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复合型电能质量调节器研究

作　者: 赵瑞斌
导　师: 邱宇峰；荆平
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电能质量 有源滤波器 静止无功补偿器 无功补偿 级联多电平变流器 小信号模型 直流电压平衡
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


有源滤波技术是现代电能质量治理技术的发展方向,对治理谐波污染和无功补偿具有广阔的应用前景。但是传统APF的高成本,大容量和高损耗的缺点制约它的广泛应用。因此,从拓扑结构和控制方法等方面入手,研究性能价格比高、损耗小的新型电力有源滤波器具有很高的理论和实用意义。本文将APF技术和STATCOM技术相结合,提出一种新的同时补偿系统谐波与无功的有源滤波拓扑结构——复合型电能质量调节器。该结构最大的特点是将APF部分跨接于STATCOM部分的基波连接电感两端,APF部分只对系统谐波进行补偿,STATCOM部分只补偿无功。复合型电能质量调节器带来的优点主要有：(1)由于APF部分跨接于基波连接电感两端,且APF支路只流通谐波电流,从电流和电压两方面降低了APF部分容量,使APF部分运行损耗降低；(2)由于STATCOM部分只补偿基波无功,其开关器件的工作频率可以大大降低,开关损耗也大幅度降低。可见复合型电能质量调节器结合了APF和STATCOM二者的优点,同时降低了装置的成本和损耗,具有较强的实用价值。文章详细介绍了复合型电能质量调节器的结构和工作原理,分析了谐波与无功解耦控制的原理。基于主电路的平均开关模型,建立了装置的小信号数学模型,推导出APF部分和STATCOM部分的精确传递函数。针对复合型电能质量调节器特点分别对APF部分和STATCOM部分的控制策略进行了研究。直流电压控制是APF部分稳定运行的前提,提出了控制APF部分输出的基频电流与基波连接电感压降同相位,以吸收能量来稳定直流侧电压的控制策略。STATCOM部分采用级联多电平变流器,电流控制策略采用dq旋转坐标系下的前馈解耦控制。直流侧电压容易出现不平衡是级联STATCOM的主要缺点,本文提出了分级控制的直流电压控制策略,从根本上解决了级联多电平变流器的直流侧电压稳定和不平衡问题。在小信号数学模型的基础上得到了APF部分和STATCOM部分控制系统的传递函数,进而对控制参数进行了设计。利用PSACD/EMTDC电磁暂态仿真程序对复合型电能质量调节器的主电路结构和控制策略进行了验证,实验结果证明了本文提出的主电路结构的可行性和控制策略的有效性。文章对复合型电能质量调节器的主电路参数设计方法进行了分析,指出经过良好的反馈控制设计装置交流侧连接电感对电流控制环的响应速度没有影响。提出的主电路参数设计方法具有一般性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9-13
    1.1.1 谐波的危害和无功的影响  10
    1.1.2 谐波治理和无功补偿的措施  10-13
  1.2 本文所做的工作  13-15
第二章 有源滤波与无功补偿技术研究现状  15-29
  2.1 引言  15
  2.2 APF的研究现状  15-22
    2.2.1 并联APF的拓扑结构  16-19
    2.2.2 APF的控制策略  19-22
    2.2.3 APF的国内外应用  22
  2.3 STATCOM的研究现状  22-27
    2.3.1 STATCOM拓扑结构  23-25
    2.3.2 STATCOM的控制策略  25-26
    2.3.3 STATCOM国内外应用  26-27
  2.4 谐波与无功解耦补偿的必要性  27
  2.5 小结  27-29
第三章 复合型电能质量调节器结构与原理  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 复合型电能质量调节器主电路结构  29-31
    3.2.1 主电路结构  29-31
    3.2.2 该拓扑结构的优点  31
  3.3 复合型电能质量调节器工作原理  31-36
    3.3.1 APF部分工作原理  33-34
    3.3.2 STATCOM部分工作原理  34-36
  3.4 基于SRF的谐波与无功的实时检测  36-37
  3.5 PWM调制方法  37-39
    3.5.1 单极倍频SPWM  37-38
    3.5.2 载波移相SPWM  38-39
  3.6 小结  39-41
第四章 复合型电能质量调节器建模  41-57
  4.1 引言  41
  4.2 复合型电能质量调节器的建模方法  41-45
    4.2.1 开关函数  42-43
    4.2.2 H桥变流器平均开关建模  43-45
  4.3 APF部分平均开关模型  45-47
  4.4. STATCOM部分开关模型  47-56
    4.4.1 开关函数模型  47-48
    4.4.2 平均开关模型  48-55
    4.4.3 模型简化  55-56
  4.5 小结  56-57
第五章 复合型电能质量调节器控制策略  57-80
  5.1 引言  57
  5.2 APF部分控制策略  57-60
    5.2.1 APF部分电流控制  57-58
    5.2.2 APF部分直流电压控制  58-60
  5.3 STATCOM部分控制策略  60-66
    5.3.1 STATCOM部分dq解耦控制  60-63
    5.3.2 电流控制环PI参数设计  63-65
    5.3.3 电压外环PI参数设计  65-66
  5.4 STATCOM部分直流侧电压分级控制  66-71
    5.4.1 总体直流电压控制  68
    5.4.2 分相直流电压控制  68-69
    5.4.3 H桥直流电压单独控制  69-71
  5.5 复合型电能质量调节器运行策略及仿真  71-78
    5.5.1 复合型电能质量调节器运行策略  71-72
    5.5.2 复合型电能质量调节器仿真  72-78
  5.6 小结  78-80
第六章 复合型电能质量调节器主电路参数设计  80-86
  6.1 引言  80
  6.2 APF部分与STATCOM部分主电路参数匹配  80
  6.3 交流侧连接电感对装置性能影响分析  80-81
  6.4 APF主电路设计  81-84
    6.4.1 谐波连接电感和直流电压的设计  81-83
    6.4.2 直流侧电容设计  83-84
  6.5 STATCOM主电路设计  84-85
    6.5.1 基波联接电感设计  84-85
    6.5.2 直流侧电容设计  85
  6.6 小结  85-86
第七章 结论与展望  86-89
  7.1 工作总结  86-87
  7.2 展望  87-89
致谢  89-90
参考文献  90-95
攻读硕士学位期间发表论文  95

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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 > 自动调整
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