系统对电网无功功率的控制效果比较理想,能够保证负荷消耗无功由无功补偿装置提供。     

基于自适应最小二乘支持向量机逆系统的链式STATCOM控制策略

对链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)建立了非线性数学模型,采用逆系统反馈线性化的方法,构造了伪线性系统,并且将系统实现解耦。由于开关管IGBT的变化随时性及模型的不确定性,常常引起非线性模型参数的变化。为了解决这一问题,采用最小二乘支持向量机自适应地估计动态的模型非线性部分,通过反馈的方式加入到逆系统的输入端,从而补偿掉实际系统模型中的非线性部分,实现真正意义上的伪线性模型。由于是线性系统的解耦模型,采用线性二次型最优控制算法,实现配电网的无功补偿。仿真和实验结果表明,所提的算法很好地解决了配电网的无功补偿问题,且具有很好的鲁棒性和动态性能。     

D-STATCOM的输入—输出反馈线性化滑模变结构控制

为提高配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)控制系统动态性能和鲁棒性,提出一种基于输入—输出反馈线性化与积分滑模控制相结合的D-STATCOM控制方法。该方法利用输入—输出反馈线性化实现D-STATCOM有功电流与无功电流的解耦,消除D-STATCOM直流侧电容电压的非线性特性,使之在支撑公共耦合点(PCC)处电压的同时快速稳定直流侧电压,并利用积分滑模控制增强其对参数摄动的鲁棒性。仿真和物理实验结果表明,D-STATCOM采用文中提出的控制策略,配电网PCC处电压和直流侧电容电压均能快速、准确地调整到其参考值,并在外部干扰及参数变化时具有较强的鲁棒性。     

配网静止同步补偿器控制新方法研究

在两相同步旋转d-q坐标系下建立了配网静止同步补偿器(D-STATCOM)数学模型。针对D-STAT-COM,基于微分几何理论,提出一种基于反馈线性化内模控制策略。采用状态反馈线性化方法,实现D-STAT-COM的线性化,使得内环dq电流解耦,省去了传统双闭环控制中的电流内环PI调节器;外环采用内模控制方法设计控制器,结构简单,参数单一,便于调整。仿真结果表明,该方法比传统PI控制能更有效地提高系统稳定性,改善动态响应品质。     

单相光伏接入的低压配电网平衡补偿技术研究

受非线性负载和单相负载等因素的影响,低压配电网自身存在较为严重的三相不平衡问题。随着低压配电网中单相光伏的大量接入,加剧了其三相不平衡度,造成变压器使用寿命降低、线路无功损耗增加等一系列问题。为解决单相光伏接入带来的三相不平衡问题,考虑配电网的三相不平衡因素及低压配电网的结构特点,本文研究一种基于瞬时无功理论的静止同步补偿器的平衡补偿技术。文中首先指出了单相光伏接入带来的三相不平衡问题;然后从理论上分析了静止同步补偿器的平衡补偿原理,并结合低压配电网的特点提出适用于接入低压配电网的静止同步补偿器控制策略,最后在PSCAD中搭建了仿真模型,仿真结果表明,所提补偿技术能够有效解决单相光伏接入带来的三相不平衡问题。     

基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。     

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。     

注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略

针对链式电池储能系统相内电池组荷电状态(SOC)不均衡问题,分析了单位功率因数下均衡控制策略在SOC极度不均衡时导致过调制的边界条件,并提出了一种注入无功功率的新型相内SOC均衡控制策略。通过在各H桥调制信号中叠加有功和无功电压分量,重新分配有功和无功功率,保证SOC处于极端状态的电池组主要进行有功功率交换,其余电池组主要进行无功功率交换,实现极端模块调制比有效降低,非极端模块调制比略有增长,避免过调制。与单位功率因数均衡控制策略相比,该策略通过控制功率因数角充分协调各模块调制比,可以在各电池组SOC差异更大的情况下实现均衡控制,扩大适用范围。仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

级联H桥型变流器直流电压均衡控制

在分析变流器直流电容充放电状态和功率器件开关状态之间关系的基础上,提出了一种改进的适用于整流、无功补偿、谐波电流抑制等场合的级联H桥型变流器直流电压均衡控制方法。根据变流器交流侧能量传递方向合理地选择开关函数,调整变流器各个直流电容充放电状态,实现直流电压的均衡控制。调节均衡控制周期,可以改变直流电压均衡速率,调整均衡算法对开关频率的影响。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明了所提直流电压均衡控制方法的有效性。     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

链式STATCOM直流电容电压平衡控制

结合链式静止同步补偿器(STATCOM)的直流电容电压稳态数学模型,分析了H桥参数差异对直流电容电压平衡的影响;针对直流电容电压不平衡问题,提出了最优触发脉冲分配平衡控制,可解决H桥参数差异引起的电容电压不平衡问题,且在不影响功率器件开关频率和输出电压波形的前提下使直流电容电压快速趋于平衡,从而提高了链式STATCOM输出性能和系统可靠性。阐述了最优脉冲分配平衡控制原理和特点,研制了380 V、±10 kvar链式静止同步补偿器的物理样机,并进行了实验验证,结果验证所提出的直流电容电压平衡控制的可行性和有效性。     

单相级联H桥整流电路非线性控制策略

针对电力电子牵引变压器输入级单相级联H桥(CHB)整流电路的非线性及扰动工况,提出一种基于静止坐标系的非线性优化控制策略。根据系统仿射非线性模型及微分几何理论,提出基于部分反馈线性化的零动态设计方案,对其线性部分采用二次型最优方法以确定反馈增益,并引入谐振环节以实现零相差跟踪;对于零动态则采用基于扩张状态观测器的自抗扰控制策略,以提高系统在负载大范围扰动时的控制品质。实验结果表明,该控制策略能提高CHB系统在电网电压及负载扰动时的动态响应速度,保证网侧电流及直流电压快速稳定调节,同时使网侧在单位功率因数下运行,各模块直流电压均衡。     

单相MMC变流器及其在新型牵引供电系统中应用的研究

为解决传统牵引供电系统中所存在着电能质量和过分相问题,首先介绍了一种基于MMC-MTDC的新型牵引供电系统。新型牵引供电系统中需要单相变流器向牵引网提供稳定的电压和频率,据此对单相H桥型模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)进行了研究。介绍了该变流器的拓扑特性,建立了相应的数学模型。将牵引网络认为成无源网络,设计一种基于虚拟同步坐标系下外环定交流电压、内环电流的单相H桥MMC型逆变器向单相无源网络供电的双闭环控制策略;为了抑制桥臂电流所含的二次分量,使用准比例谐振器设计了环流抑制器。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果验证了系统控制策略的可行性和环流抑制器的有效性,变流器能够向牵引网络提供稳定的电压和频率。     

链式D-STATCOM的无源性控制

配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段,然而链式结构D-STATCOM每一相都由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以同时实现无功电流与直流电压稳定均衡的控制.经过等效电路变换,建立单个H桥逆变单元的控制电路模型;基于无源性控制理论,设计无源性控制率,确保了对指令电流的渐进跟踪;通过给定指令电流,实现了链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现了直流电压的均衡控制.仿真以及10 kV、±5 Mvar工程实际应用表明,此控制算法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有很强的工程实用价值,为链式D-STATCOM的研究、发展和产业化提供了基本保障和良好的平台.