基于电流补偿的新型无功补偿器的研究

论文摘要

随着电力系统负荷的增加，对无功功率的需求也日益增加。由于无功功率在电网中传输会造成网络损耗以及受电端电压下降，因此大量的无功功率在电网中传输必然使电能利用率大大降低且严重影响供电质量。在电网中的适当位置装设无功补偿装置成为满足电网无功需求的必要手段。 本文研究的是一种基于电流补偿的无功功率补偿器。在分析广义无功电流(无功电流、谐波电流)的检测方法中，分别考虑了电路中畸变功率因数对谐波电流的影响以及位移功率因数对无功电流的影响，提高了补偿电流检测的精度。在介绍了补偿器的无功补偿原理及电路主拓扑图的基础上，主要研究电容器的投切开关以及装置的投切判据。在一个工频周波的时间内，把它平均分成若干等分区间，在每个区间内对电容进行投切控制，以电容投切所产生的电流取一个等分周期的平均值，根据冲量等效原理，对线路的无功及谐波电流进行补偿。在一个工频周波内以较高的频率对电容进行投切，能够保证电容两端电压差较小，避免了巨大冲击电流。同时，在控制策略上要求补偿后的电流随着电压的变化而成比例的变化，避免了瞬时无功功率的复杂定义和计算，又能瞬时的调整无功功率和改善电流波形。但在控制算法中要利用到电压和电流的有效值，而对它们进行检测需要一个周波的时间，故在实时性上有一个工频周波的延时。 本文的最后，对所提出的补偿器模型通过MATLAB／Simulink进行了大量的仿真验证。仿真的结果与上述理论分析是一致的。这说明了本文所提出的补偿器控制策略在理论的正确性和切实可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态和趋势
• 1.2.1 早期的无功补偿技术
• 1.2.2 基于柔性交流输电系统（FACTS）的无功补偿技术
• 1.2.3 基于电力电子逆变技术的无功补偿技术
• 1.2.4 各种补偿器在电网中的实际应用
• 1.3 本论文的主要工作内容
• 第2章 补偿电流的检测
• 2.1 谐波与无功电流检测方法简介
• 2.1.1 快速傅立叶变换法（FFT）
• 2.1.2 带通滤波器检出法
• 2.1.3 瞬时空间矢量法
• 2.1.4 自适应检测法
• 2.1.5 同步检测法
• 2.2 改进的谐波与无功电流检测方法
• 2.2.1 电流检测原理
• 2.2.2 功率因数的检测
• 2.2.3 改进后的检测方法与基于UPF的比较
• 第3章 控制策略
• 3.1 电流补偿的基本工作原理
• 3.1.1 脉冲宽度调制PWM的基本原理
• 3.1.2 实现的主电路图
• 3.1.3 IGBT的导通宽度与补偿电流的关系
• 3.2 IGBT驱动电路波形的产生
• 3.2.1 IGBT的优点
• 3.2.2 IGBT驱动电路
• 3.3 控制算法流程
• 第4章 基于MATLAB的仿真
• 4.1 MATLAB/Simulink的简介
• 4.2 控制策略仿真
• 4.2.1 功率因数的仿真
• 4.2.2 指令电流检测的仿真
• 4.2.3 IGBT驱动脉冲波形的仿真
• 4.3 系统仿真原理图
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 负载为感性阻抗时的仿真
• 4.4.2 电流中含有谐波且负载为感性阻抗时的仿真
• 4.4.3 改变电路参数的仿真分析
• 4.4.4 三相补偿电路的仿真分析
• 第5章 结束语
• 5.1 论文研究总结
• 5.2 今后工作
• 参考文献
• 致谢
• 声明
• 在学期间发表的学术论文与研究成果