基于反馈线性化理论的DSTATCOM非线性控制策略研究

摘要

配电网电能质量问题正日益受到重视,配电系统静止同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator, DSTATCOM)作为一种重要的用户电力装置,能够综合的解决配电网电能质量问题,由于其补偿效果主要取决于控制系统的性能,DSTATCOM的控制策略成为国内外学者研究的热点。本文针对三相四线制三电平DSTATCOM,首先分析了各种适用于三相四线制系统的DSTATCOM主电路结构,确定本文采用中点引出式三桥臂三电平逆变器作为DSTATCOM主电路,分别在理想状况和非理想状况下分析了DSTATCOM基本工作原理。建立了在a-b-c坐标下和d-q-0坐标下DSTATCOM的状态空间模型。应用基于瞬时无功功率理论的三相四线制系统p-q-o无功电流检测法,以及基于参考电压分解的三维空间矢量(3-D SVM)调制策略,综合设计了DSTATCOM的PI控制器并使用PSCAD/EMTDC仿真软件对其控制效果进行验证,仿真结果反映了DSTATCOM的PI控制器的特点及存在的问题。系统分析了输入输出反馈线性化理论,确定DSTATCOM非线性控制策略：利用p-q-o检测法计算三相四线DSTATCOM的参考电流,根据反馈线性化控制技术得出参考电压矢量,利用3-D SVM调制法控制三电平NPC逆变器。通过仿真实验验证非线性控制策略的有效性。由于系统参数变化会造成误差,影响系统的动态响应降低补偿效果,通过配电系统负载突变对三相四线制三电平DSTATCOM非线性控制系统进行仿真研究,分析控制器动态响应及补偿效果。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 配电网电能质量

1.1.2 DSTATCOM发展现状

1.2 DSTATCOM研究现状

1.2.1 DSTATCOM主电路研究现状

1.2.2 DSTATCOM控制策略研究趋势

1.3 本论文的主要工作

2 DSTATCOM工作原理与状态空间模型研究

2.1 DSTATCOM主电路的选择

2.2 DSTATCOM基本工作原理

2.2.1 理想状况

2.2.2 非理想状况

2.3 DSTATCOM的状态空间模型

2.3.1 a-b-c坐标下的数学模型

2.3.2 d-q-0坐标下的数学模型

2.4 本章小结

3 DSTATCOM基于PI的控制策略研究

3.1 参考电流检测方法

3.1.1 瞬时无功功率理论

3.1.2 p-q检测法

3.1.3 i_p-i_q检测法

3.1.4 p-q-0检测法

3.2 三电平三维空间矢量(3-D SVM)调制原理

3.2.1 三相参考电压矢量的分解

3.2.2 两电平分矢量的合成

3.2.3 三电平参考矢量的合成

3.2.4 输出开关状态的选择

3.3 PI控制器设计

3.4 PI控制仿真研究

3.5 本章小结

4 DSTATCOM非线性控制策略研究

4.1 输入输出反馈精确线性化

4.1.1 基本设计原理

4.1.2 多输入多输出仿射非线性系统

4.2 三相四线制DSTATCOM非线性控制器设计

4.2.1 输入输出反馈精确线性化的应用

4.2.2 控制器设计

4.3 仿真分析

4.3.1 阻性负载

4.3.2 感性负载

4.3.3 非线性负载

4.4 三相四线制DSTATCOM适应负载突变的仿真研究

4.4.1 阻性负载突变为感性负载

4.4.2 感性负载突变为非线性负载

4.4.3 感性负载突变为容性负载

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 本论文的主要成果

5.2 进一步工作设想

致谢

参考文献

论文发表情况