第2章基于瞬时功率平衡的模糊自适应.doc

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1、第2章基于瞬时功率平衡的模糊自适应PI直接电压控制策略研究2.1概述电压是电能质量的重要指标之一。常见的电压质量问题有电压偏差、电压波动和闪变三相电压不平衡、电压跌落和电压浪涌、短时电压中断、波形畸变等。引起以上电压质量问题的因数是多种多样的。电力系统在正常运行时，用电负荷和i系统运行方式经常发生变化，由此会引起电压发生变动，不可避免的出现了电压偏差。而电力系统中各种用电设备只有在电压为额定值时才具有最好的技术和经济指标，电压偏差会使设备效率降低、绝缘受损、使用寿命缩短，甚至导致“电压崩溃”，造成大面积停电。

2、在离电源点较远的负荷中心，尤其是远距离馈电的农网，电压偏差更为严重。电力系统的电压波动和闪变主要是由具有冲击性功率的负荷引起的，如变频调速装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和轧钢机等。这些非线性、不平衡冲击性负荷在生产过程中有功和无功功率随机或周期性的大幅度变动，当其波动电流流过供电线路阻抗时产生变动的压降，导致同一电网上其它用户电压以相同的频率波动。这种电压幅值在一定范围内(通常为额定值的90%-110%)有规律或随机地变化，即称为电压波动。电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作，如影响电视画面质量、使电动机

3、转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一般用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯，为此，选择人对白炽灯照度波动的主观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动危害程度的评价指标。三相电压不平衡可以分为电力系统故障造成的不平衡和正常运行时的不平衡。电力系统故障造成的不平衡往往比正常运行时的不平衡严重。正常运行时的不平衡主要由电力系统中的不平衡负荷引起，尤其在大容量单相负载存在的场合，电压不平衡问题尤为严重。当电压不平衡较为严重时，就会影响某些设备的正常工作，如电机、电力电子装置等。电力系统中发生的故

4、障还会引起电压跌落，电压跌落会对电压敏感设备造成严重危害。电压波形畸变主要由电网中的非线性负荷所致。由上可见，电压质量问题会给电力用户的用电设备带来不利影响，电力用户迫切需要合格的电力供应。同时电压质量问题还会对电网本身的安全、稳定运行构成威胁。为此，供电部门必须采用相应的电压质量控制技术和装备为用户提供优质的电能。另一方面，电力用户也可以通过装设电压质量调节装置来改善供电电压质量，保证电气设备的正常运行。传统的基于电容器和电抗器的电压质量调节装置存在诸如不能实现无功功率的连续调节、反应速度慢、体积庞大等固有

5、的缺陷而无法满足现代电压质量控制技术的要求。近年来，基于电力电子技术的新型电压质量调节器(也称为“用户电力”装置)以其优良的性能受到了电力科技工作者的普遍关注。典型的代表有配电网静止同步补偿器(D-STATCOM、动态电压恢复器(DVR)和统一电能质量控制器(UPQC)。其中D-STATCOM属于并联补偿装置，DVR属于串联补偿装置，而UPQC属于混合型的补偿装置。但从装置的性价比、控制的复杂程度、装置实现的功能等角度出发对前述三种电压质量调节器进行比较，配电网静止同步补偿器具有明显的优势，因此也成为了目前“

6、用户电力”技术领域中最为活跃的方向之一。配电网静止同步补偿器通过向(从)公共连接点(PCC)注入(吸收)满足要求的电流，能有效的改善电压偏差、三相电压不平衡、电压波动与闪变、电压跌落与浪涌、电压畸变等电能质量问题。本章重点论述D-STATCOM在配电网中维持公共连接点电压恒定、改善电压调整、抑制电压跌落与浪涌的相关控制技术，其它电压质量控制技术在后续章节中将有专门的论述。本章的主要内容包括:D-STATCOM补偿电压的基本原理。主要阐述D-STATCOM通过与电网交换无功功率实现电压补偿的原理，以达到维持公共

7、连接点电压恒定的目的;基于瞬时功率平衡的D-STATCOM直接电压控制策研究。以瞬时无功功率理论为理论依据，根据D-STATCOM系统中存在的瞬时功率平衡关系，推导出D-STATCOM输出电压指令的代数表达式，由此得出D-STATCOM的直接电压控制策略，并跟传统的电压外环/电流内环串级控制策略和前馈解耦控制策略进行比较分析;.D-STATCOM的模糊自适应PI(本文简称为Fuzzy-PI)控制策略研究。针对直接电压控制策略中控制器的性能受D-STATCOM系统等效电气参数影响较大的缺陷，为提高D-STATC

8、OM电压控制器的自适应鲁棒性能，提出了基于瞬时功率平衡的D-STATCOM模糊自适应PI直接电压控制策略。.为了验证本章所提电压控制策略的正确性和有效性，对采用基于瞬时功率平衡的模糊自适应PI直接电压控制的D-STATCOM系统进行了仿真研究，在Matlab/simulink环境下建立了D-STATCOM系统的仿真模型，并给出了仿真结果。2.2D-STATCOM补偿电压的基本原理本文研究的D-STA