配电静止同步补偿器关键技术研究和装置的研制

论文摘要

人类社会已进入信息时代,要求作为信息基础的电力供应具有高可靠性和高动态品质。用户电力技术是电力系统研究的新领域,是未来提高配电网电能质量的有效手段。配电静止同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator, DSTATCOM)作为一种重要的并联型用户电力设备,在理论上能替代常规的电压和无功控制元件,具有功能强大、响应速度快等特点,是现阶段配电网无功补偿和电能质量控制的发展方向之一。论文立足于DSTATCOM实验平台的研制,对DSTATCOM用于负荷侧无功及负序电流补偿的控制策略、检测及控制方法等理论和关键技术进行了研究。论文首先结合DSTATCOM的单相等效电路,阐述了DSTATCOM补偿无功功率的基本原理。在此基础上,为实现DSTATCOM对负荷侧无功及负序电流动态补偿的目标,论文提出了分序控制方法,即把对负荷侧无功的补偿和对负序电流的补偿分开进行控制,其中正序控制环用来实现对负荷侧无功的补偿,负序控制环用来实现对负荷侧负序电流的补偿。为实现分序控制的目标,需准确检测出补偿信号,论文采用正序dq坐标变换将正序基波无功电流转换为正序dq坐标系中的直流分量;采用负序dq坐标变换将基波负序分量转换成负序dq坐标系中的两个直流分量。为验证分序控制方法的有效性,论文搭建起基于MATLAB6.5的DSTATCOM仿真模型进行了数字仿真。仿真结果表明基于分序控制方法的DSTATCOM装置能较好的实现对负荷侧无功及负序电流的动态补偿。在上述理论和技术的指导下,课题组成功开发了基于TMS320LF2407A型DSP控制器的±50kvar的DSTATCOM实验平台装置。论文对DSTATCOM实验平台的软、硬件设计进行了详细的介绍,并分析了其中一些重要参数、模块的设计原理。实验平台研制成功后,课题组在实验平台上进行了相关实验,实验结果表明上述理论和技术是可行的、有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 无功功率和功率因数的定义
• 1.2 配电网无功补偿的意义
• 1.3 配电网负序补偿的意义
• 1.4 配电网无功补偿器的发展
• 1.5 配电静止同步补偿器的研究现状
• 1.6 本文所做工作
• 第2章 配电静止同步补偿器理论及仿真研究
• 2.1 DSTATCOM 基本原理
• 2.2 DSTATCOM 控制方法研究
• 2.3 补偿信号检测方法
• 2.3.1 dq 坐标变换基础
• 2.3.2 负序dq 坐标变换
• 2.4 DSTATCOM 仿真研究
• 2.4.1 检测方法仿真
• 2.4.2 负荷侧无功动态补偿仿真
• 2.4.3 负荷侧负序电流补偿仿真
• 2.4.4 负荷侧无功和负序电流补偿仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 配电静止同步补偿器硬件设计
• 3.1 DSTATCOM 装置的总体构成
• 3.2 起动电路
• 3.3 主电力电子电路
• 3.3.1 直流电容设计
• 3.3.2 逆变电路设计
• 3.3.3 光隔板设计
• 3.3.4 滤波电路和耦合变压器设计
• 3.4 控制与保护子系统
• 3.4.1 控制与保护子系统总体构成
• 3.4.2 中央处理器模块
• 3.4.3 信号采集电路设计
• 3.4.4 硬件互锁延迟电路设计
• 3.4.5 同步信号捕获电路设计
• 3.4.6 PLL 硬件倍频电路
• 3.4.7 键盘和液晶电路
• 3.5 监测与诊断子系统
• 3.6 本章小结
• 第4章 配电静止同步补偿器软件设计及实验研究
• 4.1 DSTATCOM 装置软件的总体构成
• 4.2 控制与保护子系统软件设计
• 4.2.1 A/D 采样中断服务子程序流程
• 4.2.2 数据处理子程序
• 4.2.3 SPWM 脉宽调制子流程
• 4.3 DSTATCOM 实验研究
• 4.3.1 DSTATCOM 准备实验
• 4.3.2 DSTATCOM 装置并网实验
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间获得的研究成果
• 致谢