STATCOM在电网电压扰动抑制中的应用研究

摘要

本文以永磁直驱风力发电机并网电压幅值扰动抑制为研究背景，应用STATCOM进行风机并网公共连接点电压扰动控制策略研究。研究表明，受风速变化、定子侧并网变流器响应速度的影响，风电并网会导致网侧电压波动、闪变，影响电力系统的稳定性。因而亟需开发一种控制风机并网电压幅值摄动的可行技术，本文的研究工作正是基于这一出发点的，主要工作如下：
　　基于电压型STATCOM拓扑建模，分析其电压调节原理。根据负载工况及STATCOM的工作状态，应用向量图分析得到STATCOM的四种工作模态。通过并网电力系统建模及其电压电流基本方程推导，给出STATCOM主回路参数与系统静态工作点的关系并对其进行验证，所做工作可为STATCOM的主电路参数设计提供参考基础。
　　为满足风电场对STATCOM快速响应速度的迫切需求，设计基于前馈解耦的电压、电流双闭环控制系统，采用实时参数自整定PI控制器，使得控制系统在快速响应的前提下保持稳定。针对风场可能出现的剧烈电压扰动情况，设计以直流电压稳定为最高优先级的限幅保护策略，可有效地避免极端工况下STATCOM的输出无功振荡。通过建模仿真可验证所做工作的可行性与正确性。
　　通过STATCOM小信号建模求解其特征方程的近似解析解；应用解耦控制建立控制系统频域数学模型并对控制器响应特性进行定量分析，为控制器及主电路参数设计提供理论基础。进行STATCOM硬件响应时间、控制器响应时间以及数据基础延时时间定性分析，据此研究基于滑窗傅里叶理论的锁相环控制策略，通过减少数据处理时间而提高系统的响应速度。
　　在实验室搭建主回路理论功率为20kVA的STATCOM硬件平台，设计以DSP2812为核心的控制回路。使用电感负载变化制造电压扰动，验证STATCOM对此扰动抑制的跟随效果。实验结果表明，并网电压电流畸变率分别小于4％与8%，满足国家GB/T-14549-93标准要求；所设计STATCOM装置暂态响应时间小于10ms，满足风电PCC并网电压幅值抑制的工程要求。

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第1章 绪 论

1.1研究的目的与意义

1.2研究背景

1.3风电电压扰动抑制研究现状

1.4 STATCOM控制策略研究现状

1.5课题研究方案

第2章 STATCOM电压调节原理

2.1 STATCOM的拓扑结构分析

2.2 STATCOM电压调节原理分析

2.3 仿真结果

2.4 本章小结

第3章 STATCOM控制策略研究

3.1 STATCOM控制策略

3.2基于PI参数自整定的STATCOM控制策略

3.3 STATCOM限幅保护控制策略

3.4仿真结果

3.5本章小结

第4章 STATCOM稳定性及响应时间分析

4.1 STATCOM的硬件动态响应分析

4.2 STATCOM稳定性与性能分析

4.3 STATCOM数据处理方法

4.4 本章小结

第5章 STATCOM电网电压扰动抑制硬件系统设计

5.1 系统硬件平台整体结构

5.2 控制电路硬件设计

5.3主电路实验系统设计

5.4软件设计

5.5实验结果

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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