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在科学发展和工业化推进的同时,电网中的无功源和谐波源导致电网的电能质量问题日益严峻。静止同步补偿器(STATic synchronous COMpensator,STATCOM)作为一种可以动态补偿电网无功与谐波的装置,得到了广泛的应用。随着新能源设备大范围接入电网,其输出功率的随机性和间歇性会导致电网频率发生波动,使得STATCOM的补偿精度降低。本文以三相两电平电压型STATCOM为研究对象,以电网频率波动为研究背景,针对传统重复控制对电网频率波动适应性差的问题,设计了一种改进的复合控制策略,并进行了理论分析和仿真实验验证。本文工作主要分为以下几点:(1)三相电压型STATCOM基础理论和控制结构分析。介绍了三相STATCOM的工作原理,分别推导了系统在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。简述了基于Park变换的d-q指令补偿电流检测方法和基于双二阶广义积分器的软件锁相环原理。分析了两相旋转坐标系下电流解耦控制方法,并在此基础上设计电压电流双闭环控制策略。(2)传统复合控制策略的分析。首先采用典型Ⅱ型系统校正的方法设计了直流电压外环控制器,并采用“振荡指标法”整定了电压环控制器参数;采用重复控制设计了电流内环控制器,针对传统重复控制响应速度慢的问题,采用复合比例控制的方法,提升电流环控制器响应速度。(3)抗电网频率波动复合控制策略的设计。针对传统重复控制对电网频率波动适应性差的问题,采用一种基于拉格朗日插值多项式实现的FIR数字滤波器逼近分数阶相位滞后环节,结合锁相环得到的实时电网频率,得到一种自适应分数阶重复控制内模,以提高控制器的抗电网频率波动能力:针对传统重复控制计算量大的问题,将多速率重复控制思想引入,进而提升复合控制器的稳定裕度并降低算法对数字系统资源的占用。分析了改进复合控制策略的特性,并给出稳定性判断条件和控制器参数设计方法。(4)仿真验证设计方案的可行性。首先结合理论对复合控制策略的参数特性进行仿真分析,然后在不同电网频率下对比传统复合控制策略和改进的复合控制策略性能。(5)搭建了以DSP TMS320F28335为控制核心的样机实验平台,并进行了物理实验。在硬件方面,介绍所采用的采样电路、驱动电路的设计;在软件方面,采用MATLAB基于模型设计的代码生成方法,结合三段式有限状态机思想,自顶向下设计了核心控制部分代码,并介绍了工程代码的程序流程图。实验结果表明,本文所采用基于自适应分数阶重复控制的复合控制策略可以提升系统对电网频率波动的适应性,但算法存在计算量大的问题;所采用的基于自适应分数阶多速率重复控制的复合控制策略在具有对电网频率波动适应性的同时,还可以减少算法计算量、提升系统稳定裕度,但算法的补偿精度有所降低。实验证明了所设计方案的有效性和可行性。