新型静止无功发生器控制器的研究
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摘要
无功补偿是维持现代电力系统稳定与经济运行所必需的，新型静止无功发生器(STATCOM)经过二十多年的发展，已成为静止无功补偿技术的发展方向，是今后柔性交流输电系统的一种重要的无功补偿装置。
本文论述了STATCOM的发展概况，研究了STATCOM的工作原理，分析了瞬时无功功率在STATCOM控制系统中的应用，并在此基础上建立了STATCOM的稳态模型和动态模型。根据电力系统变参数、非线性以及对控制要求多目标的特点，本文针对维持系统节点电压、阻尼系统振荡、提高系统暂态稳定性能等不同控制目标分别设计了控制器，然后将模糊逻辑和多状态线性反馈相结合，提出了一种能满足电力系统多目标要求的控制方法，并用该控制方法为STATCOM设计了控制器。以单机无穷大系统为例进行仿真的结果证明了所设计多目标控制方法优于PI控制方法，使STATCOM在任何状态下均能充分发挥其控制效果。最后，本文给出了采用DSP芯片实现的控制器设计方案。控制器采用TMS320F240芯片实现电量采样和完成控制算法，它与脉冲发生器的数据交换是通过双口RAM完成的，从而实现了无功补偿装置真正意义上的全数字化控制方案。
Var compensation is necessary in maintaining stability and economy of modern power system. It has been more than twenty years since Static Synchronous Compensator was developed. STATCOM is an important Var compensator applied in Flexible AC Transmission System (FACTS) and it is the direction in static Var compensator technology.
This paper summarizes the development of STATCOM, studies its principle and analyzes the application of the instantaneous reactive power in STATCOM. By theoretical analysis, the steady model and the dynamic model for STATCOM are deduced. A novel strategy combined the Fuzzy Logic of linear multivariable feedback control to design a controller of STATCOM to meet the multi-objective demands of power systems is also proposed in this dissertation, and the controller is designed with this strategy, because of variational element, nonlinearity and multi-objective controlling demands of STATCOM, this paper designs the controller respectively aimed at continuous linear control for voltage maintaining, oscillation damping, improving the transient stability . Results of Simulation based on a single machine to infinite bus system show that the controller has better performance than traditional PI controller in the power system, and makes STATCOM exert its control effect sufficiently under any circumstance.
Finally, the controller based on DSP (TMS320F240) is designed in this dissertation, and the communication between the controller and the pulse generator was achieved with dual-port RAM, so the control strategy of total digitization is realized really.
本文论述了STATCOM的发展概况，研究了STATCOM的工作原理，分析了瞬时无功功率在STATCOM控制系统中的应用，并在此基础上建立了STATCOM的稳态模型和动态模型。根据电力系统变参数、非线性以及对控制要求多目标的特点，本文针对维持系统节点电压、阻尼系统振荡、提高系统暂态稳定性能等不同控制目标分别设计了控制器，然后将模糊逻辑和多状态线性反馈相结合，提出了一种能满足电力系统多目标要求的控制方法，并用该控制方法为STATCOM设计了控制器。以单机无穷大系统为例进行仿真的结果证明了所设计多目标控制方法优于PI控制方法，使STATCOM在任何状态下均能充分发挥其控制效果。最后，本文给出了采用DSP芯片实现的控制器设计方案。控制器采用TMS320F240芯片实现电量采样和完成控制算法，它与脉冲发生器的数据交换是通过双口RAM完成的，从而实现了无功补偿装置真正意义上的全数字化控制方案。
Var compensation is necessary in maintaining stability and economy of modern power system. It has been more than twenty years since Static Synchronous Compensator was developed. STATCOM is an important Var compensator applied in Flexible AC Transmission System (FACTS) and it is the direction in static Var compensator technology.
This paper summarizes the development of STATCOM, studies its principle and analyzes the application of the instantaneous reactive power in STATCOM. By theoretical analysis, the steady model and the dynamic model for STATCOM are deduced. A novel strategy combined the Fuzzy Logic of linear multivariable feedback control to design a controller of STATCOM to meet the multi-objective demands of power systems is also proposed in this dissertation, and the controller is designed with this strategy, because of variational element, nonlinearity and multi-objective controlling demands of STATCOM, this paper designs the controller respectively aimed at continuous linear control for voltage maintaining, oscillation damping, improving the transient stability . Results of Simulation based on a single machine to infinite bus system show that the controller has better performance than traditional PI controller in the power system, and makes STATCOM exert its control effect sufficiently under any circumstance.
Finally, the controller based on DSP (TMS320F240) is designed in this dissertation, and the communication between the controller and the pulse generator was achieved with dual-port RAM, so the control strategy of total digitization is realized really.
引文
【1】 张扬。电力系统发展的新趋势。浙江电力，2002，(4)：1-6
【2】 韩英铎，王仲鸿，林孔兴等。电力系统中的三项前沿课题。清华大学学报，1997，37(07)：1-6
【3】 王仲鸿，沈斐，吴铁铮。FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展。电力系统自动化，2000，24(19)：1-5
【4】 何大愚。柔性交流输电技术及其控制器研制新发展。电力系统自动化，1997，21(6)：1-6
【5】 M. Aredes, A.F.C. Aquino, G.Santos JS. Multipulse converters and controls for HVDC and FACTS systems. Electrical Engineering, 83(2001): 137-145
【6】 C. Schauder, M. Gernhardt, E. Stacey, et al. Oeration of ± 100MVAR TVA STATCON. IEEE Trans, 1997, 12(4): 1805-1811
【7】 戴文进，何征海，梁文莉，谌艳红。FACTS技术分析。南昌水专学报，1999，18(2)：49-53
【8】 李淼。灵活交流输电系统在电力系统中的应用。湖北电力，2002，26(4)：98-99
【9】 王兆安，杨君。谐波抑制和无功功率补偿。机械工业出版社，1998
【10】 T．J．E．米勒。电力系统无功功率控制。水利水电出版社，1990
【11】 刘文华。基于GTO的新型静止无功发生器的系统分析与参数设计：【博士学位论文】。北京，清华大学电机系，1996
【12】 韩英铎，严干贵，姜齐荣，黄民聪。信息电力与FACTS及DFACTS技术。电力系统自动化，2000，24(19)：1-8
【13】 何大愚，柔性交流输电控制器及对我国开发应用的建议。电网技术，1996，20(7)：1-9
【14】 刘文华，姜齐荣。±20MVAR STATCOM总体设计。电力系统自动化，
2000，24(23)：14-18
【15】翁立民，舒立平。静止无功发生器(SVG)简介。供用电，2001，18(1)：16-18
【16】王兆安，黄俊。电力电子技术。机械工业出版社，2000
【17】林烽。±20Mvar ASVG主电路与保护系统的研究：【硕士学位论文】。北京，清华大学电机系电气工程专业，1999
【18】姜齐荣，王强，等。新型静止无功发生器(ASVG)装置的建模及控制。清华大学学报，1997，37(7)：21-25
【19】陈国呈译。电力电子电路。科学出版社，2003
【20】纪勇。±20Mvar ASVG装置的控制器与监测系统的研制：【硕士学位论文】。北京，清华大学电机系电气工程专业，1999
【21】B.M. Han, G.G. Karaady, J.K. Park. Interaction Analysis Model for Transmission Static Compensator With EMPT. IEEE Trans on Power Delivery, 1998, 13(4): 1297-1302
【22】C. Schauder and M. Mehta. Vector analysis and control of advanced static VAR compensator. IEE 5th International Conference on AC and DC Transmission, publication No. 345, pp. 266-272, 1991
【23】杨冠城。电力系统自动装置原理。水利水电出版社，1986
【24】吴青华，蒋林。非线性控制理论在电力系统中应用综述。电力系统自动化，2001，1(3)：1-10
【25】秦华标等。模糊神经网络在电网综合补偿器设计中的应用。华南理工大学学报，2000，28(3)：116-120
【26】韩祯祥，吴小苗。模糊理论在电力系统中的应用。电力系统自动化，1994，18(4)：55-64
【27】沈沉等。预测模糊控制及其在ASVG上的实现。电力系统自动化，1997．21(10)：4-8
【28】段海峰等。一种基于模糊逻辑的电压无功控制策略。电力系统自动化，1997，21(6)：23-28
【29】王建元，纪延超。一种自动无功功率补偿模糊控制策略的研究。电网技术，2002，25(2)：41-44
【30】涂光瑜等。人工智能技术在电力系统无功电压控制中的应用。电网技术，2002，26(6)：22-28
【31】徐俊起。新型静止无功发生器的研究：【硕士学位论文】。成都，西南交通大学电力电子与电力传动专业，2003
【32】姜齐荣。新型静止无功发生器建模及其控制的研究：【博士学位论文】。北京：清华大学电机工程与应用电子技术系，1997
【33】李光琦。电力系统暂态分析。中国电力出版社，1995
【34】E. Lerch, D. Povh, L. Xu.Advanced SVC Control for Damping Power Systems Oscillations. IEEE Trans. On Power Systems, 1991, 46(2): 524-531
【35】厉玉鸣，翁维勤。非线性控制系统。化学工业出版社，1985
【36】章为国等。模糊控制理论与应用。西北工业大学出版社，1999
【37】诸静等。模糊控制原理与应用。机械工业出版社，1995
【38】汪培庄等。模糊数学。国防工业出版社，1993
【39】Chen Jianye, Y.H. Song. T.J. Stonham, Li Chun. Development of a Fuzzy Rule-Based Multi-Objective Hybrid Controller for Static Synchronous Compensator[J]. Neural Computing & Applications, 2000, 9:29-37
【40】范影乐等。MATLAB仿真应用详解。人民邮电出版社，2001
【41】汤亚芳，施怀瑾等。基于MATLAB的电力系统新型元件的仿真建模分析。贵州工业大学学报(自然科学版)，2001，30(3)：46-49
【42】陈桂明，张明照。应用MATLAB建模与仿真。科学出版社，2001
【43】王强等。20Mvar静止无功发生器(SVG)控制器的设计。电力电子
技术，1999，12(6)：1-4
【44】修成林，王强等。高精度ASVG数字脉冲发省器的研究。清华大学学报(自然科学版)，1997，37(7)：35-38
【45】罗眉，周林。基于DSP的FACTS控制器。渝州大学学报，2001，18(4)：45-48
【46】宁改娣，杨栓科。DSP控制器原理及应用。科学出版社，2002
【47】刘和平等。TMS320LF240X DSP结构、原理及应用。北京航空航天大学出版社，2002
【48】TMS320C2XX User's Guide. Texas Instruments, 1997
【49】TMS320F/C24X DSP Controllers CPU and Instruction Set. Texas Instruments, 2001
【50】TMS320F240 EVM板使用说明书。北京闻亭公司科技发展有限责任公司，2000
【2】 韩英铎，王仲鸿，林孔兴等。电力系统中的三项前沿课题。清华大学学报，1997，37(07)：1-6
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【45】罗眉，周林。基于DSP的FACTS控制器。渝州大学学报，2001，18(4)：45-48
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【49】TMS320F/C24X DSP Controllers CPU and Instruction Set. Texas Instruments, 2001
【50】TMS320F240 EVM板使用说明书。北京闻亭公司科技发展有限责任公司，2000
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