基于三维空间矢量的检测法在无功动态补偿中的仿真研究

论文摘要

电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严重。谐波和无功成为影响电能质量的主要因素。传统的补偿对策是在负荷端分别对谐波、无功进行补偿,且动态补偿效果差难免顾此失彼。有源电力滤波器作为一种新型的电力电子装置,可以对电力系统中的谐波和无功进行补偿。和传统的谐波和无功补偿方法相比,有源滤波器有巨大的技术优势和良好的发展前景。有源滤波器具有实时性和准确性的工作特点。而有源滤波器的实时性和准确性取决于对谐波和无功的检测算法。传统的瞬时无功功率理论算法需要两次坐标变换,会使控制系统的计算量变大,会出现计算延时。因此本文在三维空间功率理论基础上,推导新的快速补偿谐波和无功的算法。本文采用基于三维空间坐标的功率理论,即三相电压对应到三维空间坐标中的三维空间矢量。利用矢量运算中的内积算法和叉乘算法来推导有功功率和无功功率。并与传统的功率理论表达式相比较,具有一定的一致性和物理意义。在三维空间坐标功率理论的基础上,推导出无功电流检测算法和有功电流谐波成分检测算法,并在此基础之上衍生出两种能够同时补偿无功电流和谐波电流的检测算法。这两种算法都没有使用复杂的矩阵变换,而采用三维矢量运算,在算法结构上与传统的瞬时无功功率理论相比,使用的乘法器和加法器数量减少,使计算量更小延时更少。本文在基于MATLAB/SIMULINK的SIMPOWER工具箱搭建了并联型三相有源电力滤波器,并依次设计并建立了一个包括电源模块、谐波源模块、主电路模块、电流跟踪电路模块、无功电流检测模块五个子模块的整体仿真模型。并通过整流桥负载和低负载率异步电机负载,对推导出的两种算法在谐波检测精度、异步电动机轻载时电网无功功率的补偿效果、两种负载的总谐波畸变率以及算法结构等四个方面的比较,得到最优的检测算法。最后对最优的检测算法,通过整流桥负载的突变和异步电机负载转矩突变的仿真,验证了该检测算法不仅具有补偿谐波和无功功率的有效性,而且能实时反映动态过程的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 早期静止无功补偿
• 1.2.2 近代无功补偿技术
• 1.3 本论文的主要工作和安排
• 第2章 三维空间矢量功率理论
• 2.1 传统瞬时无功功率理论
• 2.2 基于三维空间矢量的有功功率和无功功率
• 2.2.1 电压矢量和电流矢量
• 2.2.2 有功功率和无功功率
• 2.3 瞬时矢量功率与传统功率的关系
• 2.3.1 传统的功率理论
• 2.3.2 矢量功率理论与传统的功率理论的关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于矢量理论的谐波和无功电流检测算法
• 3.1 基于传统理论的谐波和无功电流的检测
• 3.1.1 p、q 运算方式
• p、i_q运算方式'>3.1.2 i_p、i_q运算方式
• 3.2 基于矢量理论的谐波电流检测算法
• 3.2.1 基于矢量理论的无功电流
• 3.2.2 基于矢量理论的有功电流的谐波成分
• 3.2.3 基于矢量理论的有害电流
• 3.3 谐波电流和无功电流的改进算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 并联有源电力滤波器设计和仿真
• 4.1 有源电力滤器波介绍
• 4.2 并联有源电力滤波器的仿真及参数设计
• 4.2.1 电源和谐波源模块的仿真设计
• 4.2.2 畸变电流检测模块仿真设计
• 4.2.3 电流跟踪电路模块仿真设计
• 4.2.4 主电路模块仿真设计
• 4.3 本章小节
• 第5章 仿真结果及分析
• 5.1 整流桥负载时的仿真分析
• 5.1.1 第一种算法的整流桥负载仿真
• 5.1.2 第二种算法的整流桥负载仿真
• 5.1.3 谐波负载时两种检测方法的比较
• 5.2 异步电机负载时的仿真分析
• 5.2.1 异步电机负载模型
• 5.2.2 第一种算法的异步电机负载仿真
• 5.2.3 第二种算法的异步电机负载仿真
• 5.3 算法动态响应性能仿真
• 5.3.1 整流桥负载突变时的仿真分析
• 5.3.2 异步电机负载突变时的仿真分析
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢