一种新型静止无功发生器的研究

论文摘要

柔性交流输电技术(FACTS)是建立在电力电子技术基础之上的当前电力系统研究中的前沿课题之一。同时随着高温超导线材的成功开发和低温工程的进步,超导电性在电力系统的应用重新成为人们关注的热点。作为FACTS技术和超导技术两者的结合,基于电流源变换器(CSC)的静止无功发生器STATCOM是本文的研究对象。STATCOM是一种静止同步无功补偿器,又称为先进的无功发生器(ASVG)。目前,国内国际上所投入使用的STATCOM多为电压源变换器型(VSC),而另外一种基于电流源变换器(CSC)的STATCOM在国内和国外还没有被广泛的研究和应用,由于半导体的串联配置,导体损耗相对较高。随着电力电子技术的快速发展,如果有更好的半导体器件的出现,这种电流源变换器(CSC)的STATCOM将具有广泛应用的潜力。本文首先指出了STATCOM的研究意义,并概述了STATCOM的研究现状和各国已获得的研究成果。接着,分析了STATCOM装置的基本结构和工作原理,数学模型,详细推导了六脉冲电流源型和电压源型STATCOM的理论公式。然后,在MATLAB环境下,以六脉冲电流源型STATCOM为对象,利用电力系统仿真工具箱(PSB)建立了STATCOM的时域数字仿真模型。得出了系统功率因数角与触发脉冲点火角、触发脉冲宽度的关系,验证了STATCOM的一阶滞后环节的频域数学模型,同时,通过仿真提出了一套完整STATCOM参数设计方案。最后,对利用MATLAB/SIMULINK库建立的含STATCOM的单机无穷大电力系统进行仿真分析,初步仿真结果很好的验证了电流源逆变器型STATCOM可以实现对电力系统的无功缺少或无功过剩的补偿,从而调节电力系统的电压和功率因数,保证电力系统的电压稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 现代电力系统面临的问题与柔性交流输电技术的诞生
• 1.1.2 主要无功补偿装置及其原理
• 1.1.3 STATCOM的提出与研究意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 STATCOM的发展现状及应用
• 1.2.2 逆变技术的现状及其在电力系统中的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 基于逆变器的STATCOM基本结构和工作原理
• 2.1 基于电压源逆变器的STATCOM电路拓扑和运行原理
• 2.2 基于电流源逆变器的STATCOM基本结构和运行原理
• 2.3 电压型逆变器与电流型逆变器的比较与综合
• 2.4 基于电流源逆变器的STATCOM数学模型
• 第三章 电流源型STATCOM的PSB时域模型仿真和参数的设计
• 3.1 MATLAB及其SIMULINK库和PSB模块简介
• 3.2 电流源型STATCOM的控制策略
• 3.3 六脉冲CSC型STATCOM的PSB建模
• 3.4 参数设计
• 3.4.1 稳态充放电时间常数
• 3.4.2 超导电感电流纹波含量
• 3.4.3 φ角偏移量
• SC、θ、φ的关系'>3.4.4 稳态I_SC、θ、φ的关系
• 3.5 快速响应
• 3.5.1 STATCOM放电动态响应特性分析
• 3.5.2 STATCOM充电动态响应特性分析
• 第四章 含电流源型STATCOM的系统仿真
• 4.1 正弦波脉宽调制（PWM）技术的基本原理
• 4.2 PWM脉冲的产生
• 4.3 电流源型STATCOM的系统仿真
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢