基于改进FBD算法三相四桥臂D-STATCOM无源控制的研究

摘要

三相四桥臂低压配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）是一种能够综合有效解决三相四线制低压配电网中三相不平衡、谐波电流污染、低功率因数等电能质量问题的有源综合补偿装置。D-STATCOM能够实现理想补偿功能的关键是参考指令电流的检测与输出电流跟踪控制环节。
　　本课题针对传统电流检测算法的实时性、动态性能差的特点，在传统Fryze-Bucholz-Dpenbrock(FBD)功率电流法的基础上进行了改进设计。为改变传统检测过程中由于锁相环（PLL）检测误差与模拟低通滤波器带来的固有延时问题。采用对称分量法提取基准电压的方法避免三相电压畸变或不平衡时给锁相环检测带来误差，并且使用级联一阶惯性滤波器替代了模拟低通滤波器。并通过MATLAB仿真验证了改进FBD算法明显的减小了固有延时现象。
　　针对D-STATCOM非线性、变结构的特点进行了abc静止坐标系下及dq0坐标系下数学建模，在系统欧拉-拉格朗日（EL）模型的基础上详细论证了D-STATCOM的严格无源性，为了加速系统的收敛性使用了能量成形与阻尼注入的方法（ESDI）设计了系统非线性无源控制器（PBC）。同时对比分析了经典比例积分（PI）控制器、改进准比例谐振（PR）控制器与论文采用的无源性理论控制器（PBC）下电流补偿结果。从仿真实验结果分析得出传统PI控制器补偿效果差及PR控制器参数繁多不易整定的缺点，采用PBC非线性控制理论能够快速准确地跟踪参考指令电流，补偿后的三相电流波形理想，三相不平衡度明显减小，控制器参数易于整定，在非线性系统领域值得推广与深入研究，在实际工程应用中值得参考应用。
　　最后搭建了50KVA的三相四桥臂D-STATCOM的硬件实验平台，做了主电路元器件参数选型、各模块硬件电路板的设计以及后期系统软件程序设计。谐波抑制实验研究进行PBC控制器与PI控制器下补偿后的电流结果对比分析，结果表明PBC控制算法能够较好的实现装置的谐波抑制功能。在结尾对论文做了概述性总结并对课题后续研究内容进行了阐述。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 D-STATCOM的发展现状

1.3 论文的工作内容

第二章 FBD参考指令电流检测算法的改进

2.1 谐波抑制及无功补偿的原理

2.2 FBD电流检测算法的改进

2.3 本章小结

第三章 三相四桥臂D-STATCOM的无源控制

3.1 常用的直接电流控制算法

3.2三相四桥臂D-STATCOM数学模型的建立

3.3系统无源性控制算法的分析

3.4 D-STATCOM直流侧电容电压的控制

3.5 PBC控制算法的仿真分析

3.6 本章小结

第四章 硬件实验平台的搭建与实验分析

4.1 D-STATCOM装置硬件电路的设计

4.2 样机的主要电路板

4.3 DSP软件控制系统的设计

4.4实验样机的实验结果分析

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

5.1 本课题论文工作总结

5.2 后续工作内容的展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间的学术成果