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基于特征谐波消除的STATCOM电流优化方法研究

作　者: 刘景晖
导　师: 郑益慧
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 静止同步补偿器特征谐波消除电流跟踪优化谐波检测自适应
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第1章绪论  16-30
  1.1 课题背景及研究意义  16-17
  1.2 电力系统无功补偿的发展现状  17-20
    1.2.1 传统无功补偿技术  17
    1.2.2 先进无功补偿技术  17-20
  1.3 STATCOM 的工作原理及控制方法  20-26
    1.3.1 STATCOM 的工作原理  20-23
    1.3.2 STATCOM 的控制方法  23-26
  1.4 当前研究存在的问题  26-28
  1.5 本文的结构安排  28-30
第2章特征谐波消除的三相三线 STATCOM 电流优化方法  30-49
  2.1 三相三线 STATCOM 的系统模型  30-32
    2.1.1 三相三线 STATCOM 的拓扑结构  30-31
    2.1.2 三相三线 STATCOM 的控制对象  31-32
  2.2 三相三线 STATCOM 的指令电流检测方法  32-34
  2.3 特征谐波消除的电流跟踪优化方法  34-40
    2.3.1 传统的控制方法  34-35
    2.3.2 基于广义坐标变换的谐波检测  35-36
    2.3.3 特征谐波前馈补偿  36-40
  2.4 特征谐波前馈增益的自适应调整  40-44
    2.4.1 自适应线性滤波器模型  40-41
    2.4.2 最小均方算法  41-42
    2.4.3 自适应的前馈增益调整方法  42-44
  2.5 基于 Matlab/Simulink 的时域仿真  44-48
    2.5.1 电力电子开关死区、直流电压波动工况  45-47
    2.5.2 电网电压畸变工况  47-48
  2.6 本章小结  48-49
第3章特征谐波消除的三相四线 STATCOM 电流优化方法  49-72
  3.1 三相四线 STATCOM 的系统模型  49-51
    3.1.1 三相四线 STATCOM 的拓扑结构  49-50
    3.1.2 三相四线 STATCOM 的控制对象  50-51
  3.2 三相四线不对称系统的指令电流检测方法  51-53
  3.3 三相四线 STATCOM 分裂电容均压控制方法  53-58
    3.3.1 分裂电容工作模式分析  53-56
    3.3.2 基于零序电流的分裂电容均压控制  56-58
  3.4 特征谐波消除的不对称电流跟踪优化方法  58-63
    3.4.1 自适应单相谐波检测方法  58-60
    3.4.2 不对称的特征谐波前馈补偿  60-63
  3.5 基于 MATLAB/SIMULINK 的时域仿真  63-71
    3.5.1 分裂电容均压控制  63-64
    3.5.2 不对称负载补偿效果  64-66
    3.5.3 并网电流优化控制效果  66-71
  3.6 本章小结  71-72
第4章 STATCOM 的实验和应用研究  72-98
  4.1 STATCOM 硬件平台构建  72-78
    4.1.1 STATCOM 一次侧主电路  73-76
    4.1.2 STATCOM 二次侧控制系统  76-78
  4.2 DSP 主控程序设计  78-82
    4.2.1 主程序流程  78-80
    4.2.2 保护及故障处理  80-81
    4.2.3 电流优化算法  81-82
  4.3 无功补偿实验研究  82-95
    4.3.1 指令电流恒定模式  83-88
    4.3.2 电流优化方法实验研究  88-95
  4.4 工业现场运行测试  95-97
    4.4.1 补偿无功负载  95-96
    4.4.2 电流动态响应  96-97
  4.5 本章小结  97-98
第5章总结与展望  98-100
  5.1 总结  98-99
  5.2 展望  99-100
参考文献  100-104
致谢  104-105
攻读硕士学位期间已录用或发表的论文  105-106
攻读硕士学位期间参与的科研项目  106

基于特征谐波消除的STATCOM电流优化方法研究

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