主动配电网PWM变流器动态高品质控制方法研究

【摘要】随着能源压力加大和环保意识的提升,风力发电、光伏发电等可再生能源发电比重不断增加,高渗透率下新能源发电的不间断随机接入给配电网带来新的挑战。主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、电网与充放电设备互动、智能配用电等电网分析与运行关键技术的有效解决方案。然而,主动配电网还处在发展阶段,尚有许多亟待解决的理论问题和技术问题。如何研制相关智能电力设备并进行电压调节、无功补偿、谐波治理和可再生能源转换和接入成为电力电子设备层面的突出问题。本文针对主动配电网背景下电能质量和电能转换的共性关键技术问题进行研究,以脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation,PWM)变流器为研究对象,以实现动态和高品质控制效果为研究目的,进行了数学建模和功率分析、信号检测、控制方法研究、实验平台研制和数字信号处理器(digitalsignalprocessor,DSP)控制系统实现。完成从理论分析、仿真研究、实验验证到具体程序的代码实现,以便为主动配电网相关智能电力设备研制提供相应的理论保证和技术支撑。全文主要工作如下：1)建立数学模型和进行功率分析计算。采用开关函数描述法建立三相电压型PWM变流器在abc静止坐标系下的数学模型。由瞬时功率理论得到abc静止坐标系下功率计算公式；利用坐标变换方法,分析得到等量变换和等功率变换αβ止坐标系和dq同步旋转坐标系下的功率计算。2)针对单相系统电压暂降和电压定向信号的检测,提出一种新型检测方法。根据单相交流电压信号离散数据,利用相线电压相量关系,通过移相角度30°虚构出三相电压信号。本文提出的检测方法幅值变化延时仅为电网工频周期的1/12,理论延时为1.67ms,与目前延时3.33ms的瞬时电压dq分解法和延时5.Oms的αβ测法相比,实时性进一步提高。三相系统采用此方法,可减少交流电压检测的传感器数量,降低系统设计成本。给出了具体实现方法和仿真结果。3)提出一种新型准直接功率控制方法。从PWM控制的基本原理出发,对传统直接功率控制开关表调制机理进行深入分析,对其开关表调节有功功率和无功功率能力作出解释,分析选择不同零矢量的原因,并指出基于开关表结构的功率滞环控制的不足。针对PWM变流器主要实现整流和逆变功能,从电力系统瞬时有功功率和无功功率控制的角度,提出一种新型准直接功率控制策略。采用内环定频,外环功率的结构,满足功率流向控制的同时兼顾电流内环保护。同时给出控制器参数设计方法和控制仿真结果,仿真结果表明实现PWM变流器的动态高品质控制目标。4)提出基于abc坐标下的PWM变流器自然坐标控制方法,包括直接电流控制方法,无交流电压传感器控制方法和直接功率控制方法。由电压传感器采集交流侧三相电源经计算得到有功单位分量和无功单位分量实现矢量控制效果。对PWM变流器交流侧的相电压直接进行工程积分代替传统的微分方法,获得每相磁链的近似值,通过相电压估算和磁链估算模块实现无交流电压传感器控制。按照新型准直接功率控制策略的思想,采用功率外环电流内环的方法,完成基于自然坐标下的直接功率控制。本文提出的基于自然坐标的控制方法,不需要进行坐标变换和三角函数计算,物理概念清晰。给出PWM变流器基于自然坐标控制方法的稳态和动态仿真结果,仿真结果表明实现PWM变流器的动态高品质控制目标。5)为进行实验研究,按照V模式开发流程基于dSPACE核心平台研制了PWM变流器实时控制综合平台。设计了主电路、测量电路、驱动电路、故障检测和保护电路、电源电路等具体电路。进行了配电网静止同步补偿器(distributionstaticsynchronouscompensator,DSTATCOM)、动态电压恢复器(dynamicvoltagerestorer,DVR)、统一电能质量调节器(unifiedpowerqualityconditioner,UPQC)等配电网电能质量控制实验和PWM变流器整流、逆变电能转换实验。给出相应的动静态实验测试结果,与仿真结果相符,算法比较实验表明本文提出的控制算法进一步提高了系统的动静态特性,实验结果表明实现PWM变流器的动态高品质控制目标。6)研制了基于DSP控制的PWM变流器控制系统。采用32位高性能处理器TMS320F2812,研制了50kvar容量的DSTATCOM实验样机,给出详细的实现过程、实验测试和实验结果。本文的仿真结果和实验结果表明,所提出的信号检测方法和PWM变流器控制方法,具有较好的实时检测性能和控制性能,对研究电能质量控制器和电能转换系统可起到一定的理论保证和技术支撑作用,系统设计也可为研制相关智能电力设备提供参考。
【作者】杨达亮；
【导师】杭乃善；
【作者基本信息】广西大学，电力系统及其自动化，2014，博士
【关键词】PWM变流器；直接功率控制；自然坐标控制；主动配电网；电能质量；电能转换；

【参考文献】
[1]蒋超.重庆顺天公司物流管理系统关键技术研究与应用[D].重庆大学,软件工程（专业学位）,2014,硕士.
[2]刘军峰.新环境下架子队管理模式在工程建设中的应用探讨[D].西南交通大学,项目管理,2012,硕士.
[3]邓婷.中小学综合实践活动教师专业发展状况的调查研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2014,硕士.
[4]李猛.感应板材料变化的直线感应电机推力优化控制研究[D].北京交通大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]王嘉宁.饱和线性系统的稳定性分析与综合[D].沈阳师范大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[6]彭伟.大岗山水电站坝区下游交通大桥设计研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[7]韩福州.基于财务视角的电子商务上市公司可持续发展研究[D].首都经济贸易大学,企业管理,2014,硕士.
[8]张侃.热休克预处理对新生大鼠急性乙醇中毒后HSP70表达及神经细胞凋亡的影响[D].浙江大学,内科学,2004,硕士.
[9]安艺平.大学生入党积极分子党史教育问题研究[D].吉林大学,学科教学,2014,硕士.
[10]黄惠芳.中外二语教学问卷调查研究比较分析[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[11]庄雅莉.团队冲突、组织公平感对反生产行为的影响研究[D].厦门大学,企业管理,2014,硕士.
[12]桑卫国,侯淑琴.中国生物安全研究展望学术研讨会纪要[J].植物生态学报,2002,01:43.
[13]孙毅.高新技术企业的人力资源成本控制[D].北京交通大学,2009.
[14]王新娜,杨永平,李红昌.基于OA系统的铁路施工单位的知识管理体系[J].铁路计算机应用,2002,08:11-14.
[15]张建楠.张闻天宣传思想研究[D].南京财经大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[16]唐荣华.京尼平交联磁性壳聚糖微球的制备及酶的固定化[D].湖南师范大学,分析化学,2013,硕士.
[17]周勤.磁共振3D-CISS序列及DTI在血管压迫性三叉神经痛中的应用价值[D].山东大学,影像医学与核医学,2013,硕士.
[18]张霖斌,纪晨,姚振兴.叠后地震道反演的随机爬山法[J].石油地球物理勘探,1997,01:75-80+154.
[19]孙振曦.个人云存储软件使用行为意向影响因素研究[D].浙江大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[20]李柱.隧道衬砌病害检测与处治措施的研究[D].重庆交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[21]胡还刚.基于WEBSERVICE的OLAP工具的设计与实现[D].西南交通大学,2003.
[22]寇智宁.多相态条件下雷尼镍在环己烷连续脱氢反应过程中的催化活性和失活现象研究[D].浙江大学,应用化学,2013,硕士.
[23]卜云飞.突触传递长时程增强中MyosinⅡB对NMDA受体上膜的调节及其机制研究[D].南京医科大学,神经生物学,2013,硕士.
[24]李兴国,于海峰,金芳芳.基于数据挖掘的银行业客户关系管理体系结构[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2004,07:725-729.
[25]孙小平.我国农村贫困线测定方法及实证分析[D].浙江工商大学,统计学,2012,硕士.
[26]盛贤.建国以来中西思想文化交流交融交锋研究[D].宁波大学,思想政治教育,2014,硕士.
[27]聂一琴.一种应用于非制冷红外焦平面阵列读出电路的基准电流源的设计[D].北京交通大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[28]刘仁华.龙眼卷叶蛾（Cerace Stipatana Walker）微孢子虫的生物学分类及相关感染性问题的研究[D].西南农业大学,特种经济动物饲养,2004,硕士.
[29]聂恒洋.沈阳市于洪区耕地资源预测和变化因素研究[D].南京农业大学,公共管理,2013,硕士.
[30]郭萍萍.我国政府内部控制研究[D].苏州大学,会计学,2012,硕士.
[31]张霖,赵宏伟,杨倚寒,马智超,黄虎,马志超.单层石墨烯薄膜材料纳米压痕过程的分子动力学解析[J].吉林大学学报(工学版),2013,06:1558-1565.
[32]李丽忠.身管NURBS几何表征及同几何接触算法研究[D].南京理工大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[33]杨有才.JH房地产公司WL项目营销策划方案[D].吉林大学,工业工程,2013,硕士.
[34]黄德才.全日制专业学位硕士教育的目标与质量保障措施[J].计算机教育,2014,06:35-38.
[35]崔哲.军队训练管理系统的设计与实现[D].东北大学,计算机技术,2010,硕士.
[36]钱俊时.科技档案检索和管理新一代软件研制途径的探讨[J].档案学研究.1992(02)
[37]袁经纬.XX公司IT服务管理平台项目管理研究[D].南京邮电大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]刘万迪.我国“复合集约型”老年住区的建构与设计研究[D].沈阳建筑大学,建筑学,2013,硕士.
[39]徐开洁.Linux下算法加密卡的PCIe接口的驱动研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[40]伍静.交通银行公司业务财富管理策略研究[D].兰州大学,工商管理,2012,硕士.
[41]陈建国.团头鲂配合饲料中肉骨粉替代鱼粉的研究[D].南京农业大学,渔业,2013,硕士.
[42]李小红.提高废纸脱墨浆洁净度的工艺控制与优化[D].华南理工大学,制浆造纸工程,2012,硕士.
[43]巴劲松.论信用的民法调整[D].中国政法大学,民商法学,2003,硕士.
[44]蔡霞,张森.自然语言理解在Web数据挖掘中的应用[J].计算机工程与设计,2003,11:1-3.
[45]齐春华.顾客参与对商业银行服务创新绩效的影响研究[D].华中科技大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[46]郑东珍.《醒世姻缘传》“给”字研究[D].华东师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[47]邓超.弹箭非线性角运动规律研究[D].南京理工大学,兵器工程,2013,硕士.
[48]徐立鸿,施建华.基于对象定量和定性信息的组合预测控制[J].自动化学报,1997,02:115-118.
[49]绳丽惠,岳静宜.激励约束并举强化导师责任意识[J].北京教育(高教),2014,Z1:32-34.
[50]何慧.基于传递函数的我国煤炭价格模型及其应用研究[D].北方工业大学,应用数学,2013,硕士.