基于特征谐波消除的STATCOM电流优化方法研究

摘要

静止同步补偿器(STATCOM)作为一种快速可控的动态无功补偿装置,能够有效地补偿系统的无功功率,抑制电压波动和闪变,消除三相不平衡,改善电能质量。然而传统的电流直接控制方法容易受到开关器件的死区时间、直流侧波动和网侧电压谐波等因素影响,造成电流跟踪性能下降、并网电流畸变严重现象。因此,本文针对传统方法的不足,提出基于特征谐波消除的STATCOM电流优化控制方法,以优化其并网电流波形,提高装置的电流跟踪性能和运行稳定性。
　　在三相三线制对称系统下,本文首先对STATCOM进行数学建模,然后针对并网电流谐波的分布特点,提出了基于特征谐波消除的电流跟踪优化方法。该方法在传统的电流直接控制基础上增加了一个谐波补偿前馈环节,利用广义坐标变换的方法实现特征谐波分量的选择性检测,然后通过谐波注入的方式对PWM调制波进行重构,从而修正波形畸变,实现并网电流跟踪优化功能。为了进一步提高对特征谐波的补偿精度以及对电压畸变的适应能力,本文还设计了自适应的前馈增益调整方法,利用最小均方(LMS)算法提高对特征谐波的补偿精度,同时利用ADALINE网络的自学习能力提高STATCOM装置对电压畸变的适应能力。最后通过基于MATLAB\Simulink的时域仿真,证明了该优化方法的有效性。
　　在三相四线制不对称系统下,本文首先分析了STATCOM直流侧分裂电容电压失衡问题,提出了一种电容均压控制策略以实现直流侧中点电压平衡,使装置适应不对称负载的补偿需求。然后针对广义坐标变换的谐波检测方法不适用于三相四线制系统的缺点,设计了单相的自适应特征谐波检测算法,实现了不对称电流的特征谐波检测。最后将特征谐波消除方法应用于三相四线STATCOM,设计了基于特征谐波消除的不对称电流跟踪优化控制方法。MATLAB\Simulink的时域仿真证明了分裂电容均压、不对称补偿以及电流跟踪优化控制的有效性,进一步提高了三相四线STATCOM的补偿效果。
　　在此基础上,本文对STATCOM进行了实验和应用研究。首先构建了STATCOM装置的硬件平台,然后设计了基于浮点型DSP的主控制器程序。最后通过大量的实验以及工业现场测试,表明所研制的STATCOM对动态无功负载进行了有效跟踪和精确补偿,而本文提出的基于特征谐波消除的电流跟踪优化方法,能够有效降低STATCOM装置并网电流的畸变率,从而得到高质量的并网电流,进一步提高了装置的整体补偿效果。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 电力系统无功补偿的发展现状

1.3 STATCOM的工作原理及控制方法

1.4 当前研究存在的问题

1.5 本文的结构安排

第2章 特征谐波消除的三相三线STATCOM电流优化方法

2.1 三相三线STATCOM的系统模型

2.2 三相三线STATCOM的指令电流检测方法

2.3 特征谐波消除的电流跟踪优化方法

2.4 特征谐波前馈增益的自适应调整

2.5 基于Matlab/Simulink的时域仿真

2.6 本章小结

第3章 特征谐波消除的三相四线STATCOM电流优化方法

3.1 三相四线STATCOM的系统模型

3.2 三相四线不对称系统的指令电流检测方法

3.3 三相四线STATCOM分裂电容均压控制方法

3.4 特征谐波消除的不对称电流跟踪优化方法

3.5 基于MATLAB/SIMULINK的时域仿真

3.6 本章小结

第4章 STATCOM的实验和应用研究

4.1 STATCOM硬件平台构建

4.2 DSP主控程序设计

4.3 无功补偿实验研究

4.4 工业现场运行测试

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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