随着煤炭工业自动化程度的提高,煤矿井下大量的三相异步电机和电力电子技术设备给煤矿电网带来了大量的无功功率和谐波电流;且大量的电气设备在使用过程中频繁启停导致电网电压波动;另外,供电线路的老化和不平衡负载还会导致三相电压不平衡。级联H桥型静止同步补偿器(STATCOM)是解决上述问题的先进设备,本文对1140V级联H桥STATCOM在无功补偿模式和电压补偿模式下的控制策略进行了研究。首先,为后续控制系统的设计,建立了STATCOM在abc、αβγ、dq0坐标系下的数学模型,并且根据dq0坐标系下的数学模型推导出STATCOM在不平衡工况下的正负序数学模型,然后根据系统性能需求设计主电路的参数。其次,研究无功补偿模式下基于dq0坐标系的解耦控制策略,分析并设计PI控制器以及矢量比例积分器控制器(VPI)。可以将PI控制器和VPI控制器并联组合成PI-VPI控制器。理论和仿真表明PI-VPI控制器相对PI控制器有着更加优良的谐波跟踪性能,更适应于煤矿井下综合治理谐波和无功。直流侧电压控制采用总体控制、相间均压和相内均压三层控制方案。相间均压采用零序电压注入的方法,得到很好地解决;针对载波相移的调制策略,论文采用修正调制波的方法解决相内均压的问题,然后通过仿真验证了所采用的直流侧电压控制方案的有效性。再次,为提高STATCOM动态响应速度,研究无功补偿模式下基于αβγ坐标系的模型电压预测控制策略(MVPC)。结合多电平空间矢量调制技术,提出一种适用于级联H桥STATCOM的模型电压预测控制策略,该策略兼有指令电流跟踪和直流侧电压控制。仿真验证了所提控制策略能够有效地补偿无功电流、谐波电流和不平衡电流,与解耦控制策略相比,除了谐波补偿效果稍差的微弱劣势,优点是省略了调制环节、设计简单、动态响应快。最后,针对煤矿电网的电压不平衡和电压偏差的问题,分析基于双广义积分器锁频环的电压正负序分离原理并给出正负序负载电流的分离方法。对于不平衡工况下的STATCOM直流侧的能量流动分析后给出不平衡工况下的零序电压注入方法以解决相间均压的问题。通过在正负序指令电流上叠加检测到的负载电流,改进了传统的正负序双环控制策略。仿真验证了在面对冲击性不平衡负荷时,所提的方法与传统的正负序双环控制策略相比可以有效地减少公共连接点(point of common coupling,PCC)电压的下降以及迅速地抑制PCC电压不平衡度、将PCC电压不平衡度降低到允许范围内。
