① 课题来源与背景 电力电子器件在电网中应用日益广泛，而随之带来的问题是电网谐波以及稳定性问题。如开关模式的变换器，用于电机调速的变频器，荧光灯，电弧炉，焊接设备等各种生活及工业电子设备，作为电网的非线性电网负载，给电网带来了极大的污染。同时，各种新能源的使用，分布式电网的发展，也增加了电网的不稳定性。各种谐波电网增加了线路、电机等设备的热损耗，降低了功率因数，对于直接连接电网的电机会造成转矩波动， 对分布式电网的并网运行也带来极大干扰，对用电设备也可能造成损坏。因此提高电能品质，包括谐波消除与提高功率因数，成为当前电力行业热点问题。 ② 研究目的与意义 针对中压级联无功补偿装置动态响应慢，补偿电流滞后于参考电流，不能有效补偿快速变化的谐波成分的缺点，本项目通过增加电流误差估计，采用基于模型的电流预测控制器，提高装置动态性能，达到直接补偿无功及抑制中压电网谐波的目的；并提出了一种相间补偿电流，相内补偿电压的电容电压平衡策略，保证了级联无功补偿装置功率单元电容电压在各种工作情况下的平衡。研究如何提高级联型中压SVG的动态性能，使其能够消除谐波与电网电压闪变，这样可以直接在中压条件下提高电网品质，减少了能量损耗与装置体积。 ③ 主要论点与论据； （1）多电平变换器理论分析及调制 本项目研究星形接法的级联SVG。级联多电平变换器可输出多种电平， 通常电平数越多，调制算法越复杂。级联SVG 上用得较多的调制算法主要有载波移相调制，导通角度优化调制（如选择性消谐调制），移相SVPWM 调制等。各调制算法互有优缺，对谐波补偿性能也会产生影响。其中基于移相的调制算法各功率单元容易满足开关频率一致而进行了研究。 （2）电流跟踪控制 通过电流预测控制，能够使补偿电流接近参考电流，但实际补偿电流总会存在一定的滞后，且滞后量往往是非线性的。要想进一步提高补偿精度与动态性能，一方面需要进一步分析影响模型的因素，一方面需要对参考电流进行修正，对参考电流与装置实际补偿电流的差异进行误差估计，以确定需要提前补偿的电流参考量，使其能够根据参考模型与补偿装置实际参数的差异自动调整补偿量，最终达到完全补偿的效果。 （3）级联SVG 电压平衡算法 级联多电平变换器在使用过程中还需要协调各功率单元电压平衡，同时应尽量使各功率单元开关频率接近，以平衡其开关损耗，实际运行过程中还需要检测各单元柜温度， 协调各单元柜工作状态。 对于星形接法的级联SVG，功率单元的电容电压平衡问题需要同时考虑相间的平衡和相内各单元的平衡，为此需要研究电容电压的总体控制，各相有功电流的分相补偿， 以及各功率单元的充放电能量控制。 ④创见与创新； 针对级联SVG中存在的关键技术问题——动态响应与电容电压平衡相关问题， 本项目如下创新性研究工作： （1）研究基于模型的电流预测控制方法。该方法进一步对模型进行完善，例如器件导通压降、死区等的影响，并对误差电流逆向建模预测以实现预测，达到对电流更准确更快速的控制，提高电流控制的动态响应与精度。 （2）提出功率单元电容电压平衡控制策略，针对星形接法的特殊性，与总体控制方案结合，提出相间补偿有功电流，相内补偿电压的方法。该方案能够在各种电流状态下特别是谐波情况下均可获得较好的电压平衡效果。 ⑤社会经济效益，存在的问题； 级联H桥SVG能够有效改善配电网的电能质量，可以为配电网中的用户带来极其可观的经济效益。下面的数据为某煤矿安装级联H桥SVG设备后各项指标： 1.电压闪变减少 4倍； 2.能源消耗减少 15% 3.耗电减少 5% 1.煤矿或者工厂供电系统的供电接入点的电能质量有了很大改善，可以达到供电部门对于电力用户的要求，避免了供电部门的罚款；2.大型设备的运行效率有了很大提高，单位时间的产出量增加了；3. 由于功率因数和电压质量的提高，单位产量的耗电量和电弧炉的消耗量都有明显下降，降低了生产成本。综合而言，级联H桥SVG装置的经济效益非常明显。此外，SVG削弱了谐波和负序电流对电气设备的危害，抑制了电压闪变对周边企业生产和照明的影响，具有显著的社会效益。

黑龙江科技大学

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