配电网静止同步补偿器的改进无差拍控制研究

摘要

在电能质量问题越来越受关注的今天，电网的无功污染作为其中的重要组成部分已不容忽视。配电网静止同步补偿器（Distribution STATic synchronous COMpensator，D-STATCOM）是新一代无功补偿装置，能对配电网中的无功功率进行有效补偿，是无功补偿领域的发展趋势。而实际的配电网中，由于接入负载的变化，无功电流经常发生变动，因此如何保证电网中的无功功率快速得到补偿对维持电网线路安全可靠运行具有重要的现实意义。
　　本文针对快速补偿无功的目标，在分析了现有的控制策略基础上，基于三相两电平电压源型换流器拓扑结构的D-STATCOM系统，提出了一种改进的无差拍控制策略。首先，本文在两相静止坐标系下建立了D-STATCOM的数学模型，推导出其无差拍形式，并进行模型简化。在此基础上，设计了无差拍控制器作为电流内环，PI控制器作为外环的控制结构，并分析了电流环的稳定性，对无差拍控制器加以改进。由于采样、计算等数字系统固有的延时存在，对电网电压、指令补偿电流等变量做了提前两拍的预测，以实现真正的无差拍控制。
　　无差拍控制是一种基于系统模型的控制方法，对系统参数变化敏感。对此，本文采用加权递推最小二乘法对滤波电感参数进行在线辨识，以提高D-STATCOM无差拍控制系统的稳定性。同时，为了提高控制精度，本文设计了一种重复状态预测器对下一拍的补偿电流进行预测，并对整个电流环做了稳定性分析。鉴于重复控制方法容易受电网频率波动的影响，本文提出了一种改进的基于FIR数字滤波器的重复预测器，使其具备对电网频率波动的适应性。
　　在理论分析的基础上，本文运用Matlab/Simulink软件对所提出的控制策略进行了仿真分析。同时，借助实验室的dSPACE半实物实验平台进一步开展了实验验证。仿真和实验结果证明，采用本文提出的基于重复预测的无差拍控制策略的D-STATCOM装置能快速补偿负载无功，具有很好的稳态性能和动态性能。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2 STATCOM控制策略研究现状

1.3无差拍控制研究现状

1.4研究现状分析

1.5本文的主要研究内容

第2章 D-STATCOM系统建模

2.1 D-STATCOM工作原理

2.2 D-STATCOM数学建模

2.3两相静止坐标系下的数学模型

2.4 D-STATCOM的无差拍数学模型

2.5本章小结

第3章 D-STATCOM无差拍控制系统设计

3.1无差拍控制

3.2基于加权递推最小二乘的参数辨识

3.3 D-STATCOM系统无差拍控制模型

3.4 MATLAB仿真分析

3.5本章小结

第4章 频率自适应重复状态预测器设计

4.1重复状态预测器设计

4.2频率自适应FIR数字滤波器设计

4.3频率自适应重复状态预测器设计

4.4 MATLAB仿真实验

4.5本章小结

第5章 D-STATCOM半实物实验研究

5.1 D-STATCOM半实物实验平台构成

5.2 dSPACE半实物仿真实验流程

5.3 D-STATCOM系统静态补偿实验

5.4 D-STATCOM系统动态补偿实验

5.5本章小结

结论

参考文献

附录A dSPACE半实物平台实验装置图

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢