静止同步补偿器无功控制策略的研究

论文摘要

随着现代工业的发展,各种用电设备对电能质量的要求不断提高,并伴随柔性交流输电的需要,电能质量中的无功补偿已成为电力系统领域中的重要研究课题。静止同步补偿器是柔性交流输电系统的一个重要组成部分,它能够快速、有效地补偿系统中的无功功率,实现感性、容性无功功率的双向、连续调节,具有较好的调节特性。静止同步补偿器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,逐步成为电力电子领域的研究热点。论文针对静止同步补偿器的无功控制策略展开研究,完成的主要工作是采用相应的控制策略实现无功功率的快速补偿和特殊负荷的动态补偿。本文首先对静止同步补偿器产生的背景、国内外发展现状及发展趋势作了简要介绍,详细阐述了静止同步补偿器的工作原理、分类、工作特性以及其在改善电能质量中的具体应用。其次对基于瞬时无功功率理论的补偿电流检测方法进行了简单分析,指出其不足之处,采用了在旋转坐标系下将电网电压和电流进行坐标变换的无功检测方法,使其在电网电压不平衡且有畸变的条件下仍能够准确地检测出系统中的无功电流；并详细阐述了该无功检测方法的基本原理和理论基础,对其中使用的低通滤波器进行了研究,选择了二阶巴特沃斯低通滤波器。通过在仿真平台上对基于瞬时无功功率理论的ip-iq无功电流检测方法和基于旋转坐标系下将电网电压电流进行坐标变换的无功电流检测方法进行实验比较,可以验证后者无功电流检测方法的正确性和有效性。接着研究了静止同步补偿器的无功补偿控制策略,根据补偿电流信号的特点,探讨了可用于无功补偿的电流跟踪控制方法。针对无功功率补偿的快速性这一特点,分析研究了目前比较实用的两种电流跟踪控制方法,即电流滞环比较控制方法和三角波比较方法。针对这两种方法存在的不足,采用了预测电流控制策略,并详细分析了它的基本原理及特性,在此基础上,研究了实现其控制功能的算法,并设计了预测电流控制器。通过对静止同步补偿器补偿电流的三种不同控制方法对比分析可以得出,预测电流控制策略具有控制精度高,跟踪误差小,主电路开关频率恒定且控制系统容易实现等优点,适合静止同步补偿器的无功电流跟踪控制。最后借助MATLAB/Simulink环境,计算了静止同步补偿器主电路的参数,继而进行了仿真建模,并采用基于旋转坐标系下将电网电压和电流进行坐标变换的无功电流检测算法,将滞环电流控制模块、三角波比较控制模块和预测电流控制模块分别应用于该系统,完成了静止同步补偿器的仿真实验。通过对仿真结果的分析表明预测电流控制策略具有良好的无功补偿性能并具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 静止同步补偿器的国内外研究现状
• 1.2.2 静止同步补偿器电流检测技术的研究现状
• 1.2.3 静止同步补偿器控制器设计的研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 静止同步补偿器的工作机理
• 2.1 静止同步补偿器的工作原理
• 2.1.1 静止同步补偿器的等效电路
• 2.1.2 静止同步补偿器的基本工作原理
• 2.1.3 从能量流动角度分析静止同步补偿器的工作原理
• 2.2 静止同步补偿器在改善电能质量中的应用
• 2.3 静止同步补偿器的工作特性
• 2.3.1 电压-电流特性和电压-无功功率特性
• 2.3.2 损耗与无功输出特性
• 2.3.3 交换有功功率的能力
• 2.3.4 不平衡交流系统的运行
• 2.3.5 谐波特性
• 2.3.6 响应时间
• 3 静止同步补偿器无功电流检测方法的研究
• 3.1 无功电流检测方法综述
• 3.1.1 带通滤波器或陷波（带阻）滤波器
• 3.1.2 基于Fryze时域分析的有功电流分离法
• 3.1.3 自适应检测方法
• 3.1.4 基于傅里叶（Fourier）分析的谐波电流检测方法
• 3.1.5 基于小波变换的检测方法
• 3.1.6 基于神经网络的检测方法
• 3.1.7 基于瞬时无功功率理论的检测方法
• 3.2 基于瞬时无功功率理论的补偿电流检测方法
• 3.2.1 p-q检测方法
• p-i_q检测方法'>3.2.2 i_p-i_q检测方法
• p-i_q检测方法之间的比较'>3.2.3 p-q检测方法和i_p-i_q检测方法之间的比较
• 3.3 基于旋转坐标系下的无功电流检测方法
• 3.4 检测方法中低通滤波器的研究
• 3.4.1 检测方法中低通滤波器的选择
• 3.4.2 巴特沃斯低通滤波器的特性
• 3.5 仿真研究
• p-i_q检测方法仿真实验'>3.5.1 基于瞬时无功功率i_p-i_q检测方法仿真实验
• 3.5.2 基于旋转坐标系下的无功电流检测方法仿真实验
• 4 静止同步补偿器的控制策略
• 4.1 电流滞环瞬时比较控制
• 4.2 三角波比较控制
• 4.3 预测电流控制
• 5 静止同步补偿器的仿真研究
• 5.1 STATCOM的参数设计
• 5.2 STATCOM仿真模型的建立
• 5.3 预测电流控制策略的仿真结果分析
• 5.3.1 冲击负荷未并入时仿真结果分析
• 5.3.2 冲击负荷并入时仿真结果分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果