级联多电平STATCOM控制策略的研究

论文摘要

随着电力系统的发展,无功对电网电压的影响引起了人们越来越多的重视。在额定电压下,电网无功功率的平衡已经成为衡量电能质量的重要标志之一,在无功缺额之处进行实时快速的无功补偿具有十分重要的现实意义。传统无功补偿装置的补偿技术较为落后,难以满足系统补偿要求。静止同步补偿器（STATCOM）作为新型的动态无功补偿装置,具有响应速度快、控制精度高、滤波性能好、有效抑制电压波动和闪变等优越性,成为柔性交流输电系统装置中的重要成员之一。本文首先分析了STATCOM无功补偿的工作原理,通过比较大容量STATCOM常用的三种主电路结构的特点,选择级联多电平STATCOM作为主要研究对象,并将基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测算法应用于STATCOM的电流实时检测中。为改进STATCOM装置的控制性能,构建了一种基于状态反馈解耦的级联多电平STATCOM控制系统。采用载波移相SPWM方法对级联多电平STATCOM中的逆变器进行调制。对于STATCOM装置交流测有功和无功电流之间的相互耦合问题,采用状态反馈对其进行解耦控制。仿真验证了在较为理想的情况下,当无功电流参考信号突变时,该装置的动态响应较快,跟随特性较好。针对电力系统的强耦合、非线性特性以及各种负荷的动态变化,将自抗扰控制技术应用于包含级联多电平STATCOM的系统控制器设计中。建立了包含级联多电平STATCOM的动态系统数学模型。为消去模型中的非线性,引入基于坐标变换和状态反馈的微分几何方法。考虑到系统中存在的各种不确定因素,利用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对其进行估计并给予相应补偿,从而设计出系统的非线性控制器。仿真验证了所设计的非线性控制器比传统PID控制器具有更好的电压调节能力。本文的研究成果为级联多电平STATCOM装置的实际应用夯实了理论基础。随着电力电子技术和控制手段的不断发展,级联多电平STATCOM必将具有更为广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.1.1 无功补偿的意义
• 1.1.2 静止同步补偿器（STATCOM）的特点及优势
• 1.2 STATCOM 在国内外的发展及应用
• 1.3 STATCOM 主电路的研究现状
• 1.4 STATCOM 检测方法的研究现状
• 1.5 STATCOM 控制方法的研究现状
• 1.6 主要工作
• 第二章 STATCOM 主电路结构选择及检测技术分析
• 2.1 STATCOM 的基本原理
• 2.1.1 STATCOM 的基本结构
• 2.1.2 STATCOM 无功补偿的基本原理
• 2.2 大容量STATCOM 的主电路结构
• 2.2.1 多重化结构
• 2.2.2 箝位式多电平结构
• 2.2.3 级联多电平结构
• 2.3 STATCOM 的瞬时无功检测技术
• 2.3.1 p-q 检测算法
• p-i_q检测算法'>2.3.2 i_p-i_q检测算法
• 2.4 小结
• 第三章 基于PI 控制的级联多电平STATCOM 控制系统研究
• 3.1 级联多电平逆变器的载波移相SPWM 控制
• 3.2 级联多电平STATCOM 的PI 控制系统设计
• 3.2.1 STATCOM 直流侧电压的控制
• 3.2.2 STATCOM 交流侧的状态解耦控制
• 3.3 仿真分析
• 3.3.1 开环仿真分析
• 3.3.2 闭环仿真分析
• 3.4 小结
• 第四章 包含级联多电平STATCOM 的系统非线性控制
• 4.1 自抗扰控制器ADRC
• 4.1.1 自抗扰控制器的结构
• 4.1.2 自抗扰控制器的参数整定
• 4.1.3 自抗扰控制相对于PID 控制的优势
• 4.2 包含级联多电平STATCOM 的系统控制器设计
• 4.2.1 动态系统数学建模
• 4.2.2 模型的精确线性化及非线性控制器设计
• 4.3 非线性控制的仿真结果及其优越性
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢