基于改进补偿指令电流检测方法的STATCOM的设计与研究

摘要

无功功率在电气技术领域是一个必不可少的重要物理量。近年来,随着我国电力工业的不断发展,对电网无功功率的要求也日益严格。静止无功发生器(STATCOM)是柔性交流输电系统中的一种新型设备,可以完成对电网无功功率动态补偿的功能,即对电网发出感性或容性无功。相比于传统无功补偿装置,STATCOM有着更好的工作性能,如工作范围宽,响应速度快等优点。因此正得到越来越广泛的应用。
　　 本文首先介绍了无功补偿装置发展情况以及STATCOM的国内外研究现状,介绍了STATCOM的工作原理,并对其控制方法进行了详细的分析。
　　 其次,基于瞬时无功功率理论,分析了传统的无功及谐波指令电流检测方法。而后,在此基础上提出了改进的电流检测方法,通过理论分析,证明采用无锁相环环节可以减少电网频率畸变对电流检测的影响；在低通滤波器后加入PI调节可以提高检测结果的精度；在电流反馈环节中加入PD调节可以减少当负载突变时,低通滤波器的固有延迟,起到补偿延迟的作用；基于上述理论,建立了两种检测方法的MATLAB仿真模型,通过仿真将两种检测方法检测到的波形结果进行了分析对比,证明了改进算法对检测STATCOM补偿指令电流的可行性和优越性。
　　 随后,对STATCOM的硬件电路进行了详细的说明,分析了器件参数选择的方法并给出了系统各部分的电路原理图。设计了基于DSP28335的数字控制系统,对STATCOM的软件结构进行了分析,并列出了流程图。
　　 最后,利用MATLAB软件搭建了整个STATCOM系统仿真模型,采用直接电流控制算法进行仿真,对其中每个小模块进行了描述并给出模块框图。在实验室中,对设计好的STATCOM进行了模拟实验,实验结果证明了STATCOM具有良好的补偿效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 无功补偿的作用和发展概况

1.2.1 无功补偿的作用

1.2.2 无功补偿的发展趋势

1.3 STATCOM优点及国内外研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 STATCOM的基本原理和控制方式

2.1 STATCOM的主电路结构

2.2 STATCOM的工作原理

2.3 STATCOM的控制方法

2.3.1 电流间接控制

2.3.2 电流直接控制

2.3.3 其它控制方法简介

2.4 本章小结

第三章 无功和谐波电流检测算法

3.1 基于瞬时无功功率理论的补偿指令电流检测方法

3.1.1 基于p-q理论的补偿指令电流检测方法

3.1.2 基于传统ip-iq理论的补偿指令电流检测方法

3.2 基于ip-iq理论的改进补偿指令电流检测方法

3.2.1 无锁相环PLL

3.2.2 低通滤波器之后加入PI调节器

3.2.3 比例微分环节(PD)作为负反馈

3.3 仿真结果分析

3.3.1 传统ip-iq补偿指令电流检测方法仿真

3.3.2 改进ip-iq补偿指令电流检测方法仿真

3.3.3 仿真分析对比说明

3.4 本章小结

第四章 装置总体结构和主电路设计

4.1 主电路的设计和参数的选择

4.1.1 主电路中IGBT的选择

4.1.2 连接滤波电抗的选择

4.1.3 直流侧电容器的选取

4.2 主控制器及硬件电路设计

4.2.1 DSP的选择

4.2.2 信号调理板的设计

4.3 系统的软件设计

4.3.1 系统主程序

4.3.2 AD采样中断服务程序

4.3.3 过零中断服务程序

4.3.4 故障保护中断

4.4 本章小结

第五章 STATCOM的仿真及实验研究

5.1 MATLAB简介

5.2 STATCOM系统仿真研究

5.2.1 系统仿真模型的建立

5.2.2 直接电流控制系统仿真

5.3 STATCOM实验结果和波形

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本课题的主要研究成果

6.2 需要进一步研究的工作

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及参加科研项目