无功功率补偿器设计最终版

1摘要静止无功发生器(SVG)是柔性交流输电系统中的一种重要的控制器。它是近年来新出现的一种基于大功率逆变器的静止无功补偿装置，是电力行业世界前沿科技柔性交流输电系统中的重要组成部分。它将电力电子技术、计算机技木坏口现代控制技术应用于电力系统，通过对装置输出电压相位的控制，对电力系统的网络参数和网络结构实施灵活、快速的控制，从感性到容性的整个范围进行连续的无功调节，达到快速补偿系统对无功功率的需求，从而抑制电压波动并增强系统稳定性。电力系统的快速发展对电网电压的稳定性和系统动态稳定性提出了更高的要求。本文设计的静止无功补偿器采用了先进的数字信号处理器DSP作为控制核心。充分利用DSP强大的数字信号处理功能，育瓣及时完成采样、控制、实时计算等任务，实珍睐寸系统快速的动态响应。DSP在SVG的控制过程中表现出巨大的潜能，为以后越来越复杂的控制策略和方法提供了一种解决平台。其主电路及其辅助电路，并且应用能够有效抑制谐波的SPWM法进行控制，进一步改善了输出电压波形质量。关键词：静止无功发生器数字信号发生器SPWMDSP2目录目录............................................................................................................................................21绪论.........................................................................................................................................31.1课题背景与意义..........................................................................................................31.1.1无功功率的产生...............................................................................................31.1.2无功功率的影响...............................................................................................31.1.3无功补偿的作用...............................................................................................41.2国内外研究现状..........................................................................................................42SVG的基础理论....................................................................................................................52.1无功功率和功率因数的定义......................................................................................52.1.1正弦电路无功功率和功率因数.......................................................................52.1.2非正弦电路无功功率和功率因数...................................................................62.2无功功率动态补偿原理..............................................................................................72.3阻抗补偿方案..............................................................................................................82.3.1晶闸管投切电容器TSC...................................................................................82.3.2晶闸管控制电抗器TCR..................................................................................92.3.3晶闸管控制串联电容器TSC.........................................................................102.4电压源变流器型补偿方案........................................................................................102.4.1无功功率发生器.............................................................................................112.4.2开关型串联基波电压补偿器.........................................................................123静止无功发生器（SVG）的设计.......................................................................................123.1静止无功发生器(SVG)主电路.................................................................................133.2无功电流检测电路....................................................................................................153.3无功控制电路............................................................................................................174系统仿真与分析..................................................................................................................184.1仿真结果与分析........................................................................................................20参考文献..................................................................................................................................233无功功率补偿器（5000VA）设计1绪论1.1课题背景与意义1.1.1无功功率的产生在电网中由于大量感性负载的存在，使线路电压与线路电流在相位上存在一个角度差，这样就引出了无功功率的概念。无功功率是一个反映电源与负载间的能量交换的物理量，它的大小表明了电源与负载间能量交换的幅度，本身并不消耗能量。同时，无功功率在系统中的流动对电力系统本身也产生了很大的影响。在工业和生活用电负载中，感性负载占有很大比例。异步电动机、变压器、荧光灯等，都是典型的感性负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占很大比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。感性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。近年来，电力系统中非线性用电设备，特别是电力电子装置的应用日益广泛，而大多数电力电子装置功率因数较低，工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率，也给电网带来额外负担，并影响供电质量。因此，提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。1.1.2无功功率的影响(1)增加设备容量。无功功率的增加会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器等各种电气设备的容量和导线的容量增加。(2)设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。(3)线路和变压器的电压降增大。若是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。41.1.3无功补偿的作用无功补偿是维持现代电力系统的稳定与经济运行所必须的，它对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络中不仅大多数负荷消耗无功功率，大多数网络组件也要消耗无功功率。网络组件和负荷所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率由发电机提供并经长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。因此，合理的方法应当是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即进行合理的无功补偿。无功补偿的作用主要有以下几点：(1)提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗.(2)稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。(3)在一些三相负载不平衡的情况下，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功功率及无功负荷。1.2国内外研究现状解决电力电子装置产生的低功率因数问题不外乎两种途径：一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节；另外一种是装设无功补偿装置，如无功功率补偿器等，设法对无功进行补偿。前一种方法是对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而后一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。目前，使用较为广泛的无功补偿方法主要有以下几种。(1)同步调相机同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，而且对变化的无功功率也能进行动态补偿。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，提高系统电压；在欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，降低系统电压。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用，但其运行维护比较复杂，而且总体上说这种补偿手段已然落后。(2)并联电容器5设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内外得到了广泛应用。这种方法有集中补偿、分散补偿、就地补偿三种方式。设置并联电容器补偿无功功率具有简单、经济、方便等优点。但由于电容器供给的无功功率与节点电压成正比，当节点电压下降时，供给无功反而减少，其无功功率调节性能较差。但其维护比较方便，装设容量可大可小，既可集中使用，又可分散装设。在国内，补偿无功用的最多的办法是并联电容器。(3)静止无功补偿静止无功补偿装置是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿（可提供可变动的容性或感性无功）的上网装置，简称静补装置或精致