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静止无功发生器(SVG)作为一种重要的柔性交流输电系统(FACTS)设备,能够对无功功率、谐波和不平衡电流进行综合补偿,成为动态无功补偿的研究重点和发展方向。为满足装置容量的需求,静止无功发生器大多采用多电平的结构,但是传统多电平结构存在着缺点,如筘位型多电平结构存在电容电压均衡问题,级联型多电平结构需要多个直流电容,增加了装置的成本和控制的复杂性。因此,本文提出一种新型多电平静止无功发生器,并对其主电路结构和控制策略进行研究。论文主要工作如下:
(1)介绍了电容器、晶闸管控制电抗型静止无功补偿器以及晶闸管投切电容型静止无功补偿器等几种无源无功补偿装置的工作原理,对TCR、TSC等几种动态无功补偿装置进行仿真分析,比较了各种无源无功补偿装置的性能和特点。
(2)阐述了静止无功发生器的工作原理,介绍了电流间接控制和电流直接控制两种控制方法,比较了这两种控制方法的优缺点。详细研究了三种常见的多电平逆变器的拓扑结构,并分别指出各自的优缺点。
(3)提出了一种基于新型多电平拓扑结构的静止无功发生器,并对这种拓扑结构的工作原理进行分析。分析了基于移相载波PWM技术的电流跟踪控制策略和直流侧电压控制方法。在PSIM仿真软件中对SVG系统进行了仿真研究,仿真结果表明本文提出的新型多电平SVG能够对谐波、无功和三相不平衡负载的具有综合补偿能力,并且补偿效果良好,验证了本文所提拓扑结构和控制策略的有效性及正确性。
(4)设计了新型多电平SVG的控制系统,包括硬件设计和软件设计。采用DSP和FPGA组合作为SVG的控制系统,其中DSP主要完成信号采集调理和控制计算工作,FPGA完成PWM脉冲产生工作。根据系统硬件设计,制定了相应的软件设计方案,并给出了主程序、定时器中断子程序及FPGA模块的工作流程图。最后搭建了基于新型多电平拓扑结构的SVG实验装置,对单相实验装置进行调试。实验结果证明了本文软硬件设计的有效性和合理性,并且验证了该单相实验装置具有良好的无功补偿能力,表明本文所提控制策略的正确性。