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D-STATCOM智能控制策略的研究

作　者: 刘义亭
导　师: 文小玲
学　校: 武汉工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 配电网静止同步补偿装置 无功补偿 直接电压控制 特定谐波消除
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


人类社会已经进入高度电气化时代,工业、农业、国防以及人们日常生活都与电能息息相关。随着用电负荷量及其种类的增多,一些大规模具有冲击性和波动性的负荷也接入了电网,造成电网电压波动、闪变以及电网电压不平衡,严重时可能造成电网崩溃,给供电系统和电力用户带来巨大的经济损失。因此如何提高电能质量,提供电网所需无功成为保障电力系统稳定运行的重要研究内容。配电网静止同步补偿装置(D-STATCOM)是近年来针对冲击性负荷增多而飞速发展起来,用于中低压配电网动态无功补偿的装置。本文首先介绍了D-STATCOM的系统组成、主电路结构和基本工作原理,然后根据功率平衡原理详细分析了电网电压平衡时D-STATCOM的直接电压控制策略,并针对D-STATCOM的复杂工况和需快速响应的特点,将模糊PI控制器引入该装置。接着讨论了电网电压不平衡给D-STATCOM输出造成的影响,从理论上分析了采用改进开关函数法和负序前馈控制对D-STATCOM输出带来的改进,综合分析了电网电压不平衡时D-STATCOM的正负序双环叠加控制策略。最后介绍了两电平、三电平SPWM、SVPWM、SHEPWM的调制原理,比较了三者的优缺点,并针对SHEPWM详细讨论了其实现方法。在理论分析的基础上,本文也通过仿真分析验证了在电网电压平衡时,基于直接电压控制的D-STATCOM可以很好地补偿无功,维持电网电压恒定。采用模糊PI控制器后,装置的调节速度大为提高。在电网电压不平衡时,采用正负序双环叠加控制策略的D-STATCCOM能够有效补偿无功,并使三相电网电压平衡。将SHEPWM运用于D-STATCOM后,装置输出电压中谐波含量大大降低,性能得到进一步提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景及意义  10
  1.2 无功功率基本概念及其补偿意义  10-12
    1.2.1 电力系统中无功功率的概念  10-11
    1.2.2 无功功率对电力系统的影响  11-12
    1.2.3 无功补偿的意义  12
  1.3 STATCOM 装置研究现状  12-13
  1.4 D-STATCOM 控制方法  13-14
  1.5 PWM 控制技术  14-16
    1.5.1 正弦载波PWM  15
    1.5.2 空间矢量PWM  15-16
    1.5.3 特定谐波消除PWM  16
  1.6 论文的主要工作  16-18
第2章 D-STATCOM 的工作原理及其数学模型  18-28
  2.1 D-STATCOM 主电路结构  18-21
    2.1.1 两电平电压源型逆变器拓扑结构  19
    2.1.2 二极管中点箝位型三电平逆变器拓扑结构  19-21
  2.2 D-STATCOM 的基本工作原理  21-23
  2.3 D-STATCOM 的数学模型  23-26
  2.4 本章小结  26-28
第3章 D-STATCOM 的直接电压控制策略  28-38
  3.1 D-STATCOM 补偿电压基本原理  28-30
  3.2 D-STATCOM 直接电压控制方法  30-33
  3.3 D-STATCOM 的模糊PI 控制  33-36
    3.3.1 Fuzzy-PI 控制器的结构和原理  34-35
    3.3.2 Fuzzy-PI 控制器的设计  35-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章 电网电压不平衡条件下D-STATCOM 的控制策略  38-52
  4.1 电网电压不平衡对D-STATCOM 输出性能的影响  38-42
    4.1.1 电网电压不平衡对D-STATCOM 输出电压的影响  38-40
    4.1.2 电网电压不平衡对D-STATCOM 输出电流的影响  40-42
  4.2 电网电压不平衡时D-STATCOM 的控制方法  42-49
    4.2.1 增大直流侧电容值抑制三次谐波电流  42-44
    4.2.2 改进开关函数法  44-45
    4.2.3 负序电压前馈控制策略  45-46
    4.2.4 负序电压检测方法  46-48
    4.2.5 负序电压前馈控制在D-STATCOM 中的运用  48-49
  4.3 正、负序双环叠加控制策略  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 D-STATCOM 的PWM 控制方法  52-84
  5.1 两电平逆变器的PWM 控制方法  52-57
    5.1.1 两电平SPWM 原理  52-53
    5.1.2 两电平SVPWM 原理  53-55
    5.1.3 两电平SHEPWM 原理  55-57
  5.2 三电平逆变器的PWM 控制方法  57-66
    5.2.1 三电平SPWM 原理  57-59
    5.2.2 三电平SVPWM 原理  59-65
    5.2.3 三电平SHEPWM 原理  65-66
  5.3 SHEPWM 在MATLAB/SIMULINK 中的实现  66-80
    5.3.1 非线性方程组求解  66-72
    5.3.2 非线性方程组的初值选取  72-78
    5.3.3 SHEPWM 在MATLAB/SIMULINK 中的实现  78-80
  5.4 仿真结果分析  80-82
  5.5 本章小结  82-84
第6章 D-STATCOM 系统仿真分析  84-122
  6.1 两电平D-STATCOM 系统仿真分析  84-101
    6.1.1 常规PI 控制的两电平D-STATCOM  85-93
    6.1.2 模糊PI 控制的两电平D-STATCOM  93-101
  6.2 三电平D-STATCOM 系统仿真分析  101-119
    6.2.1 常规PI 控制的三电平D-STATCOM  101-111
    6.2.2 模糊PI 控制的三电平D-STATCOM  111-119
  6.3 正负序双环叠加控制策略仿真分析  119-122
总结与展望  122-124
参考文献  124-132
攻读硕士期间已发表的论文  132-134
附录  134-138
致谢  138

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化
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