基于级联多电平逆变器的STATCOM及其控制策略研究

论文摘要

三峡电厂和西电东送工程的建设极大地促进了各大电网的互联,提高系统稳定性成为一个日趋重要的问题。励磁控制装置是是同步发电机的重要组成部分,对于维持电力系统稳定有着及其重要的意义。本文主要研究和讨论了新的控制理论、新的体系结构以及新的硬件平台在励磁控制装置中的应用。首先介绍了自适应最优励磁控制的原理,使用数字信号处理器实现了自适应最优励磁控制,在动模试验中确定了输入增益、输出增益、预置辨识参数、辨识参数限制等自适应最优算法参数的设置范围,并通过动模试验在不同的工作点,不同的扰动中对比了自适应最优励磁控制与PID励磁控制的性能。文中也给出了自适应最优励磁控制器现场试验波形,并研究了辨识复位对控制性能的影响,提出了相关的改进措施。介绍了自适应PSS的原理,通过动模试验确定了自适应PSS的参数整定原则,并在动模试验中对比了PID控制加装自适应PSS前后的性能。介绍了双环自适应励磁控制的原理,这种励磁控制使用了两个自适应控制器分别控制电压和有功功率,输出控制量为两个自适应控制器输出控制的加权和。本文通过动模试验对比了不同工作点,不同扰动下双环自适应控制和PID控制的性能。提出了基于BP神经网络的最优励磁控制器,该控制器使用BP神经网络拟和线性最优控制增益曲线,希望利用BP神经网络的非线性特性搜索到性能更好的增益曲线。讨论了BP神经网络结构对拟和结果的影响,并通过动模试验验证了BP神经网络所拟和的增益曲线的性能。分析了高低压整流桥式励磁控制系统的两种工作方式,仿真证明正常时两组整流桥同时工作的方案需要使用宽脉冲触发才能实现,而且不能完全消除高阳极电压带来的问题;正常时仅低压整流桥工作,扰动时仅高压整流桥工作的切换工作方式可以避免正常工作时阳极电压过高,控制角过大。介绍了使用可编程计算机模块实现励磁控制的方案,通过调用时间处理器的库函数,完全利用CPU模块IP161上的外设实现了测频、交流采样和发送控制脉冲。介绍了使用F2812实现励磁控制的方案,利用F2812的片上外设实现了测频、交流采样和发送控制脉冲。两种方案都通过了动模试验,并已经在现场实际运行。提出了基于改进最小二乘辨识的自适应最优励磁控制,并在单机无穷大系统上进行了仿真研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 励磁控制系统面临的问题
• 1.3 励磁控制理论的发展
• 1.4 论文内容安排
• 2 自适应最优励磁控制
• 2.1 自适应最优励磁控制器的设计
• 2.2 自适应最优励磁控制器的硬件平台
• 2.3 动模试验
• 2.4 现场试验
• 2.5 关于自适应辨识的一些讨论
• 2.6 本章小结
• 3 自适应最优电力系统稳定器
• 3.1 自适应电力系统稳定器简介
• 3.2 动模试验
• 3.3 本章小结
• 4 双环自适应最优励磁控制器
• 4.1 双环自适应最优励磁控制器简介
• 4.2 动模试验
• 4.3 本章小结
• 5 BP神经网络在励磁控制中的应用
• 5.1 BP神经网络简介
• 5.2 BP神经网络在励磁控制中的应用
• 5.3 关于BP神经网络训练的一些讨论
• 5.4 动模试验
• 5.5 本章小结
• 6 高低压整流桥励磁系统
• 6.1 引言
• 6.2 常规功率单元简介
• 6.3 高低压整流桥励磁系统工作原理
• 6.4 高低压整流桥励磁系统的工作方式
• 6.5 高低压整流桥的实现
• 6.6 本章小结
• 7 高可靠性励磁控制器的硬件平台
• 7.1 引言
• 7.2 基于PCC的励磁控制器
• 7.3 基于F2812 的励磁控制器
• 7.4 本章小结
• 8 基于改进的最小二乘法的自适应最优励磁控制
• 8.1 引言
• 8.2 改进的最小二乘辨识方法
• 8.3 使用改进最小二乘辨识的自适应最优励磁控制
• 8.4 本章小结
• 9 全文总结
• 9.1 总结
• 9.2 有待进一步展开的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 附录3 所开发的励磁控制器实物图片