大規(guī)模風電并網(wǎng)中級聯(lián)STATCOM的控制方法研究

【摘要】：隨著大規(guī)模的風電場投入使用，其并網(wǎng)對電能質量產(chǎn)生的負面影響日趨嚴重。通過在風電場的出口配備無功補償裝置可以動態(tài)補償系統(tǒng)中的無功功率，穩(wěn)定并網(wǎng)接入點電壓，提高風電機組低電壓和故障穿越能力，減少大規(guī)模風電并網(wǎng)對大電網(wǎng)的沖擊。故本文針對風電場中級聯(lián)STATCOM裝置的控制方法進行深入研究。 首先，系統(tǒng)介紹了高壓大容量STATCOM常用主電路拓撲結構，比較它們的優(yōu)缺點后，得出級聯(lián)型拓撲的優(yōu)勢所在。利用矢量圖分析級聯(lián)STATCOM的工作原理，對系統(tǒng)主電路參數(shù)進行了相關設計，詳細分析了單極倍頻SPWM調制策略性質并闡述其優(yōu)點。 其次，針對級聯(lián)STATCOM的直流側電壓難以平衡問題，提出基于有功功率均等分配的直流側電容電壓平衡控制方法。通過調節(jié)其交流側吸收的有功功率來控制直流側電壓的大小，采用分層協(xié)調控制策略實現(xiàn)級聯(lián)STATCOM的整體有功、無功控制，上層采用解耦實現(xiàn)總體有功、無功控制，下層通過模塊控制器實現(xiàn)有功功率均等分配控制。仿真和實驗結果表明，該方法有效解決了級聯(lián)STATCOM直流側電容電壓難以平衡的關鍵問題。 再次，針對不平衡工況下級聯(lián)STATCOM的控制問題，提出基于正序-負序解耦PWM的控制方法。分析了其在不平衡工況下的工作特性，采用讓級聯(lián)STATCOM輸出等效負序電壓的辦法來保證接入點的電壓平衡。推導了系統(tǒng)在正序和負序環(huán)境下的解耦控制方程，分析其延伸出來的無功補償和電壓控制兩種工作模式。根據(jù)不平衡度的三個范圍，提出分時段補償控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了裝置的最大化利用。仿真和實驗結果表明，該方法有效確保了級聯(lián)STATCOM在不平衡工況下的安全穩(wěn)定運行。 最后，對級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)進行了軟硬件設計?？刂朴布脚_為雙DSP+FPGA+CPLD組合系統(tǒng)，分別對主控制板以及功率單元控制系統(tǒng)進行了硬件設計。利用流程圖的方式對控制軟件進行了設計，主要包括DSP1及DSP2的主程序和控制中斷程序、PWM信號生成及監(jiān)測軟件設計。 【關鍵詞】：風電場 級聯(lián)STATCOM 單極倍頻SPWM 有功功率均等分配 正序-負序解耦PWM
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 風電場無功補償?shù)难芯楷F(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 風電場研究綜述10-13
• 1.2.2 風電場無功補償現(xiàn)狀13-14
• 1.3 級聯(lián) STATCOM 研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 級聯(lián) STATCOM 應用現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 級聯(lián) STATCOM 控制方法綜述15-18
• 1.4 本文主要研究內容18-19
• 第二章 級聯(lián) STATCOM 結構原理與調制策略19-32
• 2.1 拓撲結構與工作原理19-29
• 2.1.1 主電路拓撲結構19-23
• 2.1.2 級聯(lián) STATCOM 工作原理23-27
• 2.1.3 系統(tǒng)主電路參數(shù)27-29
• 2.2 單極倍頻 SPWM 調制策略29-31
• 2.3 本章小結31-32
• 第三章 級聯(lián) STATCOM 直流側電容電壓平衡控制方法32-43
• 3.1 直流側電容電壓不平衡的原因32-34
• 3.2 傳統(tǒng)電容電壓平衡控制方法34-36
• 3.2.1 外部平衡控制法34-35
• 3.2.2 內部自身控制法35-36
• 3.3 有功功率均等分配的直流側電容電壓平衡控制方法36-39
• 3.3.1 系統(tǒng)總體控制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 分層協(xié)調控制38-39
• 3.4 仿真與實驗39-42
• 3.4.1 仿真分析39-40
• 3.4.2 實驗驗證40-42
• 3.5 本章小結42-43
• 第四章 不平衡工況下級聯(lián) STATCOM 控制方法43-55
• 4.1 系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生原因及危害43-45
• 4.1.1 系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生的原因43-44
• 4.1.2 系統(tǒng)不平衡的危害44-45
• 4.2 不平衡工況下級聯(lián) STATCOM 工作特性分析45-47
• 4.2.1 只輸出正序分量情況45-47
• 4.2.2 同時輸出正序和負序分量情況47
• 4.3 基于正序-負序解耦 PWM 的級聯(lián) STATCOM 控制方法47-51
• 4.3.1 正序-負序解耦 PWM 控制方法47-50
• 4.3.2 級聯(lián) STATCOM 分時段控制50
• 4.3.3 系統(tǒng)整體控制50-51
• 4.4 仿真與實驗51-54
• 4.4.1 仿真分析51-53
• 4.4.2 實驗驗證53-54
• 4.5 本章小結54-55
• 第五章 級聯(lián) STATCOM 控制系統(tǒng)設計55-65
• 5.1 控制硬件設計55-58
• 5.1.1 控制硬件組成55
• 5.1.2 主控制板55-57
• 5.1.3 功率單元控制系統(tǒng)57-58
• 5.2 控制軟件設計58-64
• 5.2.1 DSP1 軟件設計58-59
• 5.2.2 DSP2 軟件設計59-60
• 5.2.3 PWM 信號產(chǎn)生60-62
• 5.2.4 監(jiān)測軟件設計62-64
• 5.3 本章小結64-65
• 第六章 總結與工作展望65-67
• 6.1 全文總結65-66
• 6.2 工作展望66-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀學位期間主要的研究成果71-72
• 致謝72

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