基于STATCOM的电力系统动态无功补偿研究

论文摘要

使用柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System-FACTS）,为保证电力系统的安全、经济、可靠和优质运行提供了手段。近年来,它是改善电能质量的有效技术之一。在柔性交流输电系统中,静止同步补偿器（StaticSynchronous Compensator-STATCOM）为该系统的重要组成部分,它凭借良好的控制效果和优质特性,成为现今研究的热点。论文针对STATCOM在低压领域的应用研究,设计了一个补偿系统,对控制方法进行了仿真,给出了仿真分析结果。首先,本文研讨了无功补偿装置的主要类型及其发展和国内外的研究现状。对STATCOM的主电路和工作原理进行了深入的分析,讨论了瞬时无功功率理论在STATCOM中的应用情况,结合以上两部分内容,对STATCOM等效电路模型建立做了详细推导,对所建模型,进行了稳态分析和暂态分析,通过仿真研究,进一步验证了理论分析的正确性。以仿真比较结果为依据,选定了电流直接方案,并进行了整体系统结构设计（包括主电路、控制电路、驱动电路等）。最后,根据硬件电路设计,设计了基于IGBT的STATCOM仿真模型,并进行了多种特性的试验研究,包括控制电路工作特性、装置阶跃响应特性和装置运行工作特性。仿真结果表明:该装置具备快速响应特性,能按要求进行无功补偿,达到了预期的要求,同时也为STATCOM的进一步研究提供了研究基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 无功功率产生的原因
• 1.4 无功功率对电力系统的影响
• 1.4.1 设备容量的影响
• 1.4.2 输电网络中的电压损耗
• 1.4.3 线路及设备损耗
• 1.4.4 降低功率因数
• 1.5 无功补偿装置主要类型及发展
• 1.5.1 具有饱和电抗器的无功补偿装置
• 1.5.2 晶闸管控制电抗器
• 1.5.3 晶闸管投切电容器
• 1.5.4 自换相变流电路的静止无功补偿器
• 1.5.5 有源电力滤波器
• 1.6 STATCOM的研究意义及现状
• 1.6.1 STATCOM的优点
• 1.6.2 STATCOM装置的开发现状
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第2章 STATCOM装置的主电路设计及电流检测
• 2.1 引言
• 2.2 静止同步补偿器的工作原理
• 2.3 STATCOM数学建模及其逆变器结构
• 2.3.1 STATCOM数学模型的建立
• 2.3.2 三电平四重化结构的逆变器
• 2.4 STATCOM的电压型逆变器模型仿真
• 2.5 瞬时无功功率理论的应用
• 2.5.1 三相电路瞬时无功功率
• 2.5.2 无功电流的实时检测方法
• 2.6 STATCOM数学模型仿真与分析
• 2.6.1 STATCOM数学模型
• 2.6.2 系统分析及仿真
• 2.7 本章小节
• 第3章 STATCOM动态补偿系统的电路设计
• 3.1 系统结构整体设计
• 3.2 主电路的设计
• 3.2.1 IGBT的选择
• 3.2.2 直流侧电容的计算
• 3.2.3 交流侧的连接电抗器设计
• 3.3 控制电路的设计
• 3.3.1 锁相环设计
• 3.3.2 指令电流生成电路设计
• 3.3.3 电压闭环电路设计
• 3.3.4 电流闭环电路设计
• 3.3.5 软启动电路设计
• 3.3.6 保护电路设计
• 3.4 驱动电路设计
• 3.4.1 IGBT对驱动电路的要求
• 3.4.2 驱动信号的产生
• 3.4.3 驱动模块的原理
• 3.5 辅助电源的设计
• 3.6 本章小节
• 第4章 STATCOM补偿系统的检测、触发及控制系统仿真
• 4.1 引言
• 4.2 仿真工具介绍
• 4.3 仿真模块
• 4.3.1 三相交流电压源模块
• 4.3.2 触发角控制模块
• 4.3.3 晶闸管组模块
• 4.4 控制电路波形
• 4.5 装置运行工作特性
• 4.6 STATCOM控制方法
• 4.6.1 电流直接控制
• 4.6.2 控制方案仿真分析
• 4.7 本章小节
• 第5章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献