基于IGBT三电平逆变器的±100kvarD—STATCOM

D—STATCOM是一种新型的用于配电网的动态无功补偿装置。文中介绍的± 1 0 0 kvarD— STATCOM采用 IGBT三电平逆变器实现 ,启动采用直接并网方式 ,脉冲调制采用特定谐波消除脉宽调制 (SHEPWM)技术以消除逆变器输出电压的特定次数谐波 ,控制器和脉冲发生器分别采用 TMS3 2 0 C3 X数字信号处理器实现。试验表明 ,该装置具有快速、连续地调节无功的能力和输出电流谐波含量低等优越性能。

D—STATCOM的硬件实现及控制

当今社会的发展需要定质电力技术。对适用于配电网的静止无功发生器(D—STATCOM)的工作原理和硬件实现进行探讨,D—STATCOM可满足定质电力技术的要求,同时拥有键盘输入、液晶显示功能。

用于不平衡负荷补偿的大容量D-STATCOM主电路选择

介绍了几种常见的逆变器主电路结构。提出了用于大容量不平衡负荷补偿的D-STATCOM主电路选择标准,即可实现高压大容量化、具有分相补偿的能力和易于冗余设计。根据提出的标准,分析了几种主电路结构对大容量不平衡负荷补偿的适用性。在相关文献缺乏的情况下,详细分析了变压器隔离型主电路结构的等效电路和数学模型,对隔离变压器的铁心结构和等效电路进行了研究,并给出了辐射型等效电路的充分条件,定量比较了三相电流不对称情况下三相电容分开与共用时的电容电压波动情况,介绍了载波移相脉宽调制(PWM)控制方法的消谐效果,并总结了变压器隔离型主电路的特点。

D-STATCOM用于负荷补偿电流检测方法研究

本文提出一种改进的基于电源电压矢量的补偿电流检测方法,该方法在电网电压不平衡条件下能实现负载电流中的无功、谐波和负序分量的综合检测,仿真研究表明检测效果有明显改善。证明了本文所提检测方法的正确性和有效性。

静止坐标系下D-STATCOM自适应无差拍控制

提出一种静止坐标系下配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的自适应无差拍控制方法。首先针对传统的D-STATCOM无差拍控制模型在开关频率低时存在较大误差的问题,将一个开关周期内的电网电压作为变化量来考虑,建立了新的静止坐标系下的D-STATCOM的无差拍控制模型。其次,为了克服D-STATCOM参数变化对补偿器性能的影响,利用最小二乘法进行参数的在线估计,以自适应修正控制模型,提高了补偿精度。另外,为了满足该控制方法对补偿电流参考值和电网电压进行预测的要求,提出一种复合预测方法,有效地提高了预测算法的精度和动态性能。仿真和实验结果表明所提出的控制方法具有控制精度高、响应速度快的特点。

用于不平衡负荷的D-STATCOM数学建模与系统仿真

不平衡负荷无功补偿及分相控制的配电系统用静止同步补偿器(D-STATCOM)动态性能好、谐波含量小、功率密度大,可实现无功功率的实时、就地以及不平衡负荷平衡化补偿。为研究其特性和在系统中的应用,首先定义了二值逻辑开关函数,分别建立D-STATCOM在abc三相坐标系下的微分方程与传递函数动态数学模型;然后根据瞬时无功功率理论建立了不平衡负荷指令电流检测系统与D-STATCOM的直接电流控制方式;最后分别基于数学模型及装置器件模型,应用不平衡负荷指令电流检测方法与直接电流控制建立D-STATCOM双闭环系统,在三相四线制配电系统中对D-STATCOM系统的静态、动态性能进行了仿真分析。仿真结果验证了所建数学模型的正确性以及指令电流检测系统和直接电流控制方式的有效性,表明用于不平衡负荷动态无功补偿的D-STATCOM具有良好的动态性能与静态补偿效果。

链式D-STATCOM的无源性控制

配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段,然而链式结构D-STATCOM每一相都由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以同时实现无功电流与直流电压稳定均衡的控制。经过等效电路变换,建立单个H桥逆变单元的控制电路模型;基于无源性控制理论,设计无源性控制率,确保了对指令电流的渐进跟踪;通过给定指令电流,实现了链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现了直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、±5 Mvar工程实际应用表明,此控制算法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有很强的工程实用价值,为链式D-STATCOM的研究、发展和产业化提供了基本保障和良好的平台。

基于D-STATCOM的串联解耦控制

串联解耦和状态反馈解耦是目前常用的解耦控制方法。在配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)中,由于电流d-q变换后存在耦合,常需要采用解耦控制。针对传统的状态反馈解耦对系统参数的变化较敏感的缺点,采用串联解耦对D-STATCOM进行控制。建立了D-STATCOM同步旋转坐标系下的数学模型,得出其d-q电流之间存在耦合;针对D-STATCOM的数学模型设计了基于串联解耦控制的控制器;为了对比串联解耦和状态反馈解耦的效果,分别推导了当系统参数发生变化时它们的系统传递函数,通过分析传递函数的波特图从控制理论的角度定性地得出串联解耦控制的鲁棒性和动态性能要优于状态反馈解耦控制。仿真结果也表明串联解耦控制具有鲁棒性好、响应速度快的特点。

基于直接电流控制的D-STATCOM装置研制

根据配电网无功功率动态补偿的工程需求,研制了一种基于DSP直接电流控制的±50 kVA配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)装置。详细介绍了D-STATCOM构成、开关器件选型、输出滤波器设计和功率器件驱动电路设计等关键技术,并设计开发了基于TMS320LF2407型数字信号处理器DSP的直接电流控制器,在此基础上进行了D-STATCOM负荷综合补偿的开环并网和闭环并网实验研究。实验结果表明该装置无功动态补偿性能优越,并能有效抑制负荷谐波和三相不平衡,从而验证了所研制的D-STATCOM装置及其设计方法的可行性。

D-STATCOM的输入—输出反馈线性化滑模变结构控制

为提高配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)控制系统动态性能和鲁棒性,提出一种基于输入—输出反馈线性化与积分滑模控制相结合的D-STATCOM控制方法。该方法利用输入—输出反馈线性化实现D-STATCOM有功电流与无功电流的解耦,消除D-STATCOM直流侧电容电压的非线性特性,使之在支撑公共耦合点(PCC)处电压的同时快速稳定直流侧电压,并利用积分滑模控制增强其对参数摄动的鲁棒性。仿真和物理实验结果表明,D-STATCOM采用文中提出的控制策略,配电网PCC处电压和直流侧电容电压均能快速、准确地调整到其参考值,并在外部干扰及参数变化时具有较强的鲁棒性。

电网电压不对称对D-STATCOM的影响分析及抑制

分析了电网电压不对称对配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)电压输出性能的影响,指出电网电压不对称将导致D-STATCOM直流侧电容电压出现2倍频波动,使得交流输出电压出现负序和三次谐波,严重影响D-STATCOM输出性能,并且由此产生的负序和3次谐波电流将造成装置过流。针对此问题,提出一种改进开关函数调制法,抑制了3次谐波电流,改善了D-STATCOM的电压输出性能。提出一种负序电压前馈控制的不对称控制策略,抑制了D-STATCOM因负序电压分量造成的过流,保障了装置的安全可靠运行。仿真实验结果表明,本文提出的方法是行之有效的。

链式D-STATCOM的鲁棒L_2性能准则设计

为提高控制系统鲁棒性,提出一种链式静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)的鲁棒L2性能准则设计新方法。首先通过等效电路变化,将对链式D-STATCOM的控制电路模型转换为对单个H桥逆变单元的控制电路模型;在所建立的考虑干扰和参数摄动影响的单个H桥逆变单元控制电路模型基础上,通过对误差系统方程的等价变换,将参数摄动的影响转化为周期干扰的一部分;然后利用重复控制与无源性控制相结合的新方法实现链式D-STATCOM的鲁棒L2性能准则的设计。其中,重复控制对周期干扰进行补偿,无源性控制确保重复控制的收敛性和对控制目标的渐近跟踪,并抑制非周期干扰对控制效果的影响;通过给定指令电流,实现链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、5 Mvar工程实际应用结果表明,所提方法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有较强的工程实用价值。

链式D-STATCOM建模及其状态反馈精确线性化解耦控制

配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段。然而链式结构的D-STATCOM由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以建立精确的数学模型,从而给控制器设计及应用带来困难。通过等效电路变换建立链式D-STATCOM的精确非线性数学模型;然后基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,将链式D-STATCOM非线性系统精确线性化;最终实现链式D-STATCOM的有功、无功解耦控制器设计。仿真与工程实际应用表明,该数学模型及其控制策略对链式D-STATCOM能够实现完全解耦,无功电流控制的动态响应快、稳态特性好。

三相四线制D-STATCOM/HESS系统在配电网中的应用及其仿真研究

针对配电网中存在谐波、无功以及负荷频繁波动等问题,提出了含混合储能(HESS)的三相四线制配电网静止同步补偿器(D-STATCOM),实现配电网无功补偿和谐波抑制,平抑负荷有功功率波动。首先,针对三相四线制配电网,通过对传统ip-iq谐波电流检测法改进,实现了对负荷所需的有功、无功和谐波补偿电流的准确检测。在此基础上,将超级电容器和铅酸蓄电池组成的混合储能系统引入到补偿装置中,实现了对配电网有功、无功和谐波电流的全补偿。结合不同储能装置的充放电特性,采用协调控制方法,确保系统对配电网能量的迅速准确补偿。最后结合某建筑配电网实际负荷,验证了三相四线制D-STATCOM/HESS系统及其控制算法在谐波抑制、无功补偿和平滑负荷有功波动方面的有效性。

不平衡工况下链式D-STATCOM的控制策略

对工作在不平衡条件下的星型连接的链式D-STATCOM提出一种控制策略。通过等效变换,考虑未知干扰和参数摄动,建立abc坐标系下精确的数学模型。一种无源性控制与重复控制相结合鲁棒L2增益性能的新方法用于实现电流控制,重复控制用于补偿周期性干扰,无源控制用来保证重复控制的收敛性和对控制目标的跟踪,同时也补偿非周期干扰对系统的影响。直流电压控制由三层组成,第一层通过注入正序有功电流,第二层通过注入零序电压,第三层基于H桥单元之间有功能量的交换。控制策略的有效性通过仿真和在10 k V,±5 MVar的链式D-STATCOM装置工程测试所验证。

不平衡系统中D-STATCOM的控制策略

不平衡系统中配网静止同步补偿器D-STATCOM的控制是D-STATCOM的重要研究内容。提出一种根据FBD功率理论,以单位功率因数为补偿目标的D-STATCOM新型控制方法。该控制方法将目标电流进行序分解,对其正、负序分量分别转换到两个独立的旋转坐标系中,对正、负序电流的d轴和q轴分量分别采用比例-积分(proportional integral,PI)控制。由于正序和负序分量在相应的旋转坐标系中d轴和q轴分量均为直流,简化了控制器设计。该方法采用电网电流控制的闭环结构,直流侧电容电压的调节模块直接产生电流的参考值,不需要复杂的无功电流检测过程,控制系统结构简单。

高压大容量D-STATCOM主电路的比较与分析

分析了现有典型高压大容量D-STATCOM的电路结构,特别比较了链式结构中△链和Y链各自的优劣。构建了一种背靠背H桥链节的Y链主电路,该结构具有能量可双向流动、链节直流电压由整流H桥单独控制、便于采用n+1冗余策略及便于高压大容量扩展等优点。给出了基于αβ坐标变换的Ip-Iq电流型补偿策略和故障链节旁路的容错控制,以及故障链节旁路后避免不同相之间的最小采样间隔的CPS-SPWM的调整算法。对5链节串联1.14 kV/100 kV.A样机进行了不对称负荷补偿实验和故障链节旁路容错实验,实验结果验证了所提结构和控制算法的正确性和有效性。

用于变电站电能质量调控的D-STATCOM及其系统调试

针对变电站动态电能质量调控的难点问题,提出将链式结构的D-STATCOM与投切电容器配合使用的补偿方案,实现变电站稳态调压与冲击性负荷谐波和无功的同时补偿。结合现场应用实例,提出较为完整的D-STATCOM系统调试试验方案,包括一般检查、绝缘与耐压试验、保护试验、无功调节范围与输出谐波测试、响应时间测试、稳态调压测试、损耗测试和负荷综合补偿测试等,给出了较为详尽的试验数据。所得的一些经验和结论可为类似装置的设计与应用提供参考。

D-STATCOM自适应检测算法的研究

提出了一种新颖的配网连续动态无功发生器(D-STATCOM)指令电流检测法——参考模型自适应检测法。参考模型自适应指令电流检测法是一种在线的自调节算法,运用MATLAB/Simulink工具对FBD法和自适应检测法进行仿真分析,D-STATCOM的指令电流检测算法采用参考模型自适应方法时,补偿的动态响应时间快,动态性能最佳。仿真和实验结果论证参考模型自适应检测法的有效性,同时工程现场应用的稳定运行,证明了运用自适应检测算法的D-STATCOM装置动态补偿无功功率和三相不平衡、抑制谐波时,具有良好的动态性和实用性。

基于直接电流控制的D-STATCOM动态建模与系统仿真

配电网静止同步无功补偿器D-STATCOM是重要的用户电力设备,能够有效解决配电网中电压波动与闪变、三相电压不平衡、电网谐波污染等电能质量问题。针对配电网静止无功补偿器D-STATCOM的动态性能,用开关函数法建立了D-STATCOM的动态数学模型,然后依据瞬时无功理论对直接电流控制的D-STATCOM控制系统进行了设计。根据所建立的数学模型和控制系统,搭建了D-STATCOM的系统仿真模型,得到了D-STATCOM的动态仿真图。仿真结果表明,基于直接电流控制的D-STATCOM具有良好的动态性能。