链式STATCOM在系统电压不平衡环境下控制策略的研究

摘要

随着现代工业的飞速发展，具有非线性、冲击性和功率因数低等特点的用电设备越来越多地并入到电网中，电网电压不平衡现象普遍存在。若对STATCOM仅采取正常情况下的并网运行控制方法，电网电压的不平衡会给装置造成很多不利影响。本文以链式STATCOM为研究对象，重点对系统电压不平衡环境下装置应采取如何的控制策略进行研究，并通过仿真验证所提方法的正确性。
　　首先分析了STATCOM进行无功补偿的工作原理，建立了系统电压平衡环境下装置的数学模型，并在此数学模型的基础上，研究了链式STATCOM在系统平衡环境下的控制策略。文中还介绍了几种控制系统中电流指令值的检测方法，同时研究了CPS-SPWM调制方法的原理和实现，仿真验证了该调制方法应用在链式STATCOM装置中可以有效降低谐波含量。
　　其次介绍了应用在不平衡系统分析中的对称分量法和新型锁相环技术，为得到三相不平衡电流、电压的正序负序分量又研究了相序分离技术，并通过仿真验证了利用二次谐波滤除法可以得到很好的相序分离结果。文中对系统电压不平衡环境下装置可能出现的过流现象进行了理论分析，并基于相序分离技术提出了一种负序电压前馈的控制策略。理论分析和仿真结果验证了负序电压前馈控制策略可以有效提高装置三相输出电流的对称度，并减小电流幅值，有效抑制装置因系统电压不平衡出现过流问题退出工作。
　　为实现对系统无功和负序分量进行完全补偿、提高系统功率因数，本文又提出了一种双序电流环的控制策略。首先对负载电流进行正负序分离，根据数学模型的推导可知在独立的正序、负序电流环中通过PI调节器的输出经过状态解耦控制就能得到装置输出电压的指令值，再和电网电压共同作用最终实现对负载电流中无功和负序分量的跟踪补偿，此时系统只提供有功功率，电网电压和电流同相位，维持了单位功率因数。理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 STATCOM的研究现状和动向

1．2．1 主电路的拓扑结构

1．2．2 指令电流的检测方法

1．2．3 控制策略的研究

1．3 课题研究内容

2 链式STATCOM基本原理及CPS-SPWM技术

2．1 基本电路结构

2．2 工作原理及模型

2．2．1 无功补偿工作原理

2．2．2 STATCOM数学模型

2．3 无功电流检测方法

2．3．1 p-q检测方法

2．3．2 ip-iq检测方法

2．3．3 基于dq变换的检测方法

2．4 CPS-SPWM的调制方法

2．4．1 双极性PWM和单极倍频PWM调制原理

2．4．2 双极性载波相移PWM方法

2．4．3 单极倍频载波相移PWM方法

2．4．4 仿真分析

3 系统不平衡的分析方法和新型锁相环技术

3．1 不平衡系统

3．1．1 系统不平衡产生的原因

3．1．2 系统不平衡的危害

3．2 系统不平衡时的分析方法

3．2．1 对称分量法

3．2．2 正序负序分离法

3．3 系统不平衡时负序分量的数学模型

3．4 系统不平衡时的锁相环技术

3．4．1 新型锁相环的结构和原理

3．4．2 仿真分析

4 系统不平衡时STATCOM的控制策略

4．1 系统平衡时的控制方法

4．1．1 电压外环控制

4．1．2 电流内环控制

4．1．3 控制系统框图

4．2 系统不平衡时限制装置过流的控制策略

4．2．1 电网电压不平衡环境下STATCOM的过流分析

4．2．2 负序电压检测环节

4．2．3 负序电压前馈控制系统框图

4．3 系统不平衡时补偿无功和负序的控制策略

4．3．1 基本原理

4．3．2 基于dq变换正负序电流检测

4．3．3 双序电流环控制系统框图

5 电路参数设计及仿真结果分析

5．1 电路参数设计

5．2 仿真研究及结果分析

5．2．1 基于CPS-SPWM链式STATCOM输出波形仿真分析

5．2．2 负序电压前馈控制策略的仿真分析

5．2．3 双序电流环控制策略的仿真分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历

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