配电网静止同步补偿器的研究

论文摘要

随着用户对电能质量要求的不断提高,配电网中的许多电能质量问题也日益突出。配电网中许多负荷功率因数低、波动大、变化快,传统的无功功率补偿装置很难起到理想的补偿效果。DSTATCOM可以实现感性、容性无功功率的双向、连续调节,其控制速度快,运行范围宽,而且在采取多重化、多电平或脉宽调制技术等措施后可显著减小补偿电流中的谐波含量。DSTATCOM具有如此优越的性能,代表了动态无功补偿装置的发展方向,成为无功补偿领域的研究热点。为了准确反映DSTATCOM的损耗情况和非线性特性,本文在考虑串联损耗和并联损耗的基础上,分别建立了DSTATCOM在时域、dq0坐标系和复频域下的数学模型。分析了DSTATCOM的稳定性,求取了DSTATCOM在稳态下的电流、有功功率和无功功率与系统参数之间的关系。DSTATCOM的并网启动是装置运行必须考虑的的问题。本文分别采用数学模型和物理模型对DSTATCOM的启动方式进行了仿真研究。通过分析对比了各种启动方式对装置造成的冲击,并在考虑经济性的基础上选择半自励启动为最佳启动方式。控制策略是DSTATCOM取得理想补偿性能的关键。针对配电网负荷波动较大的特点,为了提高动态响应速度,本文在直接电流控制的基础上,提出了一种静止坐标系下DSTATCOM的无差拍控制方法。通过α-β变换,建立了DSTATCOM的无差拍控制模型,设计了控制系统。利用MATLAB仿真对DSTATCOM的补偿性能进行了验证。在仿真验证的基础上,通过对DSTATCOM进行参数设计,本文研制了一台实验样机。以DSP为平台,实现数字化控制,简化硬件设计。最后,在样机上进行了补偿性能的实验。实验结果证实了本文提出的控制方法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 无功功率补偿装置的发展概况
• 1.2.1 传统的无功功率补偿装置
• 1.2.2 基于FACTS 的无功功率补偿装置
• 1.3 STATCOM 的研究现状
• 1.3.1 STATCOM 的拓扑结构
• 1.3.2 STATCOM 的控制方法
• 1.3.3 STATCOM 与储能系统的结合
• 1.4 STATCOM 的应用概况
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 DSTATCOM 的数学模型和稳态特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 DSTATCOM 的工作原理分析
• 2.2.1 DSTATCOM 的基本拓扑结构
• 2.2.2 DSTATCOM 的工作原理
• 2.3 DSTATCOM 的数学模型
• 2.3.1 DSTATCOM 在时域下的数学模型
• 2.3.2 DSTATCOM 在 dq0 坐标系下的数学模型
• 2.3.3 DSTATCOM 在复频域下的数学模型
• 2.4 DSTATCOM 的稳态特性
• 2.4.1 DSTATCOM 的稳定性
• 2.4.2 DSTATCOM 稳态下的电流和电压
• 2.4.3 DSTATCOM 稳态下的有功功率和无功功率
• 2.5 本章小结
• 第3章 DSTATCOM 的启动方式研究
• 3.1 引言
• 3.2 DSTATCOM 启动的数学模型仿真
• 3.2.1 自励启动
• 3.2.2 半自励启动
• 3.2.3 他励启动
• 3.3 DSTATCOM 启动的物理模型仿真
• 3.3.1 仿真结果
• 3.3.2 数学模型和物理模型的仿真结果比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 DSTATCOM 的控制方法和控制系统
• 4.1 引言
• 4.2 DSTATCOM 的控制方法
• 4.2.1 DSTATCOM 的基本控制策略
• 4.2.2 静止坐标系下DSTATCOM 的无差拍控制
• 4.3 DSTATCOM 的控制系统设计
• 4.3.1 有功和无功电流检测
• 4.3.2 参考电流的选取
• 4.3.3 输出电压的调制
• 4.3.4 DSTATCOM 的控制系统
• 4.4 DSTATCOM 的仿真分析
• 4.4.1 补偿效果分析
• 4.4.2 动态性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 DSTATCOM 的参数设计和实验
• 5.1 引言
• 5.2 DSTATCOM 的参数设计
• 5.2.1 主电路IGBT 的设计
• 5.2.2 直流侧电容器的设计
• 5.2.3 连接电抗器的设计
• 5.3 采样电路的设计
• 5.3.1 同步采样电路的设计
• 5.3.2 电压采样电路的设计
• 5.3.3 电流采样电路的设计
• 5.4 DSTATCOM 控制系统的软件设计
• 5.4.1 主程序设计
• 5.4.2 PWM 发生子程序和保护子程序的设计
• 5.5 实验结果分析
• 5.5.1 容性无功功率补偿
• 5.5.2 感性无功功率补偿
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢