基于STATCOM的电铁负序和无功综合补偿的研究

论文摘要

论文从功率角度出发,提出了一种分析不对称电流的方法,并利用该方法的结论,实现了采用静止同步补偿器(STATCOM)对电力牵引负荷进行负序和无功动态补偿。其方法为:在实验用牵引变压器补偿绕组侧,采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)对静止同步补偿器进行控制,实现实时补偿,使电网中负序分量和无功分量限制在国家标准的范围内。对补偿装置的关键设备控制器部分,设计了自己的电流检测电路、控制电路及同步触发电路,大大减少了静止同步补偿器投入瞬间的冲击电流,提高了装置的可靠性。整个补偿装置采用数字信号处理器(DSP)作为主控制器,具有电流检测、STATCOM自动触发、故障自诊断、显示及报警功能,辽宁荣信公司研制的首套电铁系统STATCOM已经在上海铁路局投入运行。此外,文中在瞬时无功功率理论的基础上,进一步详细分析了三相不对称电路中无功、负序及谐波电流综合检测的方法,给出了一种新的负序和无功电流检测方法,即FBD间接电流检测法,该方法适合采用静止同步补偿器进行负序和无功综合补偿时的电流实时检测,比传统的检测方法动态性能要好。最后提出了用复杂可编程逻辑器件CPLD和数字信号处理器相结合,来实现补偿电流实时检测的全数字方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景及意义
• 1.3 负序和无功功率产生的原因及其影响
• 1.3.1 负序和无功功率产生的原因
• 1.3.2 负序电流的特点
• 1.3.3 负序电流对电力系统的影响
• 1.3.4 无功功率对电力系统的影响
• 1.4 负序和无功补偿的研究状况
• 1.4.1 具有饱和电抗器的无功补偿装置（SR）
• 1.4.2 晶闸管控制电抗器（TCR）
• 1.4.3 晶闸管投切电容器（TSC）
• 1.4.4 自换相变流电路的静止无功补偿器（SVG）
• 1.4.5 有源电力滤波器（APF）
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 电铁负序和无功综合补偿的原理和方法
• 2.1 引言
• 2.2 牵引供电系统概况
• 2.2.1 牵引供电系统运行方式
• 2.2.2 系统电源电压等级
• 2.2.3 牵引变压器综合性能比较
• 2.2.4 牵引负荷
• 2.3 电气化铁路牵引网的负序和无功电流分析
• 2.4 负序和无功的无源综合补偿原理和方法
• 2.4.1 采用晶闸管开关分组投切
• 2.4.2 晶闸管移相控制
• 2.5 负序和无功的有源综合补偿原理和方法
• 2.5.1 静止同步补偿器（STATCOM）的基本工作原理
• 2.5.2 负序和无功有源综合补偿的矢量控制算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于STATCOM的负序和无功综合补偿系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 负序和无功综合补偿系统的设计
• 3.3 STATCOM主电路部分的研究
• 3.3.1 提高逆变器容量的措施
• 3.3.2 三电平四重化逆变器结构
• 3.4 STATCOM自适应控制器的设计
• 3.4.1 控制器多目标控制
• 3.4.2 STATCOM控制器的主要控制目标
• 3.4.3 模糊控制器的一般设计方法
• 3.4.4 STATCOM模糊控制器的设计
• 3.4.5 STATCOM模糊控制器数学模型及其仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 静止同步补偿器的控制、电流检测及触发电路设计
• 4.1 控制器的整体设计
• 4.2 控制器主控单元的设计
• 4.2.1 DSP的简介及外部存储器扩展
• 4.2.2 通讯接口硬件设计
• 4.2.3 复位电路
• 4.3 测量采样系统
• 4.3.1 电压电流检测单元
• 4.3.2 A/D采样
• 4.3.3 测频电路（同步信号产生电路）
• 4.4 脉冲发生器（执行单元）的设计
• 4.4.1 STATCOM对脉冲发生器的要求
• 4.4.2 DSP脉冲发生器的实现
• 4.5 IGBT驱动电路
• 4.6 STATCOM控制的软件设计
• 4.6.1 上位机 PC软件设计
• 4.6.2 DSP控制器的软件设计
• 4.6.3 DSP脉冲发生器的软件设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 负序和无功电流实时检测原理、仿真及电路设计
• 5.1 引言
• 5.2 三相电路瞬时无功功率理论及检测原理
• 5.3 基于坐标变换及其应用
• P、I_Q检测法'>5.4 改进I_P、I_Q检测法
• 5.4.1 基波负序电流的检测
• 5.4.2 高次谐波负序电流的检测
• 5.5 FBD间接电流检测法
• 5.6 仿真比较
• p、i_q检测法'>5.6.1 基于坐标变换的i_p、i_q检测法
• p、i_q检测法'>5.6.2 改进i_p、i_q检测法
• 5.6.3 理想情况下负序电流波形
• 5.6.4 FBD间接电流检测法
• 5.7 负序和无功电流实时检测电路的设计
• 5.7.1 锁相环的组成及数学模型
• 5.7.2 锁相环的捕捉过程
• 5.7.3 数字锁相环的设计
• 5.7.4 数字滤波器的设计
• 5.7.5 负序和无功综合补偿的实时电流检测电路
• 5.8 本章小结
• 第6章 改善电铁牵引负荷的谐波、负序和无功的措施
• 6.1 引言
• 6.2 从电力机车本身改善电能质量
• 6.2.1 就地治理的优点
• 6.2.2 具体措施
• 6.2.3 机车补偿装置存在的问题
• 6.3 从牵引变电站改善电能质量
• 6.3.1 优点
• 6.3.2 具体措施
• 6.3.3 存在的问题
• 6.4 我国电力牵引电能质量改善措施中存在的问题
• 6.5 解决电气化铁道电能质量问题的方案
• 6.6 电能质量的标准
• 6.6.1 限制电铁负序的依据及标准
• 6.6.2 降低和限制负序电流的措施
• 6.6.3 限制电铁谐波的依据、标准及其主要原则
• 6.6.4 电铁负荷功率因数及补偿措施
• 6.7 电力系统避免电铁影响实例
• 6.8 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果