基于电压重注式STATCOM的控制策略研究

随着电力电子器件的制造水平不断提升和人们对电能质量要求越来越高,基于电压重注式变换器的静止同步补偿器(STATCOM)动态响应速度快,不需要滤波装置且输出电压谐波含量较低,并且适用于高压大功率的输电系统。直流电压重注式STATCOM的主电路重注拓扑结构由两个三相全桥串联和附加的重注支路构成,重注支路采用级联H桥结构。重注电压产生过零区间能够实现三相全桥开关零电压通断,设计了重注支路脉冲序列构成方法并提出改进循环逻辑触发时序,仿真表明重注支路在特定的循环触发脉冲作用下可以有效抑制重注式级联H桥中电容电压不平衡。利用仿真平台验证了该变换器在过零关断、消除谐波等工作特性方面的优点。把无功电流作为直接的控制命令,建立闭环控制系统,验证该STATCOM在高压大功率系统中能够有效降低谐波含量和开关频率,提高装置和系统的运行可靠性,特别适用于高压大功率环境。

DSTATCOM补偿指令电流的新型检测方法

快速、准确地检测补偿指令电流是提高配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)补偿性能的重要环节。在总结现有补偿指令电流检测方法的基础上提出一种新型检测方法。该方法利用基波正序电压提取模块检测出基波正序电压,之后对三相电流进行正余弦变换得到基波正序有功电流,与三相电流相减得到补偿指令电流。检测结果不受电网电压不对称和畸变的影响,无需利用锁相环电路获得同步旋转角,消除了由此带来的延时和误差,减少了硬件成本。仿真和样机实验结果验证了该方法的可行性。

基于SPWM-VSI结构的DSTATCOM的实验研究

论述了配电系统静止补偿器(DSTATCOM)的工作原理,并分析了DSTATCOM的四象限工作状态及其与系统的功率交换关系。针对基于SPWM VSI结构的DSTATCOM,从其数学模型出发,讨论了三种可行的控制策略,并提出了通过调节相移角δ来稳定直流电压、调节PWM调制深度λ来控制无功功率的双变量协调控制的参数通用计算方法。实验系统采用SPWM电压源逆变器结构和DSP控制技术,实现了无功功率的双向快速调节功能,实验结果表明了双变量协调控制具有响应速度快和谐波发生量小的特点。

基于DSP和新型滑模控制的DSTATCOM研究

为提高配电网静止同步补偿器(Distribution Static Synchronous Compensator,DSTATCOM)控制系统的鲁棒性和动态性能,在对DSTATCOM非线性数学模型时域分析的基础上,得出滑模控制的一般规律。为削弱滑模控制的抖振现象,提出一种新型滑模控制方法。该方法将滑模面分解为两个滑模子面,根据滑模子面的偏离程度分别采用不同的滑模控制规律,既保证了电流跟踪的快速性又削弱了抖振现象。研制了一台基于DSP的DSTATCOM样机,给出硬件原理和软件设计流程。实验结果表明,该控制方法动态响应快、鲁棒性好、能较好地抑制电流的毛刺现象,证明了该方法的正确性和可行性。

基于重复控制的DSTATCOM补偿电流控制

针对配电网负载多样、谐波污染严重的情况,为提高配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的无功补偿性能以及低次谐波抑制能力,提出比例积分(PI)与重复控制相结合的电流控制策略,利用PI控制器低频段优越的动态性能和鲁棒性,快速补偿基波无功,并利用重复控制器对周期信号的高跟踪精度,修正PI的谐波跟踪误差。频率特性分析表明,该控制策略可以有效消除传统PI控制在中频段的相位滞后,提高谐波补偿精度。为了提高装置补偿的灵活性和稳定性,通过谐振控制器构造带通滤波器,进行指令选择性提取,针对性补偿危害严重的特征次谐波,并避开系统谐振频率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。

DSTATCOM的新型高补偿精度检测方法

为改善配电网静止同步补偿器DSTATCOM(distribution static synchronous compensator)传统检测方法补偿滞后时间和检测周期长、补偿精度低的缺点,提出了一种基于软件优化和间隔采样的新型高补偿精度的检测方法。在对DSTATCOM补偿指令电流特性的分析基础上,对软件流程进行相应调整,使补偿滞后时间大大减少,同时根据间隔采样理论,在数字处理器计算能力不变的情况下,减少软件计算量,缩短检测周期,使谐波抑制和无功补偿精度得到明显提高。该方法无需复杂算法,实现简单、有效。在Matlab/Simulink环境中进行了稳态和暂态仿真分析,并且研制了一台容量为20 k VA的DSTATCOM实验样机,仿真和实验结果证明了新型检测方法的正确性和可行性。

MMC-DSTATCOM控制系统设计与实现

为实现模块化多电平变换器(MMC)作为配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)进行无功补偿的目标,同时满足各模块电容电压平衡的要求,可以采取分层控制策略。提出采用多个数字信号处理器(DSP)构成分层控制系统,可以合理分配上层和下层控制器的控制任务,便于扩展模块数量以提高输出电压等级。详细分析了MMC-DSTATCOM控制系统的工作原理及其软、硬件设计,同时给出了上、下层控制器通信和各模块驱动脉冲同步的具体实现方法,在MATLAB/SIMULINK仿真的基础上,搭建了一台三相12模块的MMC-DSTATCOM样机。结果表明,在感性和容性工况下MMC-DSTATCOM均能输出所期望的指令电流,总谐波畸变率较低,无功指令突变时电流响应时间不到0.01 s,动态响应快,电容电压脉动小于5%,验证了分层控制方法正确有效。

基于αβ系统的DSTATCOM积分型滑模变结构控制

将滑模变结构控制理论用于DSTATCOM的控制,在滑模控制中引入积分控制项,减小补偿电流控制的稳态误差、提高系统的响应速度,使系统在动态和稳态下具有优良的抗干扰特点,并且在系统参数变化时具有很好的鲁棒性。该方法是基于静止坐标系统αβ下完全解耦的DSTATCOM系统状态模型,对系统实施积分型滑模变结构控制。利用PSCAD/EMTDC进行了仿真分析,验证了该方法的有效性。

变压器隔离型DSTATCOM在不平衡系统中的补偿性能

【目的】针对配电网三相不平衡负载补偿问题,研究变压器隔离型配电网静止同步补偿器(DSTAT-COM)的补偿性能。【方法】以变压器隔离型逆变器为DSTATCOM的主电路,建立其数学模型,采用基于旋转坐标变换的方法计算DSTATCOM的补偿参考电流,提出瞬时无功功率分相控制与载波移相SPWM(Cps-SPWM)调制技术相结合的控制策略。在PSCAD/EMTDC环境中,对变压器隔离型DSTATCOM的补偿性能进行仿真研究。【结果】基于旋转坐标变换的补偿电流计算方法,能快速计算各相补偿电流,瞬时无功功率分相控制与Cps-SPWM调制技术相结合的控制策略,能有效地降低系统电流的不对称度,提高系统的功率因数,优化负荷电流的谐波性能。在各种负荷不平衡情况下,变压器隔离型DSTATCOM均具有良好的补偿性能。【结论】变压器隔离型DSTATCOM主电路结构简单,易于分相控制;瞬时无功功率分相控制与Cps-SPWM调制技术相结合的控制策略,能对不平衡负荷实现快速补偿,满足配电网对不平衡负荷的补偿要求。

三电平DSTATCOM控制策略及仿真分析

配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)可以实现配电网系统瞬时无功功率的快速补偿,其中三电平DSTATCOM能更好地适应大容量配电网系统的发展。以二极管箝位型三电平DSTATCOM的内部结构为例,介绍工作原理,探讨控制策略,依据数学模型搭建Matlab/Simulink仿真模块并分析仿真结果,验证控制策略可行性及二极管箝位型三电平DSTATCOM的动态补偿效果,为推动三电平DSTATCOM的发展提供理论参考。

基于逆系统方法的DSTATCOM建模与仿真研究

研究了DSTATCOM数学模型的建立方法和基于逆系统的DSTATCOM控制策略的仿真系统。通过对DSTATCOM工作原理的分析,从系统稳态模型出发分析DSTATCOM的控制关系,经过dq变换得到了动态数学模型。由数学模型建立了采用逆系统方法的DSTATCOM仿真模型,仿真结果验证了逆系统方法对于改善DSTATCOM性能的可行性以及所建立的数学模型的正确性。

SPWM型DSTATCOM的双变量协调控制

基于SPWM变流器结构的静止同步补偿器(DSTATCOM)是一种新型无功补偿装置,它具有发出容性无功功率和吸收感性无功功率的双向补偿功能。通过实验探讨了SPWM型DSTATCOM的控制策略,比较了不同控制策略下DSTATCOM的动态性能。实验结果表明,采用控制角与调制深度相结合的双变量协调控制能获得更好的动态性能。在经典的PI控制中引入前馈环节,进一步提高了装置的响应速度。实验装置从输出容性(感性)额定无功功率切换到感性(容性)无功功率的调节时间不到两个工频周期。

基于DSTATCOM的点焊机无功功率补偿研究

为了更好地解决点焊机负荷引起三相负荷不平衡、系统功率因数低等电能质量问题,提出了基于静止同步补偿器(DSTATCOM)的无功功率补偿方法。首先给出了配电静止同步补偿器的主电路结构,然后利用改进的基于瞬时无功理论的电流检测方法检测出谐波和无功电流,分析了配电静止同步补偿器平衡三相不平衡负荷的原理。最后根据点焊机在实际工作中的情况,通过Matlab/Simulink仿真验证了采用的补偿方法可以平衡三相电流,提高系统功率因数和缓解电压跌落。该研究表明用于不平衡负荷的配电静止同步补偿器具有良好的动态性能和静态补偿效果。

DSTATCOM在焊装车间无功及负序电流补偿研究

汽车焊装车间主要负荷为悬挂式点焊机,由两相线电压供电,是典型的大冲击性负荷,会导致焊装车间存在严重三相不平衡及大量谐波电流。在焊装车间电能质量问题进行检测评估基础上,采用Y型低压DSTATCOM进行无功及负序电流补偿,给出了主要控制策略,很好地解决了电能质量问题。仿真及实验结果表明,设计装置可以很好地补偿系统功率因数。

三相四线制DSTATCOM的新型电流预测控制研究

针对分裂电容式三相四线制配电网静止同步补偿器(distribution static compensator,DSTATCOM)存在电流检测跟踪精度差、受负载干扰程度大等问题,基于无差拍预测策略控制算法,本文提出具有延时补偿性能的新型电流预测控制策略,该算法能够消除控制延时引起的补偿误差量,同时省去传统电流预测控制算法中的dp旋转坐标变换,简化了控制系统的设计过程;另外,借助于三维空间矢量调制技术实现开关状态的选择,使控制系统具有固定开关频率,从而简化滤波电感的设计。最后,对该控制器的设计进行了详细分析以及仿真与实验验证,结果表明采用所提出的算法的有效性和可行性。

应用于LCC-HVDC受端STATCOM的PI与滑模切换控制策略

为解决在电网换相换流器型直流输电LCC-HVDC(line commuted converter based high voltage direct cur⁃rent)受端经历大扰动时传统PI控制下的静止同步补偿器STATCOM(static synchronous compensator)加剧受端电压崩溃的问题,提出一种PI与滑模切换控制策略。在小扰动下PI控制的STATCOM通过混合无功灵敏度因子HRPSF(hybrid reactive power sensitivity factor)精确计算无功补偿,在大扰动下STATCOM控制系统切换到滑模控制,通过Lyapunov函数证明滑模控制系统最终会达到稳定。在MATLAB/Simulink平台上将所提出的控制策略应用于LCC-HVDC受端换流站的STATCOM中进行仿真分析,结果验证了其合理性与有效性。

基于Matlab的DSTATCOM仿真研究

给出了配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的拓扑结构和数学模型,阐述了基于瞬时无功功率理论的单相电流谐波和无功电流检测原理,采用三角波的比较方式获得PWM控制信号的控制策略。通过Simulink环境下建立了DSTATCOM仿真模型,在感性负载情况下进行仿真分析。仿真结果验证了该模型的合理性和有效性。

Reactive Power Problem and Solutions: An Overview

This article presents a comprehensive review for the dilemma of reactive power flow, while addressing different proposed remedy strategies: conventional and most update solutions. Robust analytical expressions were utilized to exploit the functionality of the proposed solutions and to show clearly the relation between the reactive power and control variables. The article, moreover, proposes a simple, innovative and robust analysis for static performance of the STATCOM. This approach shows clearly the advantages of the STA-TCOM in regulating reactive power and maintaining load voltage level within presumable limits. The approach, furthermore, reveals explicitly via analytical expressions the impact of the STATCOM operation on different aspects of the power system under concern.

基于逆系统方法的DSTATCOM建模与仿真研究

本文研究了DSTATCOM数学模型的建立方法和基于逆系统的DSTATCOM控制策略的仿真系统，本文通过对DSTATCOM工作原理的分析，从系统稳态模型出发分析DSTATCOM的控制关系，经过dq变换得到了动态数学模型，由数学模型建立了采用逆系统方法的DSTATCOM仿真模型，仿真的结果验证了逆系统方法对于改善DSTATCOM性能的可行性以及所建立的数学模型的正确性。

基于指令电流检测的DSTATCOM仿真研究

配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的核心设备,能够解决诸如系统低功率因数、电网谐波污染、电压波动与闪变、三相系统不平衡等电能质量问题。本文研究的DSTATCOM以二极管中点箝位式三电平逆变器为主电路结构,在系统平衡情况下建立了三电平DSTATCOM的数学模型,并实现解耦。然后,研究了基于指令电流检测的电流状态反馈解耦控制方法,并进行仿真验证。仿真研究表明,基于指令电流检测的电流状态反馈解耦控制方法对提高系统功率因数是行之有效的。