● 摘要
随着电网规模和覆盖范围的扩大以及不平衡负荷的增多，电网负荷不平衡的情况越来越严重。负荷不平衡会导致电网的损耗增大、关键设备出现过流故障甚至损坏等问题。本文对采用静止同步补偿器对电网不平衡负荷和无功功率进行综合补偿的方法进行了研究，主要工作及结论如下：
本文探讨了静止同步补偿器补偿无功电流、负序电流和零序电流时，静止同步补偿器、电网和负荷之间功率流动机理。在此基础上，建立了三相四桥臂静止同步补偿器在两相旋转dq0坐标系下的数学模型，为静止同步补偿器直流侧电容容量设计和直流侧电压控制方法研究提供理论依据。
本文提出了三相四桥臂静止同步补偿器基于陷波器的电压环控制方法。利用陷波器抑制静止同步补偿器电压环输出信号和有功电流负序分量指令之间存在的干扰，滤除直流侧电压环输入信号中的2倍频波动，抑制静止同步补偿器输出电流中的三次谐波和负序电流，提高静止同步补偿器的输出电流质量。采用Matlab对提出的控制方法进行仿真分析，验证了提出的控制方法可以有效的抑制由于补偿不平衡负荷电流造成的静止同步补偿器输出电流中含有负序电流和三次谐波的问题。通过采用基于陷波器的电压环控制方法，可以有效的提高静止同步补偿器对电网负序电流的缓冲能力。
本文建立了基于模糊自适应PI控制策略的电压环控制方法。针对静止同步补偿器电压环引入陷波器导致的动态特性受到一定影响的问题，对电压环控制方法进行了相应的改进，设计了基于模糊自适应PI控制策略，改进了目前采用的模糊自适应PI的模糊输入量以及模糊控制规则。相对于传统的PI控制器，更加满足补偿不平衡电流条件下三相四桥臂静止同步补偿器对于直流侧电压的控制需求。采用MATLAB对设计的模糊自适应PI控制策略进行仿真分析。仿真结果表明，改进的模糊自适应PI控制策略提高了系统的动态特性，更能满足静止同步补偿器对于直流侧电压控制的需求。
本文提出了基于超级电容器的电网负荷不平衡电流能量缓冲方法。根据本文对于静止同步补偿器与电网和负荷之间的功率交换的分析，提出了采用基于双向DC/DC变换器的超级电容器系统完成对电网不平衡负荷电流的缓冲。采用了结构简单、运行效率高的双向Buck/Boost变换器连接静止同步补偿器直流侧电容与超级电容器系统。针对双向Buck/Boost变换器电压环指令信号为交直流信号叠加的特点，采用比例谐振PR控制方法，仿真结果表明PR控制器有效的提高了系统对电压环指令信号跟踪的准确性，完成了不平衡能量从直流侧电容到超级电容器的转移，验证了本章设计的将三相四桥臂静止同步补偿器与基于双向DC/DC变流器的超级电容器系统相结合方法的有效性。
研制了±50kVar三相四桥臂静止同步补偿器实验样机。在论文中理论研究和仿真研究的基础上研制了±50kVar三相四桥臂静止同步补偿器实验样机，给出了详细的硬件设计和软件设计过程，进行了实验验证对电网无功电流、负序电流和零序电流的补偿功能。实验结果验证了本文提出的补偿电网负荷不平衡电流的控制策略的正确性和有效性。