基于不平衡负载的STATCOM控制策略及其电磁特性分析

发布时间：2017-05-24 07:05

  本文关键词：基于不平衡负载的STATCOM控制策略及其电磁特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现如今的电力系统中,由于诸如电动机、变压器等感性负载的广泛应用,导致电网中含有大量感性无功功率,从而使系统视在功率变大,使供配电系统损耗增加,降低发、输、配电等设备的利用率。而三相不平衡感性负载的存在,除了使无功功率增加外,还会使三相电流不平衡,严重影响供电质量,并危害系统中电机、变压器的正常运行。STATCOM不仅可以快速补偿供电系统无功功率,还能补偿系统的不平衡度,十分具有研究意义。本课题在三相不平衡阻感负载的条件下,针对混合STATCOM装置进行了补偿控制策略的研究与电磁特性分析,并从以下几个方面展开研究。论文首先对STATCOM的工作原理和无功电流检测方法进行了简要的介绍和分析,对STATCOM系统在平衡负载和不平衡负载两种工况下的电流检测算法与控制策略进行了详细的理论分析以及公式推导,对比了几种不同控制策略的特性,建立了STATCOM系统的数学模型,针对前馈解耦控制策略中ωL参数在非线性电感工况下的局限性,提出了改进措施。并在Psim9.0环境中,对主电路、STATCOM电路以及检测算法与控制策略进行建模,针对不同负载情况进行了仿真分析,得到了STATCOM对于系统无功功率以及三相不平衡度的补偿效果,验证了理论的可行性。为了验证检测算法、控制策略以及硬件设计参数的正确性,搭建了STATCOM硬件平台并进行了上电实验,获得的实验结果表明本文所设计的STATCOM可以补偿无功功率也可以补偿三相电流的不平衡度。实验结果与仿真结果一致,验证了理论的可行性与正确性。针对STATCOM装置中的三相连接电感建立了频域模型,分析了电感本身的寄生电容对于其滤波性能的影响。并采用有限元分析软件Ansoft对连接电抗器进行了建模仿真,得到了4种不同材料的磁芯电感的L-I特性曲线,获得了电感内部的磁场分布图,并以此来评估不同材料磁芯连接电感的饱和特性。论文最后对所做的研究工作进行了分析与总结,并以此提出了接下来的研究方向。
【关键词】：STATCOM 不平衡负载 Psim仿真 非线性连接电感 电磁仿真
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761.12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 无功补偿装置的发展历程11-12
• 1.2.1 无功补偿装置的起源11
• 1.2.2 无功补偿装置的分类11
• 1.2.3 STATCOM的发展现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第二章 STATCOM工作原理及其数学建模14-21
• 2.1 STATCOM基本原理14-16
• 2.2 STATCOM与传统SVC对比16-17
• 2.2.1 无功补偿特性对比16
• 2.2.2 响应速度的对比16-17
• 2.2.3 其他方面的比较17
• 2.3 STATCOM的时域模型17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 瞬时功率理论在STATCOM检测算法中的应用21-28
• 3.1 传统检测方法21
• 3.2 瞬时无功功率理论21-23
• 3.3 p-q运算方式检测瞬时无功电流23-24
• 3.4 i_p-i_q运算方式检测瞬时无功电流以及负序电流24-26
• 3.4.1 i_p_i_q法对无功电流的检测24-25
• 3.4.2 i_p_i_q法对负序电流的检测25-26
• 3.5 本章小结26-28
• 第四章 STATCOM的控制策略与软件仿真28-48
• 4.1 STATCOM的控制方法28-30
• 4.1.1 间接控制策略28
• 4.1.2 直接控制策略28-30
• 4.2 基于非线性电感的旋转dq轴前馈解耦控制30-36
• 4.2.1 abc轴控制方式与dq轴控制方式31-33
• 4.2.2 前馈解耦控制33-34
• 4.2.3 连接电抗器为非线性电感情况下的控制策略34-36
• 4.3 基于Psim环境下的STATCOM仿真36-47
• 4.3.1 在Psim9.0电路仿真环境中建立STATCOM系统模型36-42
• 4.3.2 负载对称情况下STATCOM系统Psim仿真分析42-44
• 4.3.3 不平衡负载情况下STATCOM系统Psim仿真分析44-46
• 4.3.4 直流侧电容电压的仿真分析46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 STATOOM硬件与程序设计以及实验结果48-59
• 5.1 STATCOM主电路设计参数选取48-52
• 5.1.1 IPM参数选取48-49
• 5.1.2 直流侧电容的选取49-51
• 5.1.3 交流侧电感的选取51-52
• 5.2 STATCOM控制电路硬件设计52-55
• 5.2.1 检测元件及电路52-53
• 5.2.2 信号调理电路53-55
• 5.3 STATCOM程序设计55-56
• 5.4 实验结果56-58
• 5.4.1 三相平衡负载下的实验结果56-57
• 5.4.2 三相不平衡负载下的实验结果57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 连接电感的电磁特性分析59-65
• 6.1 连接电感阻抗频率特性的测量与分析59-60
• 6.2 连接电感的有限元电磁仿真60-64
• 6.3 本章小结64-65
• 第七章 结论与展望65-67
• 7.1 主要结论65-66
• 7.2 研究展望66-67
• 参考文献67-70
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文70-71
• 致谢71

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本文编号：390035