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1、在中壓配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理領(lǐng)域,級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator-STATCOM)因其具有模塊化、大容量、諧波特性好和易于實(shí)現(xiàn)冗余控制等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用,其可靠性已經(jīng)成為保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為此,近年來(lái)高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)的概念被提出并成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)是指當(dāng)故障發(fā)生后,通過(guò)在線(xiàn)故障診斷裝置在允許時(shí)間內(nèi)診斷出故障類(lèi)型和位置
2、,在不停機(jī)的情況下在線(xiàn)重新配置系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并采取相應(yīng)的容錯(cuò)控制策略,使得系統(tǒng)能夠在滿(mǎn)足一定性能要求下繼續(xù)運(yùn)行。研究表明,在STATCOM系統(tǒng)中,變流器是實(shí)現(xiàn)各種控制策略的關(guān)鍵部分,但由于其長(zhǎng)期處于高頻動(dòng)作和能量變換的工作環(huán)境,其功率開(kāi)關(guān)器件也最容易發(fā)生故障,若故障后不及時(shí)處理將會(huì)造成STATCOM系統(tǒng)輸出不平衡、諧波增加等危害,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成保護(hù)停機(jī)。因此,研究STATCOM系統(tǒng)中變流器的故障診斷和容錯(cuò)控制將具有十分重要的理論意義和實(shí)
3、際意義。
高容錯(cuò)STATCOM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的首要條件是快速準(zhǔn)確的故障診斷,其診斷精度和診斷時(shí)間直接影響到容錯(cuò)控制的效果。STATCOM系統(tǒng)中的變流器環(huán)節(jié)是一個(gè)典型的包含連續(xù)狀態(tài)變量和開(kāi)關(guān)離散變量的復(fù)雜系統(tǒng),且時(shí)刻處于對(duì)負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中,使得傳統(tǒng)的以輸出電流或輸出電壓為原始信號(hào)的基于解析模型和信號(hào)處理的方法并不能有效地揭示系統(tǒng)的故障特性,不適合于變流器內(nèi)部故障的分析和診斷。因此,本文針對(duì)傳統(tǒng)方法在診斷時(shí)間、負(fù)載變化影響、故障樣本
4、需求等方面的缺點(diǎn),以變流器中各功率模塊電容電壓為原始信號(hào),將小波多分辨率分析、特征降維技術(shù)和多核最小二乘支持向量機(jī)等理論引入到故障診斷過(guò)程中,建立了針對(duì)變流器中功率器件開(kāi)路故障的綜合故障診斷系統(tǒng)。首先利用db40小波對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行8尺度分解,將各頻帶的高頻小波分解序列的能量作為故障特征。在故障分類(lèi)方面,引入了多核最小二乘支持向量機(jī),并利用混沌粒子群優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,提出了基于核主成分分析和譜系聚類(lèi)算法的故障特征降維方法。仿真和實(shí)
5、驗(yàn)證明此方法克服了標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn),提高了故障診斷的魯棒性,繼承了小樣本學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn),在保證診斷準(zhǔn)確率的同時(shí)縮短了診斷時(shí)間。
針對(duì)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)方法在級(jí)聯(lián)型STATCOM中實(shí)現(xiàn)難度大的缺點(diǎn),研究了統(tǒng)一空間矢量脈寬調(diào)制(GSVPWM)方法的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)零序分量的疊加將 SVPWM方法等效為基于載波的方式,并且可通過(guò)改變零矢量分配系數(shù)方便的實(shí)現(xiàn)各種PWM方法的切換。提出了一種簡(jiǎn)單快速的GSVPWM數(shù)字化實(shí)現(xiàn)
6、方法。此方法避免了傳統(tǒng) SVPWM方法復(fù)雜的三角運(yùn)算、坐標(biāo)變換、空間矢量選擇和矢量作用時(shí)間的計(jì)算,具有電壓利用率高、開(kāi)關(guān)損耗小、響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制等特點(diǎn)。
STATCOM的容錯(cuò)控制是指故障后通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)來(lái)保證裝置在故障情況下穩(wěn)定可靠的運(yùn)行能力。本文對(duì)級(jí)聯(lián)型STATCOM的容錯(cuò)拓?fù)浼捌淇刂撇呗哉归_(kāi)了研究。采取了帶1級(jí)冗余的模塊冗余方案和僅旁路故障模塊的隔離方案。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),各功率模塊降額運(yùn)行,當(dāng)故障發(fā)生
7、后通過(guò)封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖和旁路機(jī)構(gòu)將故障模塊同主電路隔離。在分析故障對(duì)系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)影響的基礎(chǔ)上,提出了具有容錯(cuò)功能的相間電容電壓平衡控制策略、相內(nèi)電容電壓平衡控制策略和PWM控制策略,實(shí)現(xiàn)了STATCOM系統(tǒng)的容錯(cuò)運(yùn)行。
設(shè)計(jì)了8級(jí)聯(lián)STATCOM的故障診斷和容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?;贔PGA的分布式集中控制結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)具有模塊化、控制簡(jiǎn)單、易于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明裝置具有良好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果,對(duì)功率器件開(kāi)路故障具有良好的診斷能
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