基于DSP的三相四线制不平衡负载下STATCOM补偿研究

摘要

随着科学技术的不断发展，人们在生产生活中对电能的使用程度越来越高。我国中低压配电网主要采用三相四线制系统供电。系统中出现的大量非线性负载及电力电子装置，为电网系统带来了谐波、不平衡等众多的电能质量问题，威胁着电网安全稳定可靠的运行。本文针对三相四线制系统带不平衡负载条件下的零序、负序电流和谐波的消除问题，研究并设计了三相四线制STATCOM装置来实现电能质量的提高。
　　本文首先介绍了三相四线制STATCOM的课题研究背景并简要阐述了课题的国内外研究现状。介绍了三相四线制STATCOM的工作及补偿原理，比较分析三相四线制STATCOM主电路的三种拓扑结构，选择了三相四桥臂的主电路结构应用于本文设计的补偿装置。详细分析了瞬时无功功率理论及基于该理论的p-q和ip-iq补偿电流检测算法，针对三相四线制系统特点采用了零序分离的方法进行补偿电流检测。直流侧大电容的电压采用PI调节的方法来维持稳定。为了消除补偿电流检测运算过程中的系统延时问题，本文提出了改进的外差值预测方法，使用该预测方法可有效消除系统延时提高补偿精度。分析比较了滞环控制方法和三角波比较法两种跟踪补偿电流的控制方法，结合这两种方法的优点，选用了变环宽的滞环控制方法来跟踪补偿电流指令信号，产生PWM控制脉冲。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了三相四线制STATCOM的仿真模型，通过仿真实验，对比补偿前后系统的变化，初步验证了设计的正确性。
　　最后以TI公司生产的DSP芯片TMS320F28335为控制核心，对三相四线制STATCOM系统进行了硬件系统与软件系统的设计，并搭建了实验平台进行补偿实验。通过实验结果的分析，充分验证了本文设计的三相四线制STATCOM能有效消除系统的谐波、零序和负序电流，对提高系统的电能质量有着十分积极的作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 STATCOM的国内外研究现状

1．2．1 补偿电流检测方法研究现状

1．2．2 补偿电流跟踪控制方法研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 三相四线制STATCOM的原理及结构

2．1 三相四线制STATCOM的工作原理

2．2 三相四线制STATCOM补偿原理

2．3 三相四线制STATCOM拓扑结构分析

2．3．1 三单相全桥拓扑结构分析

2．3．2 分裂电容式三桥臂拓扑结构分析

2．3．3 三相四桥臂拓扑结构分析

2．4 本章小节

第三章 三相四线制STATCOM补偿电流检测与跟踪控制方法

3．1 补偿电流检测方法的研究

3．1．1 三相瞬时无功功率理论

3．1．2 p-q法

3．1．3 ip-iq法

3．1．4 零序电流分离法

3．1．5 直流侧电容电压控制

3．2 预测控制方法

3．2．1 外插值预测方法

3．2．2 改进的外差值预测方法

3．3 补偿电流跟踪控制方法

3．3．1 三角波比较法

3．3．2 滞环控制方法

3．3．3 变环宽滞环控制方法

3．4 本章小节

第四章 三相四线制STATCOM系统仿真与分析

4．1 MATLAB／Simulink仿真概述

4．2 仿真实验与分析

4．2．1 仿真模型的搭建

4．2．1 仿真结果与分析

4．3 本章小结

第五章 三相四线制STATCOM系统设计与实验研究

5．1 三相四线制STATCOM系统总体结构

5．2 主电路参数选取

5．2．1 直流侧电容的选取

5．2．2 连接电抗的选取

5．2．3 开关器件的选型

5．3 硬件电路设计

5．3．1 主控芯片的选取

5．3．2 电流电压检测与调理电路

5．3．3 电压过零检测电路

5．3．4 驱动电路

5．3．5 过流保护电路

5．4 软件设计

5．4．1 主程序设计

5．4．2 中断子程序设计

5．5 实验结果与分析

5．6 本章小结

总论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要科研成果