基于调谐滤波器与D-STATCOM的谐波无功补偿技术研究

摘要

配电网中新型用电设备的快速发展和广泛使用给电力系统带来了不可避免的电能质量问题，主要包括谐波污染、功率因数低、三相不平衡、电压波动等，直接影响电力系统用电设备的安全、稳定和经济运行。电网谐波治理以安装滤波器为主，相比于有源滤波器，无源滤波器(PF)仍是用于谐波治理的主要设备。配电网静止同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator，D-STATCOM)不仅可以提高电网功率因数，而且可以解决三相不平衡的电能质量问题，这主要是因为补偿无功和不平衡是它的基本功能。针对配电网中谐波污染、功率因数低、三相不平衡问题，可以运用无源滤波器和静止同步补偿器并联运行的补偿方案，使电力系统电能质量问题得到较为全面的改善。
　　首先，根据传统无源滤波器的工作原理，分析了其受参数变化影响而失谐的原因，提出基于晶闸管控制的变压器型可调谐无源滤波器。利用其等效电路模型详细推导了触发控制角与该调谐滤波器参数L、C之间的数学关系，搭建了该可调谐无源滤波器的仿真模型并对其滤波与调谐性能进行仿真，证实了所提基于晶闸管控制的变压器型可调谐无源滤波器调谐性能的有效性。
　　其次，本文选择D-STATCOM对电力系统无功以及不平衡问题进行补偿。介绍了D-STATCOM的拓扑结构及优点，然而能否准确检测到电网所需补偿电流的指令信息成为D-STATCOM能否高效运行的关键。在电网电压畸变或不平衡时，传统的ip-iq指令电流检测法因不能准确检测到电网电压基波正序分量而出现检测误差，进而影响补偿指令电流检测的准确性，使设备补偿效果大打折扣。因此提出了一种改进的ip-iq补偿指令电流检测法，该方法可以消除电网在非理想情况下的检测误差，从而可以准确地检测补偿指令电流，并通过仿真验证了该检测方法的准确性。
　　最后，理论分析说明无源滤波器与D-STATCOM并联运行的特点和优势，并应用于工程实例中。结果表明，当可变负荷谐波含量增大时D-STATCOM单独运行的滤波效果很不理想，此时在负荷侧再加装无源滤波器，可使谐波含量大大降低。因此验证了无源滤波器和D-STATCOM并联运行进行补偿的正确性及可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 常见电能质量的问题及危害

1．3 谐波治理与无功补偿的国内外研究现状

1．3．1 谐波治理的研究现状

1．3．2 无功补偿的研究现状

1．4 主要研究内容

2 可调谐无源滤波器的设计

2．1 传统单调谐无源滤波器的工作原理

2．2 TGR型可控无源滤波器工作原理

2．3 基于晶闸管可控的变压器型滤波器原理

2．3．1 电抗器的等效电感Leq与晶闸管触发角α的关系

2．3．2 电容器变化量△C与晶闸管触发角α的关系

2．3．3 等效电感增量△LTr与晶闸管触发角α的关系

2．4 变压器型滤波器调谐性能仿真分析

2．5 小结

3 D-STATCOM的工作原理与指令电流的检测方法研究

3．1 D-STATCOM的工作原理

3．2 D-STATCOM的数学模型

3．3 D-STATCOM的补偿指令电流检测方法

3．3．1 传统的ip-iq补偿指令电流检测方法

3．3．2 改进的ip-iq补偿指令电流检测方法

3．4 D-STATCOM的补偿指令电流PWM跟踪控制

3．4．1 三角波比较法

3．4．2 定时比较法

3．4．3 滞环比较法

3．5 D-STATCOM系统主电路参数的选取

3．5．1 IGBT参数的计算

3．5．2 直流侧电容的计算

3．5．3 交流侧连接电抗器的计算

3．6 D-STATCOM仿真验证分析

3．6．1 改进的补偿指令电流检测法仿真模型的建立

3．6．2 指令电流检测法的仿真对比分析

3．7 小结

4 仿真实例

4．1 无源滤波器与D-STATCOM并联运行的系统模型

4．2 无源滤波器与D-STATCOM并联运行的仿真分析

4．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果