用于不平衡补偿的变压器隔离型链式D-STATCOM的研究

针对大容量冲击性负荷所带来的不对称、电压波动和闪变等电能质量问题,提出了基于变压器隔离型链式逆变器的D-STATCOM,用于对冲击负荷的快速补偿。首先针对主电路拓扑结构特点,提出了基于载波移相的空间矢量调制策略;针对不平衡负荷特点,采用基于双d-q变换和对称分量法计算补偿线电流,并提出了补偿相电流的优化设计方法来提高D-STATCOM的补偿能力。提出了瞬时电流分相控制方法,可以使D-STATCOM的输出快速地跟踪参考补偿电流以提高响应速度。在所建立的10kVA物理样机上的试验结果验证了所提方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于直接电流控制的D-STATCOM数学建模与控制系统仿真

配电网静止同步无功补偿器D-STATCOM是用户电力的重要设备,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,是目前国内外研究的热点。本文建立了D-STATCOM的动态数学模型,依据瞬时无功理论以及直接电流控制方法对D-STATCOM的控制系统进行了设计,并根据所述数学模型和控制系统搭建了D-STATCOM的仿真模型,进行了仿真分析。仿真结果表明,本文所述的基于直接电流控制的D-STATCOM具有很好的补偿效果,对于容行和感性负载均能准确检测并迅速补偿,动态性能良好。

基于LCL的D-STATCOM配电网电压波动与闪变的抑制研究

配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)用于抑制配电网电压波动与闪变。为使D-STATCOM输出电流的谐波含量满足要求,多通过单电感L限制高频谐波电流。但中高功率时,满足谐波标准所需的L值增大,从而会引起D-STATCOM直流侧的电压值增加、装置的体积增加等问题。为此,本文使用LCL滤波器代替了传统L滤波器,从而减小了总电感值,降低了系统的体积与成本。仿真验证了理论的正确性,证明了基于LCL滤波器的D-STATCOM不仅对配电网电压波动与闪变有很好的抑制作用,同时与基于L滤波器的D-STATCOM相比,输出电流的谐波抑制效果更好。

适应可再生能源分布式发电的D-STATCOM容量配置研究

针对可再生能源发电以分布式接入的方式并网的不可控性和其出力的间歇性,给电网带来的电压扰动越限等诸多问题,提出了一种适应可再生能源发电接入配电网的D-STATCOM容量配置方法。该方法基于可再生能源发电接入后的电压波动机理和线路特征参数的灵敏度分析,以抑制可再生能源发电造成的最大电压波动为目的,总结出了在数据缺省情况下的D-STATCOM容量配置推荐范围,并通过统一目标的多元线性回归拟合得到了D-STATCOM的容量配置推荐公式。以多条实际的城镇和农村配电线路作为算例,验证了所提方法的有效性。研究结果表明,该方法可以通过对D-STATCOM的容量进行合理配置来抑制可再生能源发电接入产生的电压波动。

D-STATCOM在配电网中的应用

在配电网中,配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)能稳定公共接入点电压,连续快速地调节无功功率。研究了配电网静止无功补偿器通过与公共连接点进行无功功率交换,使公共连接点电压维持在参考电压值。采用MATLAB进行了仿真验证。仿真结果表明,应用配电网静止无功补偿器可以降低网络损耗,改善供电质量。

配电网静止同步补偿器的自抗扰控制

针对配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)系统非线性、多变量、强耦合特性、D-STATCOM系统模型的不确定性和不确定性干扰对D-STATCOM控制的影响,研究了D-STATCOM的自抗扰控制技术,提出了一种新型的D-STATCOM自抗扰控制策略,当D-STATCOM系统参数发生变化或遇到不确定扰动时,D-STATCOM控制器仍能保持良好的控制性能以及强的自适应性和鲁棒性。给出了控制器设计的详细过程,并在MATLAB/Simulink环境中建立了系统的仿真模型,给出了仿真和实验结果。仿真和实验结果证明了自抗扰控制策略的正确性和有效性。

移动式配电网静止同步补偿器的设计与应用

以配电网动态电能质量调控为目的,提出一种基于移动式配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的设计与应用方案。通过比较分析,主电路采用H桥串联逆变器的链式无变压器结构,结合数学模型,阐述了补偿原理。根据电压等级和设计容量进行核算,考虑最优经济容量,提出链式电路的选型与参数设计原则。以基于层式电力电子组件的功率单元模块的紧凑化设计为基础,结合分层分相的逆变柜设计原则,将D-STATCOM集成于箱体内,实现补偿装置的整体移动。以江西电网中的应用为实例,提出了具体的参数配置,实现了结合载波移相正弦脉宽调制方法的分频控制和包含旁路运行的分级分层式综合保护策略,取得了良好的实施效果。

基于SHE-PWM的D-STATCOM的控制器和脉冲发生器的设计

配电网静止无功发生器 (D- STATCOM)是电能质量技术的重要组成部分 ,控制器系统作为其关键部分 ,直接影响到 D- STATCOM的运行性能。该文介绍了特定谐波消除算法 (SHE- PWM)的基本原理和 D- STATCOM控制系统的硬件和软件构成 ,利用 PSCAD仿真软件分析了 D-STATCOM在各种工作情况下的控制效果 ,并应用数字信号处理器 (DSP)设计了相角和脉宽精度达到 0 .0 1°的 D-STATCOM 控制器和脉冲发生器。仿真结果表明 D-STATCOM性能优越 ,满足配电系统的要求 ;SHE- PWM算法很好地消除了输出电压、电流中的 5 ,7,11次谐波。实验结果验证了 D- STATCOM多 CPU控制系统的设计正确可行。

配电网静止同步补偿器的模糊免疫PI控制

在配电网中,利用具有快速响应特点的配电网静止同步补偿器(D-STATCOM),可以很好的让配电网的电能质量得到改善。但是由于配电网自身的特点,传统的PI控制在参数整定和自适应方面存在着缺点,难以满足D-STATCOM的交流侧输出要能够快速无静差的跟踪指令电流信号的控制要求。文中将免疫反馈机理和模糊控制与传统的PI控制相结合,设计出了模糊免疫PI控制,将它应用在D-STATCOM中。仿真结果显示,此种控制较传统的PI控制具有很多优点,可以让D-STATCOM适应配电网的特点。

非理想电压时一种改进的ip-iq检测法

传统i_p-i_q法在非理想电压时对补偿指令电流的检测存在误差,且电流运算坐标变换复杂。基于此,在对传统i_p-i_q法分析的基础上,提出了一种适合非理想电网电压的改进i_p-i_q法。该方法利用正余弦信息提取模块取代锁相环,准确地提取其基波正序电压的相位信息,消除了锁相环对检测的影响,并减少了电流运算中的坐标变换与滤波延时。分别在MATLAB/Simulink仿真软件以及配电网静止同步补偿器样机上进行仿真分析和实验验证,结果证实了所提方法的有效性与可行性。