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基于DSP低压静止同步补偿器的研究

2020-12-08阅读(567)

基于DSP低压静止同步补偿器的研究

论文摘要

目前,电力系统存在无功补偿容量不足,大部分传统的补偿装置补偿手段落后,难以满足系统补偿要求等问题,因此需要对先进的无功补偿理论和装置进行研究。无功功率补偿技术是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化等领域的重大课题,对无功功率理论和补偿装置的研究应用在近年来也取得了许多有意义的成果。其中,低压静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)是一种既能动态补偿无功电流又能抑制有害电流的电力设备,研究STATCOM是节约电能和提高电网供电质量的需要。本文提出了一种基于DSP的静止同步补偿器(STATCOM)实验装置研制方案,并对基于该方案的STATCOM进行了一定深度的分析和研究。首先介绍了经典的无功补偿方式的原理和特点,以及功率理论的发展,重点介绍了瞬时功率理论以及以此为基础的静止同步补偿器。然后详细介绍了其工作原理,并在此基础上,建立了STATCOM的等效模型。利用输入输出关系建立了STATCOM的数学模型,然后详细讨论了STATCOM的控制策略。静止同步补偿器的控制方法包括直接电流控制方式和间接电流控制方式,与间接电流控制方式相比,直接电流控制方式在电流跟踪速度,控制精度等方面更具有优势,所以本文针对直接电流控制方式,采用正弦脉宽控制技术(SPWM)。基于上述讨论,确定了装置的硬、软件设计方案。重点阐述了基于IPM的硬件电路的设计,以及基于数字信号处理器(DSP)的控制器的设计。然后介绍了装置软件的模块化结构。在理论研究的基础上,应用PSCAD仿真软件,对装置的稳态补偿效果进行了仿真,仿真结果表明该装置可以有效的对系统无功进行补偿。所以该装置将适用于低压配电网络,起到降低线路损耗,提高电网运行质量和稳定性的作用。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 无功补偿技术的发展及应用
  • 1.2.1 无功补偿的经典方法
  • 1.2.2 静止同步补偿器
  • 1.3 本文主要工作
  • 第二章 无功功率理论基础与无功电流检测技术
  • 2.1 正弦电路的无功功率理论
  • 2.2 非正弦电路的无功功率理论
  • 2.3 三相电路瞬时无功功率理论
  • 2.4 瞬时功率理论在无功电流检测中的应用
  • 2.4.1 p-q运算方式
  • p-iq运算方式'>2.4.2 ip-iq运算方式
  • 2.5 小结
  • 第三章 STATCOM的数学模型与基本控制方式
  • 3.1 STATCOM的基本工作原理
  • 3.2 STATCOM系统的数学模型
  • 3.3 STATCOM的控制方法
  • 3.3.1 间接电流控制方式
  • 3.3.2 直接电流控制方式
  • 3.4 本文采用的控制策略
  • 3.5 小结
  • 第四章 STATCOM装置的硬件设计
  • 4.1 STATCOM系统的硬件组成
  • 4.2 STATCOM的主电路设计
  • 4.2.1 开关器件的选择
  • 4.2.2 直流侧电容的选择
  • 4.2.3 连接电感的选择
  • 4.3 控制电路的设计
  • 4.3.1 DSP的选取及介绍
  • 4.3.2 控制电路的结构
  • 4.3.3 外部存储器的扩展
  • 4.3.4 DSP与外部芯片的时序匹配
  • 4.3.5 A/D采样芯片的选择与F2812ADC转换模块的功能与结构
  • 4.4 测量电路的设计
  • 4.4.1 测量电路的基本框图
  • 4.4.2 电流信号测量电路设计
  • 4.4.3 三相负载不平衡电流检测电路设计
  • 4.4.4 a相电压过零比较与同步锁相电路设计
  • 4.4.5 直流电压采样电路设计
  • 4.5 IPM隔离、驱动电路的设计
  • 4.6 保护电路的设计
  • 4.6.1 IPM的自保护
  • 4.6.2 装置过流保护电路
  • 4.6.3 直流侧过压保护电路
  • 4.7 电源电路的设计
  • 4.8 小结
  • 第五章 STATCOM装置的软件设计
  • 5.1 软件开发环境及设计原则
  • 5.1.1 CCS2.0开发环境
  • 5.1.2 软件设计原则
  • 5.2 实验控制装置软件的总体设计
  • 5.2.1 控制装置的结构
  • 5.2.2 软件的设计流程
  • 5.3 数据采集、处理模块分析
  • 5.3.1 系统初始化模块
  • 5.3.2 过零检测模块
  • 5.3.3 A/D采样模块
  • 5.3.4 数据处理模块
  • 5.4 中断处理模块
  • 5.5 SPWM产生子程序的设计
  • 5.5.1 SPWM产生模块
  • 5.5.2 数字PI控制器
  • 5.6 软件保护模块
  • 5.7 小结
  • 第六章 STATCOM的仿真与应用研究
  • 6.1 仿真工具PSCAD/EMTDC简介
  • 6.1.1 仿真工具PSCAD/EMTDC概况
  • 6.1.2 PSCAD/EMTDC主要构成及仿真流程
  • 6.2 电力系统的基本构成与补偿节点
  • 6.3 电力系统不同电压等级STATCOM的仿真分析
  • 6.3.1 低压小容量STATCOM的仿真分析
  • 6.3.2 110kV输电线路PWM控制方式STATCOM的仿真分析
  • 6.3.3 220kV输电线路多重化STATCOM的仿真分析
  • 6.4 小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 主要结论
  • 7.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在校期间发表的论文

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