配电网静止同步补偿器的实验研究

论文摘要

传统的无功补偿装置响应时间长、调节特性差，而且补偿容量受到装置自身容量的限制。而基于电力电子逆变技术的无功补偿装置STATCOM由于采用了GTO、IGBT等大功率全控型器件，因此能够更快速、更有效的补偿系统中的无功功率。本文论述了静止同步补偿器(STATCOM)及其进展，分析了电路结构和工作原理，通过数学推导得出了以配电系统无功电流补偿为主要目标的DSTATCOM的数学模型。考虑到容量大小与应用场合，本装置将采用直接电流控制策略。同时从能量的观点出发研究其动态过程，分析了装置在系统电网不平衡条件下DSTATCOM的运行情况。当系统电压不平衡时，流入DSTATCOM装置负序电流分量会在直流电容上产生倍频变化的电压，同时此倍频电压会在装置交流侧产生基波负序电压和三次正序电压。本文提出了两中能够有效抑制系统不平衡对装置产生有害影响的措施。第一种是适当增大DSTATCOM装置的直流侧电容和交流侧电感，能够有效抑制直流谐波电压和交流谐波电流。第二种是采用不平衡控制方法，利用装置本身产生负序电压的方法来抵消接入点的负序电压，以消除负序分量对装置的影响，同时纠正系统的不对称。针对上述的控制策略，本文采用电压空间矢量脉宽控制技术(SVPWM)，以TI公司的TMS320LF2407型DSP为控制核心，以集成IGBT的智能功率模块IPM为逆变桥，设计了±10kvar的DSTATCOM实验系统，包括控制器的软硬件设计，进行了实验研究。实验结果表明，在系统电压不平衡的条件下，基于上述控制方法的静止同步补偿器可以达到良好的补偿效果，验证了理论分析和控制策略的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 STATCOM装置的研究现状
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 本文主要工作
• 2 STATCOM装置工作原理和控制方法
• 2.1 STATCOM的工作原理
• 2.2 STATCOM的数学模型
• 2.3 STATCOM的控制方法
• 2.3.1 STATCOM的间接控制
• 2.3.2 电流直接控制
• 3 系统不平衡条件下DSTATCOM的运行分析与控制
• 3.1 系统不平衡产生的原因
• 3.2 系统不平衡对DSTATCOM装置的影响
• 3.3 主电路参数在不平衡系统控制中的设计
• 3.4 系统不平衡条件下DSTATCOM的控制
• 3.5 系统负序电压的检测
• 4 SVPWM调制原理及其在DSTATCOM装置的应用
• 4.1 空间电压矢量的概念
• 4.2 SVPWM原理
• 4.3 SVPWM在DSP中的实现
• 4.3.1 确定参考电压的扇区
• 4.3.2 计算开关作用时间
• 4.3.3 硬件实现SVPWM
• 4.3.4 软件实现SVPWM
• 5 DSTATCOM实验装置
• 5.1 实验装置的构成
• 5.1.1 主电路参数
• 5.1.2 控制器
• 5.1.3 保护系统
• 5.2 控制策略的实现
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 PWM中断子程序设计
• 5.2.3 电网频率的测量
• 5.2.4 软件设计中关键问题的处理
• 5.3 实验结果分析
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 论文发表情况