TCR型静止无功补偿器的研究

论文摘要

随着电力电子设备、交直流电弧炉和电气化铁道等非线性、冲击性负荷的大量接入电网,引起了电网无功功率不足、电压波动与闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等一系列电能质量问题,并严重威胁着电力系统的安全稳定运行。反过来,电能质量的恶化,又影响着用电设备的正常工作。晶闸管控制电抗器(TCR)型静止无功补偿器由于在补偿负荷无功功率的同时,还具备平衡三相负荷和抑制电压波动与闪变的能力,近年来成为无功补偿领域的研究热点。本文首先详细分析了TCR的基本结构和工作原理,重点分析了TCR的补偿特性、谐波特性和谐波抑制方法,给出了主电路拓扑结构。其次,详细分析了各种无源电力滤波器的结构和工作原理,并在此基础上对影响滤波器性能的有关参数进行了深入分析,重点研究了等值频偏、品质因数和截止频率、调谐锐度、阻抗特性、损耗等对单调谐滤波器和高通滤波器性能的影响。采用无功补偿法设计了无源滤波器的参数,由工程实例仿真验证了设计方法的正确性。再次,本文分析了不平衡负荷的补偿原理,通过并联电容和电感元件,可以使任意不平衡系统转变成平衡系统,同时使功率因数达到1,推导出了补偿电纳的表达式。研究了传统的无功电流检测方法,对其存在的不足进行了改进,使其达到了更精确的补偿。建立了由TCR和无源滤波器组成的用于配电网无功功率与不平衡负荷综合补偿系统的仿真模型,通过MATLAB仿真证实了在校正功率因数和平衡负荷方面,改进算法要比传统算法精确,仿真结果证实了此改进算法的正确性。最后,本文研究并设计了一种以数字信号处理器芯片为硬件核心的TCR控制器。实验结果显示,装置能够有效抑制电网电压的波动和闪变,补偿无功功率,改善系统的三相不平衡度。结果表明,该方法是正确的和有效的,具有实际的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无功功率的影响
• 1.1.2 无功补偿的作用
• 1.2 无功补偿的发展概况及存在问题
• 1.2.1 并联电容器
• 1.2.2 同步调相机
• 1.2.3 静止无功补偿器
• 1.2.4 静止无功发生器
• 1.2.5 国内外研究动态
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 TCR的特性研究及拓扑结构
• 2.1 引言
• 2.2 TCR的基本特性
• 2.2.1 TCR的基本结构与工作原理
• 2.2.2 TCR的补偿特性及谐波分析
• 2.3 TCR的谐波抑制和拓扑结构
• 2.3.1 TCR的谐波抑制
• 2.3.2 TCR补偿系统的拓扑结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 无源滤波器原理及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 无源滤波器结构及原理特性
• 3.2.1 单调谐滤波器
• 3.2.2 高通滤波器
• 3.3 滤波装置设计方法研究
• 3.3.1 单调谐滤波器设计
• 3.3.2 高通滤波器设计
• 3.4 工程设计方法实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 TCR控制方法改进及仿真结果
• 4.1 引言
• 4.2 不平衡负荷的补偿原理
• 4.3 传统的无功电流检测方法
• 4.3.1 基于αβ变换的电流检测方法
• 4.3.2 基于dq变换的电流检测方法
• 4.4 改进的无功电流检测方法
• 4.5 TCR控制系统框图
• 4.6 仿真结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 TCR控制系统的硬件和软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 TCR控制系统的硬件设计
• 5.2.1 控制核心DSP
• 5.2.2 模拟量采集电路
• 5.2.3 开关量输入与输出电路
• 5.2.4 触发系统电路
• 5.2.5 保护电路
• 5.3 TCR控制系统的软件设计
• 5.3.1 软件主程序结构
• 5.3.2 系统初始化模块
• 5.3.3 A/D采样模块
• 5.3.4 补偿电纳计算模块
• 5.3.5 触发模块
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢