摘要
随着大量的电缆及电力电子非线性负荷接入电网，电网出现单相接地故障后,故障电流中不仅存在容性基波分量，而且具有较大比例的有功分量及谐波分量。然而，传统的消弧柜存在响应时间长，易引起PT铁磁谐振等缺点;传统的消弧线圈只能对接地故障电流中的无功基波分量进行补偿，故障点残余电流较大;虽然传统主、辅式消弧线圈的消弧效果较好，但需要接入Z型变压器且控制过程复杂。借鉴于静止同步补偿器STATCOM的工作原理，出现了基于变流器的柔性补偿装置。通过对变流器的输出进行控制，实现对地电流的全补偿。变流器装置种类繁多，基于级联H桥型多电平变流器，因其输出电压等级高、电压应力低、波形质量好、控制简单等众多优点而脱颖而出。 本文分析了不同接地系统的暂态和稳态特征，并在此基础上对基于级联H桥变流器的柔性消弧理论进行了总结。其中包括级联H桥的调制策略、对地参数的测量、补偿电流的计算、直流侧电压稳定控制、直流侧电压均衡控制、交流侧电流跟踪控制等内容。首先，文中改进了传统调制策略。传统的移幅调制策略虽然输出线电压波形质量较优，但各单元间输出功率不均衡。移相调制虽然各单元输出功率均衡，但输出线电压谐波却达不到最优。文中提出的新型调制策略，兼具二者的优点。其次，对于电容+电源结合型级联H桥，文中提出基于模式切换的电压稳定性控制策略。通过采集电容电压和输出电流进行切换调制模式，实现电容充放电控制，有效地提高了电压利用率。接着，在电流环控制中引入准比例-谐振控制器，提升了内环电流实际跟踪效果。最后，在直流侧电压均衡控制中，引入子单元微控法。子单元微控法较其他控制方法，更为简洁且具有较优的均衡效果。 为验证文中柔性消弧控制策略的正确性，在PSCAD仿真环境中搭建了基于H桥的柔性消弧仿真模型。通过仿真结果验证了直流侧电压稳定控制、直流侧电压均衡控制、交流侧电流跟踪控制的可行性。验证了在不同接地电阻和电弧情况下的消弧效果，变流器对于五次、七次谐波的消除效果。为了验证新型调制策略及结合型控制方法的有效性，搭建了级联H桥实验平台。通过实验验证了所提新型功率均衡调制策略及所提基于模式切换的电容电压稳定性控制的有效性。
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