基于混合开关的电流型无功功率补偿

论文摘要

随着电力系统结构的日益复杂,用电设备更加多样化,电网中无功功率成分造成的问题也越来越严重。目前的无功补偿装置仍然以TSC型无功补偿和STATCOM为主。在当前的无功补偿应用中,这两种装置还存在不同程度的不足。针对无功补偿装置目前的问题,本文提出了一种新型的基于混合开关的电流型无功功率补偿装置,并围绕该装置开展了以下四个方面的研究工作。首先,在综合分析无功补偿装置的成本和性能的基础上,提出了基于混合开关的电流型无功补偿装置的拓扑结构。利用半控型的晶闸管作为主功率开关,用IGBT作为辅助开关,大大降低了制造成本;而与STATCOM相似的工作状态又解决了容量和无级调节等问题,为低成本的高效无功装置提供了新的实现方案。文中给出了具体的电路拓扑,然后在对晶闸管开关特性进行分析的基础上提出了两种改进方案,并对主电路进行了建模分析。其次,对无功补偿装置的控制策略进行分析。简要介绍了瞬时无功功率理论和无功功率的检测方法;给出了直接电流控制和间接电流控制法。文中采用间接电流控制法对无功补偿装置进行控制,详细研究了间接电流控制法的数学模型,动静态稳定性。阐述了间接电流控制中指令电流产生的具体过程,并对其进行仿真和实验验证,为实际装置的控制实验打下了基础。此外,本文讨论了实时检测三相电压频率和相位信息的三相锁相环方法,解决了无功补偿控制算法中的同步问题,通过仿真和实验证明了该锁相法的实用性和有效性。最后,研究了电流型AC/DC拓扑的控制信号生成方法,主要对SVPWM方法进行研究。给出了SVPWM分区及矢量作用时间的算法;并针对混合开关的开关逻辑特点提出利用TMS320LF2407 DSP芯片实现此特殊逻辑的实用方法,通过仿真和实验验证了该方法的可行性。最后的系统实验结果表明基于混合开关的电流型无功功率补偿装置动静态性能良好。

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第一章绪论

1.1 无功补偿的意义

1.2 无功补偿装置

1.2.1 TSC型无功补偿装置（投切电容器）

1.2.2 TCR型无功补偿装置（无功输出的调节开关）

1.2.3 STATCOM[SVG]（高级静止无功功率补偿器）

1.3 无功补偿的国内外研究现状

1.4 基于混合开关的电流型无功功率补偿装置

1.4.1 常规无功补偿装置的局限性

1.4.2 基于混合开关的电流型无功功率补偿装置

1.5 论文研究的主要内容和研究成果

参考文献

第二章基于混合开关的电流型无功补偿

2.1 基于混合开关的电流型无功功率补偿拓扑

2.1.1 拓扑结构分析

2.1.2 拓扑的优化

2.1.3 开关过程分析

2.2 电流型三相变流器

2.3 电流型AC/DC PWM变流器建模分析

2.3.1 三相静止坐标系下的数学模型

2.3.2 静止平面坐标系（αβ坐标系）下的数学模型

2.3.3 两相旋转坐标（dq坐标）下的数学模型

2.4 本章小结

参考文献

第三章无功补偿控制技术的研究与应用

3.1 混合开关的电流型无功功率补偿装置的工作原理

3.2 无功检测理论

3.2.1 瞬时无功功率理论

3.2.2 同步旋转坐标变换理论

3.2.3 时域和频域滤波理论

3.3 混合开关的电流型无功功率补偿装置控制策略研究

3.3.1 直接电流控制

3.3.2 间接电流控制

3.3.3 间接控制中指令电流的确定

3.3.4 电流和电压型间接电流控制比较

3.4 指令电流产生的仿真分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章三相数字锁相环

4.1 锁相环简介

4.2 三相锁相环的基本原理

4.3 三相锁相环控制系统稳定性分析

4.4 三相锁相环仿真分析

4.5 本章小结

参考文献

第五章开关信号的生成

5.1 两逻辑转三逻辑法

5.2 SVPWM调制

5.2.1 SVPWM原理

5.2.2 空间矢量区间判断

5.2.3 矢量作用时间计算

5.3 功率系统仿真

5.4 本章小结

参考文献

第六章实验与波型

6.1 硬件说明

6.1.1 主电路

6.1.2 模拟信号的采样及调理电路设计

6.1.3 强制关断加反压策略

6.1.4 数字控制部分

6.2 程序说明

6.3 三相锁相环电路波型

6.4 SVPWM分区及控制波型

6.5 功率实验波型

6.5.1 开关频率1000Hz实验波型

6.5.2 开关频率2000Hz实验波型

6.5.3 继续提高开关频率的试验

6.6 本章小结

参考文献

第七章总结与展望

7.1 本文总结

7.2 展望

致谢

附录一在学期间发表论文

附录二实物照片

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