PWM在电力电容器连续调容方面的理论研究

论文摘要

针对目前电力系统无功补偿广泛应用的并联电力电容器分组投切装置补偿时存在极差,不易做到电容连续调节动态补偿无功的问题,本文提出了采用电力电子器件应用PWM连续调容技术进行无功补偿的方法。本文介绍了无功功率动态补偿的基本原理和无功功率的检测方法,详细论述了PWM连续调容方法的基本原理:根据PWM技术的等面积原理,用频率大于10kHz的两互补脉冲控制投切两电容器,改变脉冲的占空比做到投入系统等效电容的连续调节。本文首先应用公式推导的方法分析给出了等效可调节电容的理论公式,分析了采用此种方法时补偿所用电容、电感和电力电子开关的耐压情况,以及两电容容量的比例和电容的可调节范围,为实际应用此方法进行动态无功补偿提供了器件选择的电气依据。在理论分析的基础上采用MATLAB的SIMULINK工具箱建立了PWM连续调容仿真模型,仿真分析了等效可调电容的大小与控制脉冲占空比的函数关系,以及所用电容、电感和电力电子开关两端所承受电压随控制脉冲占空比的变化关系,并与理论计算值比较,验证连续调容理论的正确性。在PWM连续调容的理论和仿真分析基础上,本文应用TI公司的快速数字信号处理芯片TMS320VC33和ALTERA公司的CPLD设计了无功补偿控制器的硬件电路,并利用此控制器中CPLD编程产生占空比可调的PWM脉冲控制投切两电容,补偿低压阻感负载所消耗的无功功率。试验表明采用此种方法可连续调节电容进行动态无功功率补偿。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外现有无功补偿技术及其常用方法
• 1.2.1 无功补偿技术的发展
• 1.2.2 目前常用的无功补偿装置简介
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 PWM 电力电容器连续调容的原理
• 2.1 引言
• 2.2 无功功率动态补偿原理
• 2.3 瞬时无功功率理论和无功功率的检测
• 2.3.1 基于瞬时无功功率理论的无功检测方法
• 2.3.2 无功补偿容量的确定
• 2.3.3 无功补偿所用电容器组和电感的选取
• 2.4 瞬时PWM 连续调容的基本原理
• 2.4.1 PWM 技术简介
• 2.4.2 PWM 连续调容基本原理及公式推导
• 2.5 PWM 连续调容方法分析
• 2.5.1 电容两端的电压与控制脉冲占空比之间的关系
• 2.5.2 两电容容量比例关系的确定方法
• 2.5.3 控制开关及电感两端电压与控制脉冲占空比之间关系
• 2.6 本章小结
• 第3章 PWM 连续调容方法的仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 采用MATLAB 的PWM 连续调容方法仿真分析
• 3.2.1 MATLAB 仿真电路原理分析
• 3.2.2 电路中各部分电压电流波形分析
• 3.2.3 等效电容的仿真测试值与理论计算值比较及误差分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于PWM 连续调容的无功补偿装置
• 4.1 引言
• 4.2 应用PWM 连续调容的主电路
• 4.3 应用PWM 连续调容的控制器设计
• 4.4 无功补偿装置的硬件电路设计
• 4.4.1 采样电路设计
• 4.4.2 光纤收发电路的设计
• 4.4.3 基于DSP 和CPLD 的PWM 脉冲电路设计
• 4.5 单相低压阻感负载下的调容电路试验
• 4.5.1 低压试验电路原理
• 4.5.2 试验电路分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢