静止型无功补偿系统设计与网络控制方法

论文摘要

越来越多的大功率电力电子设备、电弧炉和电气化铁路等负载的接入电网,造成了电网的无功损耗和三相不平衡度的增加,严重降低了电网的电能质量。静止型动态无功补偿装置(Static Var Compensator, SVC)具有输出连续快速可调无功、三相分别控制的优点。特别是针对电弧炉和电气化铁路这些无功功率变化迅速和三相不平衡的负荷,具有很好的补偿效果。计算机技术和通信技术的飞速发展,使网络应用在全球范围内日益普及,并渗透到社会生活的各个领域。SVC的网络控制有助于提高无功补偿的灵活性和实现电网的全局无功优化,因此SVC的网络控制方法的研究具有现实意义。本文首先研究了SVC的补偿算法,在电网三相不平衡负荷的补偿方法的基础上比较了常用的几种补偿算法的优缺点,并研究了将矢量定向技术用于电网的有功电流和无功电流提取的方法,通过数学推理和仿真分析验证了这种方法的实用性和先进性。然后设计了基于数字信号处理器(Data Signal Processor, DSP)和单片机的SVC控制器,其中硬件采用模块化设计的思想,给出了互感器模块、DSP采样模块和脉冲触发模块的电路设计及其原理说明,并通过电路的实测效果证明了硬件电路能完成所要需要的功能；软件部分包括软件的流程设计和DSP软件的优化方法,其中软件的优化在DSP芯片TMS320F2812的内部结构和功能的基础之上,提出了提高软件运行速度和稳定性的方法；在控制器设计之后还给出了SVC控制系统的simulink仿真分析,仿真表明SVC控制器能满足补偿无功功率和三相不平衡的要求。最后对SVC的网络控制方法进行了研究,对具有随机网络时延情况下的SVC进行了分析建模并设计了针对该模型的控制器,对模型和控制器的仿真表明所设计的控制器对于有随机时延的SVC网络控制系统具有稳定的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外SVC控制器研究现状
• 1.2.1 国外SVC控制器
• 1.2.2 国内SVC控制器
• 1.3 TCR+FC型SVC的补偿原理
• 1.4 本文主要工作与章节安排
• 第2章 SVC补偿算法及控制策略的研究
• 2.1 无功功率补偿算法
• 2.1.1 平衡化补偿原理
• 2.1.2 平衡化补偿算法
• 2.2 基于电网电压定向矢量变换的补偿算法
• 2.2.1 电网电压矢量定向的原理
• 2.2.2 电压矢量定向算法的证明
• 2.2.3 矢量定向的实现
• 2.3 电网电压定向矢量变换补偿算法的仿真分析
• 2.3.1 电压对称时的仿真结果
• 2.3.2 电压不对称时的仿真结果
• 2.3.3 电压不对称且有畸变时的仿真结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 SVC控制器的硬件设计
• 3.1 SVC控制器的硬件结构和工作原理
• 3.2 互感器模块
• 3.3 DSP采样模块
• 3.3.1 DSP芯片TMS320F2812的特性
• 3.3.2 DSP采样模块的结构
• 3.3.3 采样前置电路
• 3.3.4 AD采样芯片的硬件电路和使用
• 3.3.5 锁存器电路
• 3.3.6 双口RAM电路
• 3.4 脉冲发生模块
• 3.4.1 过零检测电路
• 3.4.2 12-bit二进制计数器和比较器
• 3.4.3 脉冲整形电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 SVC控制器的软件设计优化及系统仿真
• 4.1 DSP的软件设计
• 4.1.1 主程序流程设计
• 4.1.2 中断程序流程设计
• 4.1.3 报警处理流程设计
• 4.1.4 晶闸管触发角计算的查表实现
• 4.1.5 数字PID算法的实现
• 4.2 DSP的软件性能优化
• 4.2.1 利用DSP的RAM空间提高软件运行速度
• 4.2.2 利用IQmath库提高浮点数运算速度
• 4.2.3 DSP看门狗的使用
• 4.3 SVC的系统仿真
• 4.3.1 仿真模型的搭建
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 SVC控制器的网络控制
• 5.1 电力系统的网络控制
• 5.1.1 电力系统网络控制的背景和意义
• 5.1.2 网络控制在电力系统中的应用
• 5.2 网络控制系统的分析与建模
• 5.2.1 网络控制系统中的时延
• 5.2.2 网络控制中的数据包丢失与时序错乱
• 5.2.3 网络控制中节点的驱动方式
• 5.3 SVC控制器的网络控制方法
• 5.3.1 SVC控制器的网络控制系统建模
• 5.3.2 网络控制器的设计
• 5.4 SVC网络控制的仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所做工作