配电网静止同步补偿器补偿电网不平衡的控制策略研究

摘要

随着现代社会的发展，用户对电能质量要求越来越高，因此配电网中无功功率不足和不平衡等问题受到了广泛的关注。以提高用户侧电能质量为宗旨的用户电力技术(Custom Power或DFATCS)是一种将控制技术、电力电子技术和微处理技术等高新技术应用到配电系统中，以消除供电短时中断、电压波动和闪变及三相不平衡，补偿无功功率，减小谐波畸变，从而提高电能质量和供电可靠性的新型综合技术，是灵活交流输电系统(FACTS)向配电网的延伸。配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）作为用户电力技术的代表装置，与其他设备相比具有性价比高、功能强大、性能优良等优点，能综合补偿配电网中的无功功率和不平衡等电能质量问题，具有非常广阔的应用前景。D-STATCOM不平静工况下的控制策略一直是研究的重点和难点，鉴于链式结构D-STATCOM较其他结构的优越性，本文以链式D-STATCOM为对象，对其补偿不平衡负荷的控制策略进行深入详尽的研究。
　　首先，介绍了课题研究背景和意义，对D-STATCOM的国内外应用现状、主电路拓扑研究现状和控制策略研究现状作了简单介绍并比较了各种主电路拓扑和控制策略的优缺点。详细阐述了D-STATCOM的基本结构和基本工作原理，并利用正负序分离法和派克变换建立了不平衡工况下D-STATCOM的数学模型。
　　其次，系统地阐述了微分几何法和滑模变结构控制理论，为后文控制策略的设计奠定理论基础。介绍了现有的补偿电网不平衡的控制策略并指出了存在的问题，为了克服传统控制策略补偿不平衡的缺点，提出了基于输入输出反馈线性化的正负序积分滑模变结构控制策略。其基本思想为将整个配电系统和D-STATCOM分成正序模块和负序模块，在利用输入输出反馈线性化方法将二者线化解耦成伪线性系统的基础上采用积分滑模变结构控制理论构成对各种干扰都有较强鲁棒性的控制策略。正序控制环节和负序控制环节分别补偿无功功率和负序电流，因此该控制策略适用于平衡及不平衡工况，能综合提高电能质量。
　　最后，在PSCAD/EMTDC环境下搭建了仿真模型，在无干扰、只有内部干扰、只有外部干扰和内外部干扰同时存在的情况下进行仿真，验证所提控制策略的有效性和鲁棒性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的研究现状

1．2．1 D-STATCOM的国内外应用现状

1．2．2 D-STATCOM主电路拓扑的研究现状

1．2．3 D-STATCOM控制策略的研究现状

1．3 本文主要研究内容及章节安排

2 链式D-STATCOM的工作原理及数学模型

2．1 D-STATCOM的工作原理

2．1．1 D-STATCOM的基本结构

2．1．2 D-STATCOM的基本原理

2．2 链式D-STATCOM的数学模型

2．3 本章小结

3 微分几何法和滑模变结构控制理论

3．1 微分几何法

3．1．1 仿射非线性系统

3．1．2 李导数与李括号

3．1．3 非线性坐标变换与微分同胚

3．1．4 控制系统的相对阶

3．1．5 输入输出反馈线性化

3．1．6 内部动态子系统和零动态

3．2 滑模变结构控制理论

3．2．1 滑模变结构控制的背景

3．2．2 滑模变结构控制的定义及组成

3．2．3 滑模变结构控制的鲁棒性

3．2．4 抖振的削弱措施

3．3 本章小结

4 D-STATCOM补偿电网不平衡的控制策略设计

4．1 输入输出反馈线性化的实现

4．2 滑模变结构控制的实现

4．2．1 切换函数的选择

4．2．2 控制律的选择

4．3 本章小结

5 仿真验证与分析

5．1 无干扰情况下仿真

5．2 只有内部干扰情况下仿真

5．3 只有外部干扰情况下仿真

5．4 内外部干扰都存在情况下仿真

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历