H桥级联STATCOM非线性控制策略及系统实现技术研究

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1、博士学位论文H桥级联STATCOM非线性控制策略及系统实现技术研究RESEARCHONNONLINEARCONTROLSTRATEGYANDSYSTEMIMPLEMENTATIONTECHNOLOGIESOFH-BRIDGECASCADEDSTATCOM徐榕哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TM761学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学博士学位论文H桥级联STATCOM非线性控制策略及系统实现技术研究博士研究生：徐榕导师：徐殿国教授申请学位：工学博士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气

2、工程及自动化学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM761U.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONNONLINEARCONTROLSTRATEGYANDSYSTEMIMPLEMENTATIONTECHNOLOGIESOFH-BRIDGECASCADEDSTATCOMCandidate：XuRongSupervisor：Prof.XuDianguoAcademicDegreeApp

3、liedfor：DoctorofEngineeringPowerElectronicsandElectricalSpeciality：DrivesSchoolofElectricalEngineeringAffiliation：andAutomationDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator，STATCOM)是以全控型电力

4、电子器件为核心的新型电能质量控制装置，对提高电网的功率因数，改善电网的电能质量具有非常重要的作用和意义。与传统的无功补偿装置相比，具有响应速度快、动态性能好、补偿精度高、兼顾有源滤波和补偿不平衡等优势。H桥级联结构的STATCOM通过级联多个H桥功率单元，提高了装置的工作电压等级，增大了装置的补偿容量，成为高压大功率领域STATCOM装置的重要发展方向。本文主要针对H桥级联STATCOM的参考指令电流检测、电流跟踪控制、直流侧电容电压平衡控制等方面的关键技术进行深入研究，具体研究内容包括以下几个方面：H桥级联型STATC

5、OM实现对电网无功功率进行准确补偿的前提就是需要获得准确的参考指令电流。传统的基于瞬时无功功率理论的ip-iq法以其实现简单、检测结果准确等优点，在实际工程中得到了广泛的应用，但由于其存在的锁相环(PLL)、abc/dq坐标变换和低通滤波等环节，都会影响检测速度。针对该问题，本文提出了基于扇合矢量变换的基波正序有功电流快速检测新方法，通过扇合矢量变换法，将三相系统的电压和电流归一化为单相系统的电压和电流，简化了三相系统基波正序有功电流的检测过程，而且经过变换后得到的电压和电流基波只含有正序分量。通过采用基于级联延时信号消

6、除理论的方法对基波正序电压和电流进行快速提取，再经过简单的有功计算，得到基波正序有功电流。对比ip-iq法，极大地降低了系统的计算量，提高了检测速度。控制H桥级联STATCOM输出电流快速、准确地跟踪系统无功电流的变化是实现系统有效补偿的关键问题。但由于系统本身就是一个非线性、多变量、强耦合型系统，采用传统的线性控制方法已无法适应新的工业要求。针对该问题，本文提出了基于无源性理论的H桥级联STATCOM非线性控制方法，提高了装置的动态补偿性能和稳定性。通过对H桥级联STATCOM数学模型的分析，建立欧拉-拉格朗日(EL)

7、系统模型，并从理论上保证了系统的Lyapunov函数的稳定性。通过对维持功率单元直流侧电容电压稳定原理的分析，提出减少系统期望平衡点数量的方法，提高了系统的运算效率。通过对系统注入阻尼，加速了系统能量耗散，提高了系统向期望平衡点收敛的速度。最后，提出了构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测的方法，提高了控制算法的实时性，提高了系统的动态性能，减少了装置输出电流的谐波含量；同时，通过构造离-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文散滑模观测器对装置输出电压进行观测的方法，避免了采用公式直接计算时由于直流侧电容电压波动而产生

8、的误差。保证H桥级联STATCOM直流侧独立的悬浮电容的电压平衡，是实现装置稳定运行的关键问题。针对该问题，本文在基于直流侧电容电压三级平衡控制策略的基础上，提出新型全局平均直流电压平衡控制方法、相间直流电压平衡控制方法和相内直流电压平衡控制方法。提出了采用比例谐振(PR)控制器对全局平均直流电压进行控制的方法，对比