链式STATCOM控制策略研究

摘要

随着科学技术的发展，电网中非线性、不平衡、冲击性负载的使用带来了大量的电能质量问题。这其中，无功功率问题最为突出，学者们对无功功率问题十分重视。静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)作为先进的无功补偿装置，可以实时补偿电网系统中的无功功率，保障电力系统的安全稳定。链式结构的STATCOM因为诸多优点，在供电系统中被广泛应用。本论文针对链式STATCOM系统进行分析研究。
　　论文主要研究分析链式STATCOM的几个关键技术，包括无功检测方法、调制策略、电流控制策略、直流电压控制等。
　　论文首先分析了几种多电平逆变器拓扑结构，阐述选择H桥级联式（即链式）结构作为STATCOM主电路拓扑的原因。对链式STATCOM以及H桥模块的工作原理进行研究分析。对链式STATCOM系统数学建模，得到其数学模型。
　　接着通过对瞬时无功理论的分析，论文研究了基于此理论的两种三相电路无功电流实时检测方法:p-q法和ip-iq法。选择ip-iq法，并改善了灵敏度与检测精度。然后分析了适用于链式STATCOM的调制策略——载波移相调制策略(CPS-PWM)。
　　随后，论文构建了双闭环控制系统来控制STATCOM的输出电流与直流侧电压。其中，双闭环内环是电流控制环，外环是电压控制环。论文分析比较了比例积分控制与重复控制，对重复控制进行改进，并采用基于比例积分控制与改进重复控制的并联结构复合控制器来控制输出电流。直流侧电压控制外环采用比例积分控制。
　　最后，论文通过软件仿真检验了系统控制策略的可行性。并在实验操作平台上进行实验，实验结果表明本文所设计的STATCOM装置可以取得优秀的补偿效果，本文所提控制策略的合理性及可行性得到了验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 无功功率的危害

1．1．2 无功补偿的意义

1．2 无功补偿装置的发展概述

1．3 STATCOM国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 链式STATCOM工作原理与数学模型

2．1 STATCOM主电路拓扑结构

2．2 STATCOM的基本工作原理

2．3 H桥功率单元工作原理

2．4 星型接法

2．5 STATCOM的数学建模

2．5．1 三相静止坐标系下的模型

2．5．2 两相静止坐标系下的模型

2．5．3 同步旋转坐标系下的模型

2．6 本章小结

第三章 无功检测方法与调制策略

3．1 三相电路瞬时无功功率理论

3．2 基于瞬时无功功率理论的检测方法

3．2．1 p-q法

3．2．2 ip-iq法

3．3 无功检测方法的优化

3．4 调制策略分析

3．5 本章小结

第四章 链式STATCOM控制策略

4．1 STATCOM电流的直接控制

4．1．1 基于PI控制的指令电流跟踪控制策略

4．1．2 基于重复控制的指令电流跟踪控制策略

4．1．3 基于复合控制的指令电流跟踪控制策略

4．2 STATCOM直流侧电压控制

4．2．1 直流侧电压不平衡原因

4．2．2 直流侧电压均衡控制

4．3 本章小结

第五章 链式STATCOM系统仿真与实验分析

5．1 链式STATCOM系统仿真模型的建立

5．1．1 电源及负载模块

5．1．2 电流检测模块

5．1．3 电流控制模块

5．1．4 PWM生成模块

5．1．5 直流侧电压控制模块

5．1．6 STATCOM主电路模块

5．2 仿真结果分析

5．3 实验系统整体设计

5．4 实验结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文