电网无功功率分析与补偿器的研究

论文摘要

解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题不外乎两种途径:一种是装设补偿装置,如有源滤波器、无功功率补偿器等,设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿;另一种是对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波也不消耗无功功率。后一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新,代价较大,因此有一定的局限性。而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备,并且方法简单,已得到广泛应用。本文通过对无功功率补偿的发展过程及其在实际应用中所起到的重要作用的叙述,阐述了无功功率补偿的基本原理(包括TCR,TSC等控制系统的基本原理);在把动态无功功率补偿与其他无功补偿的方法比较后发现,动态无功功率补偿具有可靠性高、控制灵活、对电容器的容量要求不高和连接电抗小等优越性;详细叙述了动态无功功率补偿器(SVG)的原理(基本原理和工作原理),由于SVG正常工作时就是通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压,就像一个电压型逆变器,只不过其交流侧输出接的不是无源负载,而是电网。目前,具有动态补偿性能的SVC虽应用较多,但其最大的弱点就是补偿容量受装置自身容量的限制,而且对电容器组的连续投切会产生大量谐波。另一种具有动态补偿性能的是SVG(无功发生器),其补偿特性完全脱离了阻抗器装置的特性,成为完全可控的电压源或电流源,使得无功功率补偿装置的性能得到了很大的提升,对电网电压的控制能力很强。根据油田电网无功功率的规律及特点,找到适合辽河油田无功功率补偿的方法;对SVG进行了总体的硬件设计;其中包括SVG主电路(直流侧电容、交流侧滤波器、IGBT、逆变器等)、电流电压检测电路、等硬件电路的设计。建立了动态无功功率补偿器(SVG)的数学模型,研究安装同等容量的SR或SVG后流入安装点的无功电流与其电压的变化情况,用Matlab对SVG动态补偿系统进行动态仿真分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究背景
• 1.2 无功功率补偿器的发展
• 1.2.1 无功功率补偿器的发展概况
• 1.2.2 无功补偿的作用
• 1.3 辽河油田电网无功功率的规律及特点
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 无功功率补偿的基本理论
• 2.1 无功功率补偿的基本原理
• 2.2 传统静止无功补偿装置SVC)原理
• 2.2.1 具有饱和电抗器的无功补偿装置（SR）
• 2.2.2 晶闸管控制电抗器（TCR）
• 2.2.3 晶闸管投切电容器（TSC）
• 2.3 静止无功发生器SVG的控制方法研究
• 2.3.1 电流间接控制
• 2.3.2 电流直接控制
• 2.4 小结
• 第三章 动态无功功率补偿的基本理论
• 3.1 动态无功补偿与其它无功补偿及滤波的比较
• 3.2 动态无功补偿的功能与优越性
• 3.3 动态无功功率补偿的原理
• 3.3.1 动态无功功率补偿的基本原理
• 3.3.2 动态无功功率补偿的工作原理
• 3.3.3 动态无功功率补偿的理论分析
• 3.4 动态无功功率补偿器的工作特性
• 3.5 适合辽河油田无功补偿的方法
• 3.6 小结
• 第四章 动态无功功率补偿系统的硬件设计
• 4.1 系统硬件构成的总体结构
• 4.2 无功检测单元参数设计
• 4.2.1 电压电流检测
• 4.2.2 电压电流信号调理电路
• 4.3 同步信号产主电路
• 4.4 主电路参数设计
• 4.4.1 直流侧电容的设计
• 4.4.2 交流侧滤波器的设计
• 4.4.3 IGBT的选择
• 4.4.4 IGBT逆变器技术参数
• 4.4.5 补偿变压器的选择
• 4.5 IGBT驱动电路的设计
• 4.5.1 西门康SKHI60型IGBT驱动电路
• 4.5.2 电平转换电路
• 4.6 小结
• 第五章 动态无功功率补偿系统的仿真
• 5.1 动态无功补偿装置的数学模型及控制系统
• 5.2 动态无功补偿系统的动态仿真
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢