配电系统级联型无功补偿装置的研究与实现

论文摘要

日常生活和工业生产中大量使用的感阻性负载和冲击性负载使配电系统面临着无功污染和电压闪变等电能质量问题的考验。作为配电系统电能质量调节的有效手段,DSTATCOM成为研究热点并代表着DFACTS技术的发展方向。本文主要针对配电系统级联型无功补偿装置的相关理论和技术进行研究。目前,DSTATCOM装置多采用三相桥式逆变器作为其主电路,存在输出电压谐波含量高、电压及功率等级不高、难以实现分相控制等缺点。鉴于这些缺点,本文提出将级联型多电平逆变器用于DSTATCOM的想法。本文研究了DSTATCOM的基本运行原理,指出理想情况下,可通过调整装置输出电压的幅值来控制DSTATCOM与系统之间交换无功功率的大小,可通过调整装置输出电压与系统电压之间的相位差来控制DSTATCOM与系统之间交换有功功率的大小。通过对实际装置数学模型的分析得出稳态时装置吸收无功功率、有功电流、无功电流和输出电压表达式。为了使DSTATCOM获得更好的动态性能和补偿精度,设计了单纯比例积分控制和比例加重复复合控制两种电流控制器。对比两种控制器作用时装置对电流指令的跟踪性能,发现比例加重复复合控制在保证系统动态响应特性的情况下明显改善了系统的稳态性能,仿真研究结果证明了该结论。直流电容电压均衡是级联型多电平逆变器面临的一个特殊问题,它影响到了装置的补偿性能和运行安全。本文分析了级联型DSTATCOM直流电容电压不平衡的机理,得出可以通过改变单链节逆变器吸收的有功功率来均衡控制直流电容电压的结论,基于该结论提出了针对直流电容电压均衡控制的分散控制策略。为了验证本文所设计的电流控制器参数以及基于分散控制系统的直流电压均衡控制算法,研制了一台运行在380V电压等级下,容量为30kVar的实验样机。文章详细阐述了级联型DSTATCOM实验样机的设计方法,包括实验样机的硬件设计、软件设计以及分散控制策略如何在软硬件上得以实现等。针对级联型DSTATCOM相关理论,如直接电流控制算法、移相载波的同步等,应用在工程实践中遇到的问题给出了具体解决方案。实验结果说明,本文研制的实验样机不仅具备了补偿配电系统无功功率的基本功能,而且在无功电流指令跟踪和直流电容电压均衡控制等方面具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究配电系统静止无功补偿器课题的意义
• 1.3 DSTATCOM 主电路结构研究现状
• 1.4 多电平技术的发展
• 1.5 级联多电平逆变器调制策略
• 1.6 本文选题依据及研究内容
• 1.7 本章小结
• 2 DSTATCOM 运行原理与数学模型
• 2.1 级联型DSTATCOM 的基本运行原理
• 2.2 级联型DSTATCOM 的数学模型和稳态分析
• 2.3 本章小结
• 3 级联型DSTATCOM 的电流控制研究
• 3.1 基于瞬时值的直接电流控制原理
• 3.2 电流控制器参数设计
• 3.3 电流控制系统仿真
• 3.4 本章小结
• 4 级联型DSTATCOM 直流电容电压均衡控制
• 4.1 级联型DSTATCOM 直流电容电压不平衡分析
• 4.2 级联型DSTATCOM 直流电容电压均衡控制
• 4.3 基于分散控制系统的直流电容电压均衡控制算法
• 4.4 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 5 实验样机的研制与实验研究
• 5.1 实验装置系统构成
• 5.2 实验装置主电路参数设计
• 5.3 实验装置控制系统设计
• 5.4 并网实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结和工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录