级联 H 桥 STATCOM 低频纹波抑制策略研究仿真

1、设计（论文）的主要内容
(1) 了解级联 H 桥 STATCOM 工作原理及其数学模型；
(2) 深入了解级联 H 桥 STATCOM 的电流控制策略及调制策略；
(3) 分析二倍频波动产生原因，设计二倍频波动抑制方案；
(4) 对所设计的控制策略进行仿真以及实验设计与分析。

设计（论文）的基本要求
(1) 掌握 MATLAB/Simulink 中电力电子装置建模和分析方法;
(2) 建立级联 H 桥 STATCOM 仿真模型;
(3) 对级联 H 桥电压平衡控制策略进行仿真分析并分析其性能，具体包括电
压平衡三层控制策略;
(4) 设计并实现级联 H 桥 STATCOM 二倍频波动抑制控制方案;
(5) 仿真分析所设计级联 H 桥低频纹波抑制 STATCOM 系统，对系统进行
参数设计，通过仿真进行验证与评估。

级联 H 桥 STATCOM 具有着输出谐波小、响应速度快、模块化、易于扩展
和直接并网等优点，可快速补偿新能源电场并网点无功功率，保证其不脱网运行；
作为新型的动态无功补偿装置，应用于高压大功率柔性交流输电领域，对受端电
网起支撑作用，提高电网功率因数，降低线路损耗，改善电能质量。级联 H 桥
STATCOM 直流侧电压中含有以二倍频为主的低频纹波成分，影响装置的补偿效
果。在其直流侧装设大容值的电解电容可以减小波动的幅度，但是电解电容有着
耐压值低，寿命短的缺点，所以工业中一般采用薄膜电容代替电解电容，而薄膜
电容的功率密度低，在大容值时使得体积增大，成本升高。考虑减小电容容值，
减小电容值可减小装置体积，增加电容寿命，降低成本，但同时会使得直流侧电
压波动加剧，之前的以直流侧电压均值作为调制参考值的方式不再合适。考虑以
直流侧电压平方和的均值作为参考值进行全局电压控制，以功率前馈解耦 PI 控
制作为电流控制策略，调制策略采用
单极倍频CPS-SPWM。
本文先从新能源并网、柔性交流输电、西电东送和减小容值的优点等方面介
绍了本文的研究背景意义。根据出现时间大体上介绍了无功补偿装置的发展情况。
分别从电流控制调制策略、功率波动规律研究、直流侧电容取值和直流侧电压控
制角度介绍了 CHB-STATCOM 的研究现状。
接着对 CHB-STATCOM 的结构、补偿机理进行介绍，推导得到其数学模型，
分别在理想电网环境和非理想电网环境下分析了直流电压平衡影响因素，并通过
仿真进行验证，接着对直流侧电压二倍频波动形成机理及波动成分进行分析。
然后采用功率前馈解耦 PI 控制进行电流控制，并进行控制参数的设计。同
时对电流控制中有功电流给定值 icd*，无功电流给定值 icq
进行计算，其中 icd的
计算就是全局电压控制环节。对单极倍频 CPS-SPWM 工作原理进行介绍和数学
分析，并通过仿真进行验证。
接着在文中推导得到电容值和直流侧电压峰值、直流侧电压波动幅度以及输
出电流范围之间的关系，据此区别于传统电容取值法进行电容的取值设计。
最后考虑在小容值情况下，注入单倍频零序电压进行相间电压平衡控制，采
用同时改变调制比 M 和相位差 δ 的方式进行相内电压平衡控制，在调制波中注
入 3 倍频的零序电压进行二倍频波动抑制，最后搭建 11 电平的模型对之前的理
论进行仿真验证分析。

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