冲击性负荷的静止无功补偿控制策略及仿真研究

论文摘要

目前我国工业企业普遍采用并联电容器进行无功功率静态补偿。由于静态补偿装置不能动态跟踪负荷无功功率的变化,使得我国电网在建设和运行中长期存在的一个问题是无功备用容量不足和配备不合理、以及缺乏灵活调节能力的无功补偿装置。随着电力系统的快速发展,配电网中大量冲击性负荷的相继投入使得低压电网上的电压波动频繁和闪变、功率因素低,这极大地影响了设备的正常工作。因此,迫切需要能快速跟踪冲击负荷的无功功率变化的动态无功补偿装置。本文对重庆市渝北区部分工业企业进行了调研,发现目前采用电容器静态补偿普遍存在两个主要问题:一是由于电容器静态补偿自身固有的缺点,经常出现过补和欠补,不能进行快速动态补偿系统的无功功率,二是控制方法选择不合理。这导致了工业企业无功补偿装置不能很好地起到调节系统电压、平衡系统无功功率以及提高功率因素的作用。针对电容器静态补偿装置不能快速跟踪负荷无功功率变化的问题,本文以晶闸管投切电容器（TSC）动态无功补偿装置代替静态补偿装置,用MATLAB软件模拟重庆市渝北区某工业企业现场情况,对其进行了动态无功补偿装置仿真实验研究,仿真结果论证了静止无功补偿器可以很好地实现对负荷侧无功动态补偿。针对控制方法选择不合理问题,本文以固定电容器—晶闸管控制电抗器型（FC-TCR）静止无功补偿器为研究对象,首先讨论了该企业的负荷情况,合理确定了静止无功补偿器补偿容量;其次,对控制对象建立了数学模型,设计出了最优非线性PID控制器,并用单纯形加速算法优化PID控制参数,使系统控制性能达到最优;最后对基于最优非线性PID控制的静止无功补偿器进行了MATLAB仿真实验,仿真结果论证了所设计的控制算法正确性,可以快速地跟踪冲击负荷的无功功率的变化。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.3 本文研究的主要工作
• 2 重庆市渝北区无功补偿调查分析
• 2.1 重庆市渝北区部分企业无功补偿现状
• 2.2 某企业静态电容器补偿控制方法
• 2.2.1 电容器补偿基本原理
• 2.2.2 电容器补偿控制方法
• 2.2.3 冲击负荷投切时“九区图”控制的讨论
• 2.3 静态补偿存在的问题和解决的措施
• 2.4 本章小结
• 3 晶闸管投切电容器的动态无功补偿仿真与分析
• 3.1 晶闸管投切电容器基本原理
• 3.2 晶闸管投切电容器动态补偿MATLAB 仿真实现
• 3.2.1 电源和负荷模块
• 3.2.2 电容补偿模块
• 3.2.3 控制器模块
• 3.2.4 显示模块
• 3.3 仿真结果与数据分析
• 3.4 本章小结
• 4 静止无功补偿器基本原理
• 4.1 无功功率定义
• 4.1.1 传统无功功率定义
• 4.1.2 瞬时无功功率定义
• 4.2 静止无功补偿器基本结构与原理
• 4.2.1 饱和电抗器
• 4.2.2 晶闸管控制电抗器
• 4.2.3 晶闸管控制高漏抗变压器
• 4.3 静止无功补偿器动态性能与控制原理
• 4.3.1 静止无功补偿器动态性能
• 4.3.2 晶闸管触发原理
• 4.3.3 控制策略分析
• 4.4 本章小结
• 5 静止无功补偿器最优非线性PID 控制及仿真分析
• 5.1 单纯形法
• 5.2 静止无功补偿最优非线性PID 控制器设计
• 5.2.1 控制系统组成
• 5.2.2 无功电流检测与指令电流计算
• 5.2.3 系统数学模型
• 5.2.4 PID 控制器参数整定
• 5.2.5 最优非线性PID 控制器设计
• 5.3 仿真分析
• 5.3.1 晶闸管触发角与导纳比近似关系函数
• 5.3.2 TCR 系统模块
• 5.3.3 TCR 控制模块
• 5.3.4 仿真结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 作者在攻读学位期间发表的论文目录