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广义无功补偿装置的关键技术研究

作　者: 李二霞
导　师: 盛万兴
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 广义无功补偿 谐波抑制 综合补偿 分次滤波
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)具备动态跟踪补偿、综合治理电能质量问题等优良性能,但单纯的有源电力滤波器用于同时补偿谐波和无功电流时,在大容量负载或负载变化较大场合,需要有源电力滤波器配置较大容量,对器件的要求较高,效率比较低下。除此之外,由于其相对高的成本和设计复杂性,限制了它的广泛应用。在我国当前电能质量问题亟待解决而各方面条件又有限的现实情况下,APF与晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor, TSC)并联结构的广义无功补偿装置可以充分发挥APF对谐波的有效抑制和TSC容量大的优势,实现谐波、无功功率和三相不平衡综合补偿,具有全面解决复杂的、混合的电能质量问题能力、有源部分容量小、成本投入低等优势。针对广义无功补偿装置目前存在的问题和需要解决的技术难题,本文以“广义无功补偿装置的关键技术”为基本研究目标,重点研究广义无功补偿装置的谐波与无功电流检测方法、控制策略、基于仿真模型的算法实现,基于理论研究和仿真分析给出了控制系统的设计与实现等关键技术,并得出了初步的研究结论。论文的主要研究工作包括：1.重点研究广义无功补偿装置的谐波与无功电流检测方法。针对当前谐波与无功电流检测方法存在实现过程复杂、运算量大、不能实时检测出任意负荷状况下的基波无功电流等问题,从dq0变换出发,提出了优化dq0算法,应用该算法经过一次变换可以直接得到有功和无功电流,减少了运算量,提高了算法的实时响应能力；基于优化dq0算法提出一种适用于任意负荷状况的基波无功电流瞬时检测算法,该算法计算量小,实现方便,且不需要基波电压的相位信息；在此基础上研究了分次滤波检测算法,提出了实现广义无功补偿装置多功能化的方法；最后对所研究的算法进行仿真分析,验证了其检测准确性、响应实时性等指标。2.深入分析研究广义无功补偿装置的控制策略。在研究分析控制算法原理和特点的基础上,提出了优化的三角载波电流控制算法和电压无功复合的无功控制策略；优化控制算法引入了系统电压和直流侧电压作为反馈输入信号,消除系统电压和直流侧电压扰动对补偿效果的影响,大大提高装置的补偿效果、抗干扰能力和稳定性；最后对所研究的控制策略进行仿真分析。3.进行广义无功补偿装置各模块电路设计。经过理论分析,给出了广义无功补偿装置各个模块的参数配置方法,并依此设计了仿真模型,用仿真模型验证了装置优化算法的有效性及整机性能。4.初步设计了实现广义无功补偿装置功能的控制系统。在理论研究和仿真实验的基础上设计了基于OMAP平台的广义无功补偿装置的一体化多功能控制终端,给出了实现其主要功能的硬件电路原理,设计了实现关键部分功能的流程,为装置的下一步应用打下了坚实的基础。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 谐波、无功和三相不平衡的产生和不良影响  10-12
    1.1.1 谐波的产生及危害  10-11
    1.1.2 无功的产生及影响  11
    1.1.3 三相不平衡的产生及影响  11-12
  1.2 广义无功补偿技术  12-16
    1.2.1 谐波抑制方法及存在的问题  12-14
    1.2.2 无功补偿方法及存在的问题  14-15
    1.2.3 三相不平衡抑制方法及存在的问题  15
    1.2.4 广义无功补偿技术  15-16
  1.3 课题来源与本文研究内容  16-17
  1.4 小节  17-18
第二章 广义无功补偿装置的结构设计  18-25
  2.1 混合型有源电力滤波器概述  18-20
    2.1.1 LC谐振注入式  18-19
    2.1.2 APF与PF串联  19
    2.1.3 APF与PF并联  19-20
  2.2 广义无功补偿装置的模块化设计  20-24
    2.2.1 广义无功补偿装置的结构与原理  20-22
    2.2.2 广义无功补偿装置的模块设计  22-24
  2.3 小节  24-25
第三章 谐波与无功电流检测方法  25-45
  3.1 谐波与无功电流检测方法概述  25-26
    3.1.1 基于傅立叶变换的谐波检测方法  25
    3.1.2 基于Fryze功率定义的检测方法  25-26
    3.1.3 基于瞬时无功功率理论的算法  26
    3.1.4 神经网络法  26
    3.1.5 小波变换法  26
  3.2 广义无功补偿装置的谐波与无功电流检测算法  26-38
    3.2.1 谐波与无功电流检测的优化dq0算法  27-32
    3.2.2 分次谐波电流检测算法  32-36
    3.2.3 TSC指令电流检测算法  36-38
  3.3 数字低通滤波器  38
  3.4 仿真实验  38-43
    3.4.1 电网电压对称无畸变时检测算法仿真  39
    3.4.2 电网电压畸变时检测算法仿真  39-41
    3.4.3 a相电压初相位对优化dq法影响的仿真  41-42
    3.4.4 Butterworth低通滤波器与平均值滤波器滤波效果比较仿真  42
    3.4.5 分次谐波电流的检测算法仿真  42-43
  3.5 小节  43-45
第四章 广义无功补偿装置控制策略  45-52
  4.1 APF控制策略  45-48
    4.1.1 电流跟踪控制算法概述  45-47
    4.1.2 优化的三角载波电流控制算法  47
    4.1.3 主电路直流侧电压控制  47-48
  4.2 TSC控制策略  48-49
  4.3 APF仿真实验  49-51
  4.4 小节  51-52
第五章 广义无功补偿装置实现与仿真  52-62
  5.1 电路设计  52-57
    5.1.1 APF电路设计  52-56
    5.1.2 TSC电路设计  56-57
  5.2 仿真模型  57-59
  5.3 仿真结果  59-61
  5.4 小节  61-62
第六章 广义无功补偿装置控制系统设计  62-70
  6.1 控制系统硬件设计  62-65
    6.1.1 OMAP-L137型处理器简介  63
    6.1.2 数据采集电路  63-64
    6.1.3 同步电路  64
    6.1.4 IGBT驱动电路  64-65
    6.1.5 晶闸管触发电路  65
  6.2 控制系统软件设计  65-69
    6.2.1 主程序  66
    6.2.2 谐波与无功电流计算任务  66-67
    6.2.3 晶闸管投切任务  67-68
    6.2.4 PWM信号输出任务  68-69
  6.3 小节  69-70
第七章 总结与展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读学位期间发表论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整
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