静止同步补偿器无功电流检测和控制策略的研究

摘要

随着工业自动化水平的提高，用户对供电质量的要求越来越高。电力系统无功补偿容量不足，严重影响了供电质量。因此，无功功率补偿已成为电力电子技术和电力系统等领域所面临的一个重大课题，受到越来越多的关注。静止同步补偿器（STATCOM）具有响应速度快、调节范围广、补偿电流波形品质高等优点，成为无功补偿的发展趋势。本文旨在研究STATCOM的主电路拓扑结构、无功电流检测算法、电流控制策略。主要内容如下： ⑴阐述了STATCOM的发展现状和研究趋势，分析了STATCOM的工作原理，比较了STATCOM主电路结构。针对链式多电平主电路所需独立电源个数多的问题，采用了混合级联式多电平主电路，对其输出电压谐波进行分析，并采用三角载波移相-开关频率最优PWM调制策略对主电路进行仿真，验证该方法的可行性。 ⑵介绍了基于瞬时无功功率理论的检测算法，针对dq检测算法的缺点进行改进，采用了一种无锁相环的三相电路无功电流检测方法。通过仿真表明改进后的dq检测算法，在电网电压发生畸变的情况下能准确检测出三相基波有功电流和无功电流。 ⑶针对STATCOM模型参数变化和噪声干扰，结合Fuzzy控制动态性能好和PI控制响应速度快等优点，设计了基于Fuzzy-PI控制的STATCOM控制算法，不仅使系统响应迅速，而且具有满意的控制精度，仿真结果验证了该方法的可行性。 ⑷建立了STATCOM的系统仿真模型。通过对PI控制和Fuzzy-PI两种控制器作用下STATCOM性能的比较，验证了该方案在电网电流畸变情况下，能很好的检测跟踪无功电流，并且具有较高的检测精度。 ⑸利用TMS320F2407实验平台对改进dq检测算法进行了实验验证。试验结果理想，进一步验证了改进dq电流检测改进算法的有效性和理论分析的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.2 无功补偿装置的现状与发展趋势

1.2.1 无功补偿装置的发展

1.2.2 STATCOM国内外应用现状

1.2.3 无功补偿技术的发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 STATCOM工作机理及主电路选择

2.1 STATCOM工作原理

2.1.1 STATCOM的基本工作原理

2.1.2 从能量流动角度分析STATCOM的工作原理

2.2 STATCOM主电路结构比较

2.2.1 多重化技术

2.2.2 多电平技术

2.3 混合级联式多电平STATCOM主电路

2.3.1 混合级联式多电平逆变器叠加原理

2.3.2 输出电压谐波分析

2.4 STATCOM主电路调制策略分析

2.4.1 三角载波移相PWM法

2.4.2 空间电压矢量PWM法

2.4.3 PS—SFO—PWM调制原理

2.4.4 仿真结果

2.5 本章小结

第三章 STATCOM无功电流检测方法的研究

3.1 无功电流检测方法

3.1.1 带通滤波器或陷波(带阻)滤波器

3.1.2 基于Fryze时域分析的有功电流分离法

3.1.3 自适应检测方法

3.1.4 基于小波变换的检测方法

3.1.5 基于神经网络理论的检测方法

3.1.6 基于瞬时无功功率理论的电流检测方法

3.2 基于瞬时无功功率理论的电流检测算法

3.2.1 瞬时无功功率理论

3.2.2 p—q检测法

3.2.3 ip—iq的检测算法

3.2.4 基于dq理论检测方法

3.3 改进dq检测算法

3.4 仿真及仿真结果分析

3.4.1 dq检测方法仿真实验

3.4.2 改进dq检测法仿真实验

3.5 本章小结

第四章 STATCOM控制策略的研究

4.1 引言

4.2 控制方法综述

4.2.1 电流间接控制

4.2.2 电流直接控制

4.3 基于Fuzzy—PI控制的STATCOM控制器

4.3.1 Fuzzy—PI控制器的原理

4.3.2 Fuzzy—PI控制器的设计

4.3.3 控制器性能仿真

4.4 本章小结

第五章 混合级联式STATCON的仿真研究

5.1 引言

5.2 STATCOM仿真模型的建立

5.2.1 电源模块

5.2.2 主电路模块

5.2.3 无功电流检测模块

5.2.4 模糊PI控制器模块

5.2.5 PWM信号产生模块

5.3 仿真及分析

5.4 本章小结

第六章 基于DSP的实验系统构建及检测实验

6.1 TMS320F2407概述

6.2 控制系统软件设计

6.2.1 软件设计原则及功能

6.2.2 软件实现的功能与流程

6.3 实验结果分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文所做工作的总结

7.2 对今后工作方向的展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢