D-STATCOM直流侧电压优化控制研究

发布时间：2019-04-20 17:24

【摘要】：近年来,大量无功负载和非线性负载的增加,导致系统功率因数降低和谐波污染严重,极大地恶化了电网供电质量,对配电网的安全经济运行造成了不利影响。应用于配电网的静止同步补偿器(D-STATCOM)具有损耗低、运行范围宽、调节能力强等优点,并能同时实现动态无功补偿、谐波抑制以及补偿三相不对称电流等多重功能,成为近年来电能质量控制领域内研究热点。D-STATCOM的补偿电流是由其直流电容电压逆变至交流侧的电压与电网电压的差值作用于电感上产生的,因此直流侧电压的稳定很大程度上决定了D-STATCOM的电流跟踪能力以及补偿效果。介绍了D-STATCOM的工作原理、拓扑结构、指令电流检测方法以及补偿电流控制等关键技术。首先,针对直流侧电压环常规PI控制易引起装置电压超调和启动电流涌流的现象,设计一种软启动方式以减小D-STATCOM投入运行时对配电网的冲击;其次,鉴于常规PI控制对系统数学模型的精确性要求较高且鲁棒性较差的情况,提出一种可根据直流侧电压的运行情况实时调整控制参数的模糊PI控制策略,有效地减小了直流侧电压波动,保证了装置良好的补偿性能;最后,本文通过建立数学模型进行推导,给出一套合理的主电路参数的设计思路,为D-STATCOM实用化设计提供一定的借鉴。利用MATLAB/SIMULINK搭建D-STATCOM的仿真模型,对传统PI策略和新型模糊PI控制策略进行对比分析,结果表明,在稳态工况和暂态工况下,新型控制策略都可有效稳定D-STATCOM直流侧电压,系统电流谐波、无功以及不平衡量的补偿效果都比传统控制策略有所改进。结合本文所提主电路设计思路选择合理的电气元件,设计装置控制系统以及IGBT开关元件死区、驱动和缓冲电路等,并基于DSP设计装置主程序以及实现检测与控制各功能的子程序。研制出一台容量为10KVA的三相四桥臂D-STATCOM样机,并在样机上对所提控制策略进行实验,实验结果进一步表明,新型控制策略可有效稳定直流侧电压并改善了D-STATCOM的补偿效果,最后将该样机应用于某企业挂网运行。
[Abstract]:In recent years, a large number of reactive load and nonlinear load increase, resulting in the system power factor reduction and serious harmonic pollution, greatly deteriorated the quality of power supply, and caused adverse effects on the safe and economic operation of distribution network. The static synchronous compensator (D-STATCOM) used in distribution network has many advantages, such as low loss, wide operating range, strong regulating ability, and can realize the multiple functions such as dynamic reactive power compensation, harmonic suppression and compensation for three-phase asymmetrical current at the same time. In recent years, D-STATCOM has become a research hotspot in power quality control field. The compensation current of D-DC is produced by the difference between the DC capacitor voltage and the AC side voltage, which acts on the inductor. Therefore, the stability of DC side voltage largely determines the current tracking ability and compensation effect of D-STATCOM. In this paper, the working principle, topology, instruction current detection and compensation current control of D-STATCOM are introduced. Firstly, aiming at the phenomenon that conventional PI control of DC-side voltage loop can easily cause overshoot of device voltage and inrush current of start-up, a soft-start mode is designed to reduce the impact of D-STATCOM on distribution network when it is put into operation. Secondly, in view of the fact that the conventional PI control requires high accuracy and poor robustness to the mathematical model of the system, a fuzzy PI control strategy is proposed, which can adjust the control parameters in real time according to the operation of the DC side voltage. The voltage fluctuation of the DC side is reduced effectively, and the compensation performance of the device is guaranteed. Finally, this paper deduces the mathematical model and gives a set of reasonable design ideas of the main circuit parameters, which provides some reference for the practical design of D-STATCOM. The simulation model of D-STATCOM is built by using MATLAB/SIMULINK, and the traditional PI strategy and the new fuzzy PI control strategy are compared and analyzed. The results show that the new control strategy can effectively stabilize the DC voltage of D-STATCOM under both steady and transient conditions. The compensation effect of current harmonic, reactive power and unbalance is improved compared with the traditional control strategy. Combined with the main circuit design thought proposed in this paper, we choose reasonable electrical components, design device control system, IGBT switch element dead zone, drive and buffer circuit, etc. Based on DSP, the main program of the device and the subroutine of the detection and control function are designed. A three-phase four-leg D-STATCOM prototype with the capacity of 10KVA is developed, and the proposed control strategy is tested on the prototype. The experimental results further show that the new control strategy can effectively stabilize the DC voltage and improve the compensation effect of D-STATCOM. Finally, the prototype is applied to a certain enterprise.
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761.12

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本文编号：2461801