统一潮流控制器（UPFC）稳态运行特性的研究与实验

论文摘要

统一潮流控制器(UPFC)是柔性交流输电系统(FACTS)中最具代表性的一员,具备控制多种电力系统参数的能力,可以灵活地调节线路有功和无功功率、阻尼系统振荡、增强电力系统的稳定性和提高输电线路的传输极限,因而成为交流输电系统中最理想的控制设备。 本文介绍了统一潮流控制器的发展和现状,分析了统一潮流控制器的工作原理和正弦脉宽调制(SPWM)技术有效的抑制谐波的原理,并以此为基础设计了以全控型电力电子元件IGBT为核心器件的主电路、以数字信号处理器TMS320LF2407为基础的控制电路和以正弦脉宽调制(SPWM)为核心内容的控制软件。我们采用的TOSHIBA公司生产的GT40T301型IGBT开关速度快、通态压降低、耐压高、承受电流大等优点,使得我们的UPFC主电路的性能和可靠性大大提高;TI公司生产的数字信号处理器TMS320LF2407具有灵活的指令集、执行速度快、可靠性高以及在CPU指令中直接提供数字信号处理的相关算法等优点,为我们的控制器达到良好的控制效果提供了可靠的保证,其性能是用单片机作为控制器所不能比拟的。 在此基础上研制了UPFC的实验装置,并且在实验室的环境下进行了数据采集、测量频率、2407 DSP输出SPWM波形、信号处理和驱动电路输出SPWM波形、换流器1整流输出、换流器2逆变空载和加滤波电路后输出以及再经变压器升压后的波形等各种相关特性实验,证实了该装置的可行性,为进一步研究UPFC打下了良好的技术基础,同时也为UPFC更加深入的研究提供了实验平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 统一潮流控制器产生的背景条件
• 1.1.1 以UPFC为代表的FACTS技术的发展背景
• 1.1.2 电力电子技术和器件本身的发展
• 1.1.3 采用FACTS技术可取得的主要作用
• 1.1.4 电力系统几种主要的调压措施
• 1.2 国内外应用FACTS技术的现状
• 1.2.1 国外应用FACTS技术研究无功补偿装置的现状
• 1.2.2 国内应用FACTS技术研究无功补偿装置的现状
• 1.3 统一潮流控制器的研究现状
• 1.4 本课题的研究意义
• 1.5 论文的主要工作和亮点
• 第2章 UPFC的工作原理分析
• 2.1 电力系统电压调整与无功补偿
• 2.2 UPFC的工作原理
• 2.2.1 UPFC并联侧的工作原理分析
• 2.2.2 UPFC串联侧的工作原理分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 UPFC硬件电路
• 3.1 UPFC主体电路设计
• 3.1.1 换流器1的设计
• 3.1.2 换流器2的设计
• 3.2 控制电路的设计
• 3.2.1 TMS320LF2407 DSP的结构和特点
• 3.2.2 采样信号预处理电路
• 3.2.3 频率测量预处理电路
• 3.2.4 SPWM信号处理与IGBT驱动电路
• 3.3 本章小结
• 第4章 脉冲宽度调制技术与UPFC软件设计
• 4.1 PWM抑制谐波技术的原理
• 4.2 脉宽调制（PWM）逆变器
• 4.3 正弦脉宽调制（SPWM）原理及其优点
• 4.3.1 双级性正弦脉宽调制原理与分析
• 4.4 软件方法生成SPWM的原理
• 4.5 利用2407 DSP实现SPWM波形输出
• 4.6 实现SPWM脉冲输出的软件编程
• 4.7 UPFC控制系统软件设计
• 4.7.1 初始化模块
• 4.7.1.1 系统初始化模块
• 4.7.1.2 外设初始化模块
• 4.7.2 电网频率跟踪模块
• 4.7.3 模数转换模块
• 4.7.4 FFT与电量计算模块
• 4.7.4.1 计算步骤
• 4.7.4.2 数据格式问题
• 4.8 本章小结
• 第5章 实验结果分析
• 5.1 2407 DSP输出的SPWM脉冲波形
• 5.2 经驱动电路后的SPWM脉冲波形
• 5.3 换流器1整流输出的波形
• 5.4 经过换流器2逆变后输出的SPWM脉冲波形
• 5.5 数据采集部分试验结果
• 5.6 测量频率部分试验结果
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢与声明
• 攻读学位期间发表的学术论文目录