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基于快速重复控制的级联DSTATCOM电流控制

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  • 更新日期:2020-04-03 10:16
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详细介绍
为提高配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的补偿能力、增强谐波抑制性能,引入改进型的快速重复控制(FREP),设计了基于比例积分(PI)控制内环和快速重复控制外环的电流双环控制策略。理论分析表明改进型的快速重复控制的固有延时仅为传统重复控制的六分之一,具有更快的动态响应速度。
       随着配电网中越来越多电力机车、轧钢机以及电弧炉等大容量不平衡负荷的投入运行,由此引起的谐波、无功、电压不平衡、电压波动及闪变等电能质量问题会给配电网和电力用户造成各种危害。
       针对上述问题, 配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)以其快速的动态响应能力、更宽运行范围和良好的谐波抑制性能等优势,受到了广泛的关注和应用[1-2]。此外由H桥功率模块级联构成的级联DSTATCOM可实现高压大容量化,并且各模块直流侧彼此独立,容易实现均压,同时各功率单元结构相同,便于模块化的设计、安装及维护,非常适合于在中高压配电网中的应用[3-5]。
由于配电系统负载的多样性,DSTATCOM除了无功补偿和公共连接点(PCC)电压支撑外,还要兼顾谐波补偿、不对称无功补偿等功能,而这些都对DSTATCOM的电流控制策略的稳态精度、动态响应速度等提出了更高的要求。为了获得满意的控制性能,国内外学者进行了广泛深入的研究,取得了大量的研究成果[6-11]。其中基于内模原理的重复控制器是一种有效的波形控制策略,因其对周期性信号跟踪精度高而在不间断电源(UPS)、有源电力滤波器(APF)、新能源发电并网逆变器(GCI)等并网逆变器领域得到广泛应用[9-15]。然而传统重复控制是以工频周期为步长对误差信号进行调节修正,因此动态响应时间较长,同时还需存储一个周期内的误差信息,占用较多存储空间。
       对于典型的三相平衡工业负载,负载电流中的谐波成分往往只是6k±1(k=1,2,3…)次的特征次谐波,并且在同步旋转坐标系中,上述特征次谐波表现为6k倍工频频率的谐波分量。
       本文针对工业负载特征次谐波在同步旋转坐标系下的表现特点,将重复控制器的基波周期延迟环节改为六分之一基波周期的延迟环节,并在此基础上设计了基于PI控制内环和快速重复控制外环的级联DSTATCOM电流双环控制策略,介绍了该电流双环控制策略中控制器参数的设计方法,并进行了稳定性分析。最后,在MATLAB/Simulink环境下建立三相三线制级联DSTATCOM仿真模型,同时搭建对应样机,仿真和实验结果证明了本文设计方法的正确性和有效性。
 
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