配电系统STATCOM的控制方法及其动态性能研究

论文摘要

配电系统静止同步补偿器（Distribution Static Synchronous Compensator, DSTATCOM）是灵活交流输电系统技术中的一个重要组成部分,并且能够快速连续地补偿负荷无功功率,已成为现代静止无功补偿技术研究的热点。本文主要研究基于SVPWM调制技术的低压系统DSTATCOM控制技术及相关参数设计方法。本文分析比较了DSTATCOM与传统无功补偿装置的区别及其优势,并对DSTATCOM的发展以及国内外的研究现状进行了叙述。分析了电压型桥式电路DSTATCOM的工作原理,并基于等值电路利用开关函数法建立DSTATCOM的数学模型。在分析无功功率概念的基础上,推导了基于广义瞬时无功功率理论的无功电流检测的具体过程,确定了以ip-iq法作为参考电流的检测方法；比较了直接电流控制和间接电流控制的优缺点,并确定采用直接电流控制的方法；脉冲波的发生采用直流侧电压利用率高、开关损耗小、谐波含量低的SVPWM调制方式,本文还对无功功率补偿的动态性能进行了分析,仿真结果证明了该控制方法的可行性和理论分析的正确性。搭建了一台基于TMS320LF2407A DSP控制器的10kVA/380V DSTATCOM实验装置,并对DSTATCOM的性能进行了全面测试。实验结果表明,本文所采用的控制策略和设计方法是有效可行的,DSTATCOM装置的性能基本达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无功补偿的意义
• 1.3 无功补偿装置的发展过程
• 1.4 DSTATCOM的研究现状和国内外应用概况
• 1.4.1 DSTATCOM的研究现状
• 1.4.2 DSTATCOM的国内外应用概况
• 1.5 本文的主要任务
• 2 DSTATCOM的工作原理及建模
• 2.1 DSTATCOM的工作原理
• 2.2 DSTATCOM的建模
• 2.2.1 DSTATCOM三相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 坐标变换理论
• 2.2.3 DSTATCOM同步旋转坐标系下的数学模型
• 3 DSTATCOM控制系统
• 3.1 无功指令电流检测
• 3.1.1 p、q运算方式检测无功电流
• p、i_q运算方式检测无功电流'>3.1.2 i_p、i_q运算方式检测无功电流
• 3.2 DSTATCOM控制策略
• 3.2.1 电流的间接控制
• 3.2.2 电流的直接控制
• 3.2.3 基于旋转坐标系的电流解耦控制
• 3.3 脉冲信号的产生
• 4 DSTATCOM控制系统仿真
• 4.1 模型参数选择
• 4.2 仿真分析
• 4.2.1 系统不带无功负载时仿真波形
• 4.2.2 系统带无功负载时仿真波形
• 4.3 DSTATCOM主要参数对系统性能的影响
• 4.3.1 交流侧电感值对交流侧电流的影响
• 4.3.2 直流侧电容值对直流侧电压的影响
• 5 DSTATCOM软硬件设计
• 5.1 系统硬件电路设计
• 5.1.1 装置容量分析和开关频率的选取
• 5.1.2 交流侧电感的选取
• 5.1.3 直流侧电容的选取
• 5.1.4 主电路IGBT的选取
• 5.2 DSTATCOM的控制电路
• 5.2.1 TMS320LF2407A DSP介绍
• 5.2.2 相电流和相电压检测电路
• 5.2.3 同步电路
• 5.2.4 过流和过压保护电路
• 5.2.5 IGBT隔离驱动电路
• 5.3 DSTATCOM软件系统设计
• 5.3.1 主程序流程
• 5.3.2 PWM中断服务子程序
• 5.3.3 PI调节器子程序
• 5.3.4 捕获与相位计算子程序
• 5.3.5 保护中断服务子程序
• 6 实验结果分析
• 6.1 DSTATCOM动态性能实验
• 6.1.1 无功电流（幅值）给定从0到+Q和0到-Q时的阶跃响应
• 6.1.2 无功电流（幅值）给定从+Q到0和-Q到0时的阶跃响应
• 6.2 DSTATCOM稳态性能实验
• 6.3 实验总结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文完成的主要工作及结论
• 7.2 存在的问题及改进建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录