基于P-DPC理论的配电网静止同步无功补偿器控制研究

摘要

配电网静止同步无功补偿器（D-STATCOM）作为一种重要的“配网柔性交流输电（DFACTS）”装置，可以有效解决配电网中三相不对称、电压波动与闪变、谐波污染等电能质量问题。根据国家能源局最新颁布的《配电网建设改造行动计划（2015-2020年）》中设定的指导目标，到2020年综合电压合格率达到98.65％，线损率降到6%，相信配电网静止同步无功补偿器可以为实现这一目标发挥自己的光与热。论文以在中低压系统中广泛采用的中点箝位型三电平STATCOM作为研究对象，主要针对无功补偿电流检测、电网电压对称与不对称时的控制策略、三相不平衡负荷补偿控制等关键问题展开研究。
　　首先简单阐述了D-STATCOM装置的工作原理,并建立其等效数学模型。在此基础之上，介绍了 PI前馈解耦双闭环控制策略，与此同时，考虑到配电网电压的随机不对称性，分析了电网电压不对称对装置的不利影响和相应改进措施。尽管双闭环控制存在着诸多缺陷——动态解耦性能不理想、自适应性能差、PI参数难以整定，但丝毫不改变其正统的地位，笔者尝试着将预测直接功率控制（P-DPC）策略引入到D-STATCOM的控制研究中，在对P-DPC理论的背景介绍后，本文从以下四个方面展开叙述：模型参数自适应辨识、非理想条件下的谐波特性、不对称控制策略、三相不平衡负荷补偿。
　　在理论分析完毕后对装置的主要参数进行了设计，然后利用仿真工具搭建了仿真模型对理论进行一一验证，获得了良好的控制效果。为了进一步验证理论的正确性和优越性，利用实验室资源研制了以 TMS320F28335为核心处理器的D-STATCOM实验样机，给出了相关硬件电路图和软件流程图。经多次实验调试后给出了详细的实验结果波形，达到了预期效果。

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变量注释表

1 绪论

1.1课题研究背景及意义（Background and Significance）

1.2 D-STATCOM关键技术研究现状（Research Situation on Key Technology of D-STATCOM）

1.3论文的主要工作及创新点（The Main Work and Innovation）

2 三电平D-STATCOM工作原理及数学模型

2.1D-STATCOM工作原理（Operational Principle of D-STATCOM）

2.2D-STATCOM的数学模型（Mathematic Model of D-STATCOM）

2.3中点电位平衡调制策略（Neutral-point Potential Balancing Modulation Strategy）

2.4本章小结（Summary of This Chapter）

3 三电平D-STATCOM的控制策略研究

3.1D-STATCOM线性PI控制原理（Linear PI Control Strategy）

3.2电网电压不对称对D-STATCOM的影响分析（Influence of Unbalance Grid Voltage on D-STATCOM）

3.3负序和三次谐波电流的抑制方法（Negative Sequence and Harmonic Current Suppression）

3.4本章小结（Summary of This Chapter）

4基于P-DPC理论的三电平D-STATCOM控制原理4Control Principle of Three-level D-STATCOM Based on P-DPC

4.1预测直接功率控制的背景介绍和原理分析（Background and Principle Introduction of P-DPC Theory）

4.2电网电压不对称时的P-DPC控制策略（Predictive Direct Power Control of Three-level D-STATCOM under Unbalanced Power Grid）

4.3不对称电压条件下的负序电流补偿（Negative Sequence Current Compensation under Unbalanced Power Grid）

4.4D-STATCOM的主电路参数设计方法（The Main Circuit Parameter Design of D-STATCOM）

4.5仿真验证（Simulation and Verification）

4.6本章小结（Summary of This Chapter）

5 D-STATCOM实验样机的研制

5.1D-STATCOM实验样机系统构成（Configuration of experiment prototype）

5.2控制与保护系统（Control and protection system）

5.3实验结果分析（Experimental results）

5.4本章小结（Summary of this chapter）

6 结论

参考文献

作者简历

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