【摘要】：近年來,大量無功負載和非線性負載的增加,導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)降低和諧波污染嚴重,極大地惡化了電網(wǎng)供電質(zhì)量,對配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行造成了不利影響。應(yīng)用于配電網(wǎng)的靜止同步補償器(D-STATCOM)具有損耗低、運行范圍寬、調(diào)節(jié)能力強等優(yōu)點,并能同時實現(xiàn)動態(tài)無功補償、諧波抑制以及補償三相不對稱電流等多重功能,成為近年來電能質(zhì)量控制領(lǐng)域內(nèi)研究熱點。D-STATCOM的補償電流是由其直流電容電壓逆變至交流側(cè)的電壓與電網(wǎng)電壓的差值作用于電感上產(chǎn)生的,因此直流側(cè)電壓的穩(wěn)定很大程度上決定了D-STATCOM的電流跟蹤能力以及補償效果。介紹了D-STATCOM的工作原理、拓撲結(jié)構(gòu)、指令電流檢測方法以及補償電流控制等關(guān)鍵技術(shù)。首先,針對直流側(cè)電壓環(huán)常規(guī)PI控制易引起裝置電壓超調(diào)和啟動電流涌流的現(xiàn)象,設(shè)計一種軟啟動方式以減小D-STATCOM投入運行時對配電網(wǎng)的沖擊;其次,鑒于常規(guī)PI控制對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的精確性要求較高且魯棒性較差的情況,提出一種可根據(jù)直流側(cè)電壓的運行情況實時調(diào)整控制參數(shù)的模糊PI控制策略,有效地減小了直流側(cè)電壓波動,保證了裝置良好的補償性能;最后,本文通過建立數(shù)學(xué)模型進行推導(dǎo),給出一套合理的主電路參數(shù)的設(shè)計思路,為D-STATCOM實用化設(shè)計提供一定的借鑒。利用MATLAB/SIMULINK搭建D-STATCOM的仿真模型,對傳統(tǒng)PI策略和新型模糊PI控制策略進行對比分析,結(jié)果表明,在穩(wěn)態(tài)工況和暫態(tài)工況下,新型控制策略都可有效穩(wěn)定D-STATCOM直流側(cè)電壓,系統(tǒng)電流諧波、無功以及不平衡量的補償效果都比傳統(tǒng)控制策略有所改進。結(jié)合本文所提主電路設(shè)計思路選擇合理的電氣元件,設(shè)計裝置控制系統(tǒng)以及IGBT開關(guān)元件死區(qū)、驅(qū)動和緩沖電路等,并基于DSP設(shè)計裝置主程序以及實現(xiàn)檢測與控制各功能的子程序。研制出一臺容量為10KVA的三相四橋臂D-STATCOM樣機,并在樣機上對所提控制策略進行實驗,實驗結(jié)果進一步表明,新型控制策略可有效穩(wěn)定直流側(cè)電壓并改善了D-STATCOM的補償效果,最后將該樣機應(yīng)用于某企業(yè)掛網(wǎng)運行。
[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.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM761.12

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本文編號：2461801