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静止同步补偿器控制技术研究

作　者: 许传明
导　师: 张晓华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 静止同步补偿器非最小相位无源性非线性控制反馈线性化
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着社会的进步,大规模电网和远距离输电在满足人们对电能需求的同时,也带来线路安全运行、电压稳定等问题。而电网线路的电压稳定性与电网线路中的无功功率直接相关。静止同步补偿器(Static Synchronous Compen-sator——STATCOM)作为柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System——FACTS)主要组成设备之一,在提高电网线路中无功功率的可控度方面发挥重要作用,从而实现电网电压的稳定控制。其也因相对于传统无功功率补偿设备具有动态调节速度快、谐波污染小、运行范围宽等优点,受到了国内外研究学者的广泛关注和研究。本文分别基于基尔霍夫电压、电流定律和拉格朗日方程对静止同步补偿器系统进行了数学建模,得到静止坐标系下数学模型,并将该数学模型经过同步旋转变换得到同步旋转坐标系下的数学模型。本文对静止同步补偿器模型进行小信号分析,理论上证明系统直流侧电压对控制输入具有非最小相位特性。因此,本文对直流电压稳定控制选用间接电压控制方案,设计了双闭环控制结构;同时依据无源性定理,对模型进行无源特性分析,并利用该特性对其进行相应的控制器设计。根据该系统数学模型所体现出的变量耦合、非线性等特点,结合其非最小相位特性、无源特性,本文设计了两种控制策略。其一,基于反馈线性化解耦控制方法,在同步旋转坐标系下,对其进行控制结构和控制器设计;其二,利用系统的无源性,结合滑模变结构控制方法,对该系统进行控制器设计。利用Matlab/SimPower工具箱对其进行系统仿真验证,并对控制效果进行了比较分析。结果表明,两种控制策略均对系统实现了有效的控制,补偿了线路中无功功率。最后,本文设计了一台静止同步补偿器实验装置,以便验证控制策略在实际系统中的应用效果。实物实验表明,本文所设计的非线性控制策略在实验平台上实现了对静止同步补偿器的控制,同时体现出静止同步补偿器动态响应快、谐波污染小等优点。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题背景  9-12
  1.2 国内外研究现状及分析  12-19
    1.2.1 静止同步补偿器发展历程与应用现状  12-15
    1.2.2 静止同步补偿器控制理论的研究现状  15-17
    1.2.3 调制算法研究现状  17-19
  1.3 课题主要研究内容  19-20
第2章静止同步补偿器的建模  20-37
  2.1 静止同步补偿器工作原理  20-21
  2.2 基于基尔霍夫定律的静止同步补偿器建模  21-26
  2.3 基于动力学的拉格朗日方程建模  26-31
    2.3.1 拉格朗日方程建模  26-28
    2.3.2 静止同步补偿器的拉格朗日方程建模  28-31
  2.4 同步旋转坐标系下的数学模型  31-34
  2.5 模型验证  34-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章静止同步补偿器的特性分析  37-48
  3.1 非最小相位特性分析  37-43
    3.1.1 非最小相位特性  37-38
    3.1.2 静止同步补偿器的非最小相位特性  38-42
    3.1.3 非最小相位特性与控制系统结构  42-43
  3.2 无源特性分析  43-47
    3.2.1 无源性系统  43-45
    3.2.2 静止同步补偿器的无源特性分析  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第4章静止同步补偿器的非线性控制  48-74
  4.1 瞬时无功电流的检测方法  48-50
  4.2 基于反馈线性化解耦的静止同步补偿器控制  50-61
    4.2.1 控制系统设计  50-56
    4.2.2 仿真实验  56-61
  4.3 基于无源特性的静止同步补偿器控制  61-72
    4.3.1 控制系统设计  61-69
    4.3.2 仿真实验  69-72
  4.4 控制策略比较分析  72-73
  4.5 本章小结  73-74
第5章静止同步补偿器实物装置设计及实验  74-86
  5.1 静止同步补偿器硬件系统设计  74-80
  5.2 静止同步补偿器软件系统设计  80-82
  5.3 静止同步补偿器实物实验  82-85
    5.3.1 实物实验及结果  83-84
    5.3.2 实验分析  84-85
  5.4 本章小结  85-86
结论  86-87
参考文献  87-92
附录  92-97
攻读学位期间发表的学术论文  97-99
致谢  99

静止同步补偿器控制技术研究

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