小电容STATCOM建模与最优控制器设计：三角形联结级联H桥视角

"小电容应用下的三角形联结级联H桥STATCOM建模和最优控制器设计，探讨了在采用小容值电容的STATCOM中遇到的挑战与解决方案，包括模型建立和控制策略优化。" 在电力系统中，多电平变换器的应用日益广泛，尤其是在高压大容量的场合，如柔性交流输电系统和高压直流输电。静止同步补偿器（STATCOM）是多电平变换器的一种关键应用，它在无功功率补偿和谐波抑制方面发挥着重要作用。三角形联结级联H桥STATCOM是中高压环境下一种有效的技术，它的优势在于无需多重化变压器，结构模块化，容错性强，且相较于其他类型的STATCOM，它具有更高的功率密度和更强的负序无功补偿能力。 然而，传统的STATCOM通常采用大容值薄膜电容，以应对功率波动。虽然薄膜电容具有优异的电气性能和可靠性，但其功率密度低、成本高，导致装置体积庞大，建设成本高昂。因此，使用小容值电容成为减小设备体积和成本的策略。但小电容的应用会加剧直流侧电容电压的波动，使得电容电压中的谐波成分不可忽视，这对小电容STATCOM的建模和控制提出了新的挑战。 传统的dq坐标系下的数学模型并不适用于小电容STATCOM，因为电容电压不再能被视为常数，电容电压与调制信号的耦合也不能简化为直流分量的耦合，从而导致建立时不变模型变得困难。在控制层面，常用的级联PI(D)控制器可能无法有效处理小电容系统中的复杂耦合问题，且PI(D)控制器的收敛性和系统自由度的充分利用也有局限性。 为此，该文档提出了一个新的建模方法，即在abc坐标系下建立以三相支路电流和电容电压为状态变量，三相调制信号为控制输入的多变量状态空间模型。这有助于更全面地处理系统的多变量特性。同时，文档还提出了一种基于有限时域L的控制器设计方法，旨在解决小电容应用下控制难度增加的问题，以实现更优的系统性能和稳定性。 总结起来，这篇文档深入探讨了小电容在三角形联结级联H桥STATCOM中的应用，分析了建模和控制上的难题，并提出了解决方案，对于理解和优化这类电力电子设备的性能有着重要的理论和实践价值。