论文部分内容阅读
静止同步补偿器是应用于配电网中提升电能质量的关键设备。模块化多电平换流器因其独特的拓扑结构而适用于构成中高压电网中的静止同步补偿器。因为中高压配电网基础电压高,传送功率大,如何在保持有效传输功率的前提下提高功率器件利用率,减小模块化多电平换流器的内部环流损耗,就成为了模块化多电平换流器无功补偿器研究关键环节。本文以模块化多电平换流器为基础,围绕子模块电压不平衡及相桥臂间存在的环流电流的问题分别提出了基于载波移相调制的子模块电容电压平衡策略和基于负序虚拟阻抗的相间环流抑制策略,并搭建了基于模块化多电平换流器的静止无功补偿器实验平台进行验证。本文主要研究内容如下:(1)从多重化技术及多电平技术的角度介绍了目前具有广范围应用的大功率换流器的研究现状,对基于模块化多电平换流器的静止无功补偿器在中高压配电网中应用的优势进行了阐述,从调制方式、环流抑制方式、子模块均压方式三个方面分析了模块化多电平换流器静止无功补偿器的研究现状。(2)从模块化多电平换流器静止同步补偿器的结构入手,分析了子模块的作用机理以及桥臂电抗和直流侧储能电容的作用以及选取原则。建立了模块化多电平换流器静止无功补偿器的数学模型,得到了桥臂能量分布以及桥臂电压电流表达式,从而分析了相间环流的产生机理。(3)针对子模块电容电压不平衡的问题,提出了相桥臂能量均衡控制与子模块电压平衡控制相结合的控制策略,比较了载波移相调制与最近电平调制的优缺点,最后采用了基于载波移相调制的子模块电容电压均衡的控制方式,并在所搭建的子模块均压仿真平台上验证了所提控制策略的有效性。(4)在分析相间环流产生机理的基础上,明确了相间环流是以负序二倍频分量为主,包含有高次环流分量的在不同相桥臂间流动的电流。本文利用无功电流检测的方式来检测负荷电流中的无功分量,从而确定静止无功补偿器向电网输出的补偿电流。并且采用复系数滤波器产生负序分量,从而在其上添加虚拟阻抗抑制了二倍频环流的产生,最终得到基于负序虚拟阻抗的相间环流抑制策略。在所搭建的抑制相桥臂环流仿真平台上验证了所提策略的有效性。(5)基于dSPACE半实物仿真平台搭建了基于模块化多电平换流器的静止无功补偿器实验平台。确定了桥臂电抗器、子模块电容、MOSFET的选取原则,介绍了所采用的硬件电路、子模块电路板、信号采集电路,在所搭建实验平台上设计环流抑制实验并且通过实验结果验证了控制策略的有效性。