動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償新型控制策略研究

摘 要 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償新型控制策略研究 摘 要 在電力系統(tǒng)中，由于無(wú)功功率得不到補(bǔ)償而給系統(tǒng)帶來(lái)的危害不容忽視。電力系統(tǒng)中控制無(wú)功功率的方 法很多，包括采用同步調(diào)相機(jī)、晶閘管投切電容器 (靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (本文著重對(duì)單相單相結(jié)構(gòu) 三相四線 行了研究。 本文采用基于偏調(diào)諧 波器的 電路結(jié)構(gòu)，對(duì)單相 無(wú)功檢測(cè)方法、控制投切算法 、觸發(fā)控制進(jìn)行了研究，解決了傳統(tǒng) 投切振蕩 ”和 “頻繁誤投切 ”問(wèn)題，通過(guò) 真驗(yàn)證了算法的有效性。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 明該方案能實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊投切，在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)，抑制電網(wǎng)諧波電流。 無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)需要分級(jí)調(diào)節(jié)，同時(shí)響應(yīng)速度較慢，而為一種新型無(wú)功補(bǔ)償裝置， 它具有補(bǔ)償感性無(wú)功和補(bǔ)償容性無(wú)功的雙向補(bǔ)償功能。本文詳細(xì)分析 了適用于三相四線制電力系統(tǒng)的兩種 電路形式： (1)三單相全橋 (2)三相四橋臂 針對(duì)傳統(tǒng)三單相 載無(wú)功檢測(cè)精度差、普通雙閉環(huán) 制引起電流畸變現(xiàn)象的缺點(diǎn)，本文結(jié) 合諧振控制器的特點(diǎn)，提出了基于諧振控制與傳統(tǒng) 制相結(jié)合的新型 制方法，該方法使得補(bǔ)償后系統(tǒng)電流正弦化，有效避免負(fù) 載突變時(shí)的系統(tǒng)電流畸變現(xiàn)象。給出了 各種負(fù)荷情況下的仿真結(jié)果。 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 針對(duì)三相四橋臂 用三維空間矢量 制方法，建立了基于 0 坐標(biāo)系下的 學(xué)模型，并提出了基于 “完全諧波消除法 (的控制策略，為了保證 系統(tǒng)電壓不平衡或畸變時(shí)也能正常工作，將解耦雙坐標(biāo)系統(tǒng)鎖相環(huán) (入控制系統(tǒng)中，該 系統(tǒng)電壓的基波正序、負(fù)序分 量轉(zhuǎn)換到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的同步坐標(biāo)系下，并通過(guò)交叉解耦 結(jié)構(gòu)消除正負(fù)序分量之間的相互影響，在系統(tǒng)不平衡或畸變的情況下都 能快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出系統(tǒng)電壓的基波正序分量。仿真結(jié)果表明，三相四橋臂 能夠補(bǔ)償負(fù)載不平衡，有效地消除負(fù)序和零序電流， 同時(shí)在系統(tǒng)電壓不平衡或者有畸變的情況下也能達(dá)到良好的補(bǔ)償效果。 最后為了增強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償器的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，提出了晶閘管投切電容器 (靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器 (結(jié)合的無(wú)功補(bǔ)償方案， 通過(guò)參考電流的選取達(dá)到協(xié)調(diào)控制 目的，并通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證了該補(bǔ)償器的可行性。 關(guān)鍵詞 ： 無(wú)功補(bǔ)償 三相四線 諧振控制器 解耦雙坐標(biāo)系統(tǒng)鎖相環(huán) ( he is to in on of SC on C is in to SC of is by is be of 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 to or In In to of of a is I As is in is is to of or is of By of be by of or a is by SC of is by of of is by 目 錄 第一章 緒論 .究背景 .功補(bǔ)償?shù)囊饬x .力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展和現(xiàn)狀.文研究的主要內(nèi)容 .二章 無(wú)功電流檢測(cè)方法 .相無(wú)功電流的檢測(cè) .相四線制下的無(wú)功電流檢測(cè) .功電流檢測(cè)算法的仿真比較 .三章 晶閘管投切電容器無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的研究 .言 .閘管投切電容器的無(wú)功補(bǔ)償原理 .閘管投切電容器的控制策略 . 觸發(fā)時(shí)刻的選取 . 投切振蕩、頻繁投切及其抑制原理 . 主電路元件的參數(shù)選擇 . 檢測(cè)點(diǎn)位置的確定 . 無(wú)功功率檢測(cè)算法 . 投切控制算法的設(shè)計(jì) .真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試 . 基于 真 . 仿真結(jié)果 . 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 .結(jié) .四章 三相四線 研究 .言 .相四線制下的 統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 .單相全橋的 . 三單相全橋的 制策略 . 三單相全橋的 真 .錄 相四橋臂 . 58 間矢量脈寬調(diào)制法（ 三相四橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 . 59 相四橋臂 數(shù)學(xué)模型和控制策略 . 61 耦雙坐標(biāo)系統(tǒng)鎖相環(huán) (. 64 相四橋臂 真 . 70 結(jié) . 76 第五章 混合無(wú)功補(bǔ)償器（ 制策略研究 . 77 統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 77 合 償?shù)目刂撇呗?. 78 于 真結(jié)果 . 80 結(jié) . 84 第六章 結(jié)論 . 85 參 考 文 獻(xiàn) . 86 致 謝 . 89 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文和獲獎(jiǎng)情況 . 90 第一章 緒論 - 1 - 第一章 緒論 究背景 電能作為人們廣泛使用的能源， 其應(yīng)用程度是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平和綜合國(guó)力的主要標(biāo)志之一。在滿足工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)和人民生活對(duì)電能需求量的同時(shí)，提高對(duì)電能質(zhì)量的要求是一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)、科技水平提高、社會(huì)文明程度進(jìn)步的表現(xiàn)，是增強(qiáng)用電效率、節(jié)能降損、改善環(huán)境、提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益以及工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)保證。近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，人民對(duì)高質(zhì)量電能的要求日益增加。在世界電力工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展與完善的同時(shí)，我國(guó)電力系統(tǒng)也取得了迅速的發(fā)展，已經(jīng)形成了華東、華北、華中、東北、西北和南方六大電力系統(tǒng)，目前發(fā)電量居世界第二位。隨著三峽電站的建設(shè)，全國(guó)電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃正在逐步實(shí)施。然而由于我國(guó)一次能源分布的巨大差異和我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡， 導(dǎo)致了我國(guó)發(fā)電能源主要分布在西部和北部，電能消耗主要集中在京廣鐵路沿線及以東的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，因此我國(guó)電力發(fā)展的基本國(guó)策為“西電東送 ，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，南北互濟(jì)，廠網(wǎng)分開” ，我國(guó)電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，還面臨以下諸多問(wèn)題1： z 由于我國(guó)一次能源資源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的顯示條件，導(dǎo)致我國(guó)形成了“西電東輸”的局面，盡管眾多大容量遠(yuǎn)距離輸電 線路存在，極大地緩解了我國(guó)東部地區(qū)對(duì)能量的需求，但是這些輸電走廊的輸電 容量受到了諸如，靜態(tài)穩(wěn)定性，暫態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等穩(wěn)定性條件的限制。目 前，如何有效提高西電東輸線路的輸電容量是我國(guó)電力系統(tǒng)噬待解決的一個(gè)重要課題。 z 我國(guó)電力系統(tǒng)的互聯(lián)，減弱了系統(tǒng)的阻尼，系統(tǒng)阻尼偏低導(dǎo)致了系統(tǒng)低頻振蕩的出現(xiàn)，為此需要適當(dāng)安裝能增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼的控制設(shè)備。 z 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，各種新型沖擊負(fù)荷（例如工業(yè)電弧爐、電力機(jī)車和大容量電力拖動(dòng)設(shè)備等）使得配電系統(tǒng)電壓波動(dòng) 頻繁；各種非線性負(fù)荷的使用，在電力系統(tǒng)中造成了嚴(yán)重的諧波污染，使得電力 系統(tǒng)電壓質(zhì)量嚴(yán)重下降，影響了電力系統(tǒng)中其它常規(guī)負(fù)荷的運(yùn)行，因此為了提高 電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，迫切需要安裝能改善電能質(zhì)量的控制設(shè)備。 z 大電網(wǎng)一旦發(fā)生運(yùn)行事故，往往會(huì)導(dǎo)致大面積停電，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失，上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 - 2 - 例如美國(guó) 2003 年 8 月 11 日大停電，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 300 億美元； 2005 年 5月 25 日俄羅斯莫斯科大停電導(dǎo)致，其經(jīng)濟(jì)損失至少為 10 億美元，約 500 萬(wàn)人受到其影響；我國(guó)各個(gè)電網(wǎng)都曾面臨大面積停電 的安全事故，由于我國(guó)的電力管理體制都有效地化解了這些安全事故，但是提高 大電網(wǎng)電能質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行水平仍舊是我國(guó)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重 要議題，尤其是我國(guó)負(fù)荷中心 京津唐地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)和珠三角地區(qū)的動(dòng)態(tài)電壓安全穩(wěn)定問(wèn)題更為突出23。 目前，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和電能質(zhì)量的措施，除了構(gòu)建合理的輸配電網(wǎng)絡(luò)和有效的管理手段外，還包括先進(jìn)的調(diào)控手段。因此，人們不斷地研究如何利用現(xiàn)有控制手段和管理措施來(lái)提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平和電能質(zhì)量， 同時(shí)又研制了一些電力設(shè)備以進(jìn)一步提高運(yùn)行水平和電能質(zhì)量，例如串、并聯(lián)電容和電抗器，自動(dòng)調(diào)壓變壓器和移相器等，這些設(shè)備大都采用固定的、機(jī)械投切的分接頭轉(zhuǎn)換的方式設(shè)計(jì)，以改變輸配電線路阻抗，減小電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)，提高輸電線路輸送容量和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。但是，由于機(jī)械控制手段慢，在電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程不能夠發(fā)揮其作用，因此在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)運(yùn)行中都存在較大運(yùn)行裕量， 這使得我國(guó)輸配電系統(tǒng)存在運(yùn)行能力沒(méi)有被充分利用，經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題。 隨著我國(guó)電力科技的快速發(fā)展， 目前已研制出大量新型電力設(shè)備以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和抑制電壓波動(dòng)等主要問(wèn)題。 其中具有快速響應(yīng)功能的無(wú)功補(bǔ)償器可以起到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、抑制系統(tǒng)振蕩和動(dòng)態(tài)過(guò)電壓等作用，因此，響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)連續(xù)靈活、經(jīng)濟(jì)性好、維護(hù)方便的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的研制與開發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。 功補(bǔ)償?shù)囊饬x 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及科技水平的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，特別是隨著各種電子裝置和精密設(shè)備的廣泛應(yīng)用， 使得用戶希望供電企業(yè)能夠提供高效優(yōu)質(zhì)的電能。而在電力系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)、變壓器以及電弧爐等裝置要消耗大量的無(wú)功功率。這些無(wú)功功率如果不能及時(shí)地得到補(bǔ)償，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面145： (1)引起線路電壓損耗增大 圖 1局部電力網(wǎng)的等值電路圖, 其中 R、 X 分別為線路的等值電阻和等值電抗；2P 、2Q 分別為局部電力網(wǎng)末端的有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷，2U 為末端電壓。可以證明，該局部電力網(wǎng)的電壓損耗 計(jì)算公式如下： 第一章 緒論 - 3 - 22 22122 X = (1其中該電力網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。 R U2I1I11 122 2+圖 1部電力網(wǎng)等值電路 of 式( 1知，由負(fù)荷的無(wú)功功率2Q 引起的電壓損耗為： 2 (1而由負(fù)荷的有功功率2P 引起的電壓損耗為： 2 (1因?yàn)樵谝话愕墓秒娋W(wǎng)中， 要小的多，所以電網(wǎng)電壓的波動(dòng)主要是由無(wú)功功率的波動(dòng)引起的，而有功功率的波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響則相對(duì)較小。 1合負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性 of 海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 - 4 - 圖 1綜合負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性圖，從圖中可以看出，在額定電壓附近，電壓與無(wú)功功率的關(guān)系比電壓有功功率的關(guān)系要密切的多。當(dāng)無(wú)功負(fù)荷由0Q 增加到1Q 時(shí)，如果系統(tǒng)的無(wú)功儲(chǔ)備充足，則負(fù)荷端將保持正常電壓水平。如果無(wú)功儲(chǔ)備不足，系統(tǒng)的無(wú)功電源不能提供相應(yīng)的無(wú)功負(fù)荷增量，則電壓特性曲線上移到圖中的虛線，此時(shí)系統(tǒng)電壓被迫由到1U ，以此來(lái)達(dá)到新的無(wú)功功率平衡 。如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低壓狀態(tài)下，不但影響工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)損壞機(jī)械設(shè)備，造成安全隱患。甚至還有一些更為惡劣的狀況：諸如異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)期間功率因數(shù)很低，這種沖擊性無(wú)功功率會(huì)使電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)，甚至使接在同一電網(wǎng)上的用戶無(wú)法正常工作，還有電弧爐、軋鋼機(jī)等大型設(shè)備會(huì)產(chǎn)生頻繁的無(wú)功功率沖擊，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此， 擁有充足的無(wú)功電源， 動(dòng)態(tài)快速地對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償， 是維持電力網(wǎng)電壓穩(wěn)定、提高供電質(zhì)量的首要前提。 (2)使設(shè)備及線路損耗增加 當(dāng)電力網(wǎng)中的無(wú)功功率增加時(shí)，總電流也會(huì)隨之增大，因而設(shè)備及線路的損耗就會(huì)增加，在圖 1，該局部電力網(wǎng)的線損功率為： 22122()= + (1其中有功線損為： 22122U+= (1在有功線損中，因無(wú)功功率在電力網(wǎng)中的流動(dòng)而引起的部分為： 222 (1由式( 1知，系統(tǒng)中的無(wú)功負(fù)荷越大，所 引起的線路損耗就會(huì)越大。在我國(guó)，電力網(wǎng)的線損率是表征供用電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)管理水平的綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)， 也是國(guó)家貫徹節(jié)能方針， 考核供電部門的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 因此， 及時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷、提高系統(tǒng)功率因數(shù)，不僅能夠節(jié)約能源、提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，還能反應(yīng)供電企業(yè)的技術(shù)管理水平。 (3)增加設(shè)備容量 無(wú)功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率的增加，從而使得發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量的增加。同時(shí)，電力用戶的啟動(dòng)及控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x第一章 緒論 - 5 - 表的尺寸和規(guī)格也要加大。這不僅會(huì)大大增加供電企業(yè)的運(yùn)行成本，而且會(huì)增加用電企業(yè)的生產(chǎn)成本，使得電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行大打折扣。 在電力網(wǎng)中，不僅包括一些穩(wěn)定的無(wú)功負(fù)荷，還有一些沖擊性的無(wú)功負(fù)荷，只有對(duì)這些無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，才能防止供電質(zhì)量的進(jìn)一步惡化，同時(shí)，對(duì)于節(jié)約能源，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行也具有重要意義。 力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展和現(xiàn)狀 自從電力系統(tǒng)誕生以來(lái)，無(wú)功功率補(bǔ)償措施在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，有效地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，并取得了可觀經(jīng)濟(jì)效益。目前常用的無(wú)功功率補(bǔ)償方法除了用發(fā)電機(jī)作為無(wú)功功率電源外，還有其它多種無(wú)功功率補(bǔ)償方式，即678： z 用同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)等旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)式無(wú)功功率補(bǔ)償裝置； z 用調(diào)壓變壓器或改變變壓器分接頭進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，這屬于無(wú)功功率重新分布。這種調(diào)壓措施不能產(chǎn)生無(wú)功功率，只能調(diào)節(jié)無(wú)功 功率的分布，因此該措施在整個(gè)系統(tǒng)無(wú)功功率不足的情況下，是無(wú)法提高整個(gè)系統(tǒng)電壓水平的； z 用靜止的并聯(lián)補(bǔ)償電容器、并聯(lián)電抗器或兩種方式相互結(jié)合的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備構(gòu)成的靜止式無(wú)功功率補(bǔ)償裝置； z 用串聯(lián)電容補(bǔ)償進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償或電壓調(diào)整的方式，屬于串聯(lián)補(bǔ)償方式，該方式主要通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)達(dá)到調(diào)壓的目的。這 種方式主要應(yīng)用于中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)（ 35，尤其在負(fù)荷波動(dòng)大、功率因數(shù)極低的配電線路上得到廣泛應(yīng)用，它不僅能夠提高電壓水平，而且其調(diào)壓范圍能 夠跟隨負(fù)荷的大小調(diào)整。因此，該措施特別適用于電弧爐、電氣拖動(dòng)和電焊機(jī)等大負(fù)荷場(chǎng)合。 z 利用現(xiàn)代電力電子全控?fù)Q流技術(shù)實(shí)現(xiàn)的靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。 對(duì)于上述各種補(bǔ)償方式除了串聯(lián)電容補(bǔ)償方式是串連型無(wú)功功率補(bǔ)償措施， 其它各種無(wú)功功率補(bǔ)償方式都為并聯(lián)無(wú)功功率補(bǔ)償措施， 以下就上述幾種并聯(lián)式無(wú)功功率補(bǔ)償措施的優(yōu)缺點(diǎn)分別加以闡述。 1. 同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償方式 調(diào)相機(jī)是一種專門設(shè)計(jì)的無(wú)功功率發(fā)電機(jī)，是一種不帶機(jī)械負(fù)荷的可以過(guò)勵(lì)磁(經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài))或欠勵(lì)磁(較少的運(yùn)行狀 態(tài))運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)。在系統(tǒng)電壓偏低時(shí)，過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行供給無(wú)功功率而將系統(tǒng)電壓調(diào)高；在系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，欠勵(lì)磁運(yùn)行吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功功率而將電壓調(diào)低。它可以雙向、連續(xù)調(diào)節(jié)；能獨(dú)立地用調(diào)節(jié)勵(lì)磁上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 - 6 - 來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功的大??；有較大的過(guò)負(fù)荷能力。缺點(diǎn)是：設(shè)備投資高；起動(dòng)、運(yùn)行以及維修復(fù)雜；動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)慢；不適應(yīng)太大或太小的補(bǔ)償；發(fā)生失磁故障時(shí)將加重系統(tǒng)的電壓波動(dòng)；同時(shí)噪音太大，對(duì)環(huán)境影響較大。 2. 并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式 并聯(lián)電容補(bǔ)償是目前應(yīng)用最為廣泛的一種無(wú)功補(bǔ)償方式， 可用斷路器連接至電源系統(tǒng)，主要裝置在配電系統(tǒng)中。和同步調(diào)相機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：投資少，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，實(shí)用性強(qiáng)。缺點(diǎn)是：不能連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)投入運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)的沖擊較大；負(fù)荷調(diào)節(jié)特性差，這是由于當(dāng)無(wú)功負(fù)荷增大，系統(tǒng)電壓低時(shí)，電容器的補(bǔ)償容量顯著降低，它們存在著的平方正比(2的關(guān)系；它對(duì)系統(tǒng)中的高次諧波有放大作用，在諧波電流過(guò)大時(shí)，可能引起爆炸；易與系統(tǒng)電抗產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。 3. 并聯(lián)電抗器補(bǔ)償方式 并聯(lián)電抗器調(diào)壓主要用在超高壓 (330以上 )系統(tǒng)的線路上，將它并聯(lián)在線路末端或中間，吸收線路上的充電功率，以防止超高壓系統(tǒng)長(zhǎng)線路在空載充電或輕負(fù)載時(shí)的受電末端電壓升高。該措施只能吸收系統(tǒng)剩余無(wú)功，并存在損耗大，易于系統(tǒng)電容產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。 4. 靜止式無(wú)功功率補(bǔ)償 (式 靜止無(wú)功補(bǔ)償是 70 年代初期發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它是一種利用電容器和各種類型的電抗器組成的無(wú)功補(bǔ)償裝置，它不依靠有觸點(diǎn)開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的平滑控制。它對(duì)調(diào)節(jié)負(fù)荷功率因數(shù)、減小無(wú)功電流引起的損耗，提高電網(wǎng)輸送有功的能力，穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)電壓，消除流向系統(tǒng)的高次諧波電流，平衡三相負(fù)荷，減少配電網(wǎng)對(duì)通信線路的干擾等都有獨(dú)特的作用。 將它裝接于高壓輸電系統(tǒng)可用以控制長(zhǎng)距離輸電線路甩負(fù)荷、空載效應(yīng)等引起的動(dòng)態(tài)過(guò)電壓，改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)的無(wú)功功率及電壓振蕩。 靜止無(wú)功補(bǔ)償 (置的主要型式可分為以下幾種： z 晶閘管投切電容器型 ( 晶閘管投切電容器型靜補(bǔ)主要根據(jù)負(fù)載感性無(wú)功功率的變化， 切除或投入電容器組時(shí)， 晶閘管閥只作為投切電容器的開關(guān)， 而不像 實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組要串聯(lián)一個(gè)阻尼電抗器，以降低對(duì)晶閘管產(chǎn)生的沖擊電流，以及避免與 系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。用晶閘管投切電容器組時(shí)，電容器只是 在兩個(gè)極端電流值 (零電流和額定正弦電流 )之間切換，所以不產(chǎn)生諧波，這是它的優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú) 功功率補(bǔ)償是階躍的、且響應(yīng)速度第一章 緒論 - 7 - 較差。 z 晶閘管相控電抗器 (晶閘管觸發(fā)角有效移相范圍為 90 180，觸發(fā)角在90 180之間時(shí)，晶閘管部分導(dǎo)通，增大觸發(fā)角即可減小補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過(guò)調(diào)整 觸發(fā)角的大小就可以連續(xù)改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功功率大小。 單獨(dú)的 能吸收無(wú)功功率， 而不能發(fā)出無(wú)功功率，因而往往與電容器配合使用。 z 晶閘管相控電抗器和晶閘管投切電容器混合型 ( 主要由多組補(bǔ)償電容器和一組晶閘管相控電抗器構(gòu)成，其基本原理 是：根據(jù)系統(tǒng)的無(wú)功需求值，投入適當(dāng)?shù)碾娙萜鹘M，并呈現(xiàn)少量過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，此 時(shí)再利用晶閘管相控電抗器吸收部分無(wú)功功率，以抵消系統(tǒng)多余無(wú)功功率，使得 系統(tǒng)電壓水平達(dá)到控制目標(biāo)。但是這種補(bǔ)償方式仍有容性工況時(shí)響應(yīng)速度慢，感性工況時(shí)產(chǎn)生較大諧波的缺陷。 5. 靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器（ 對(duì) 新改進(jìn)后的裝置，它是由變流器構(gòu)成的靜止無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，可以發(fā)出和吸收無(wú)功功率。直流側(cè)的電容器只是用來(lái)維持直流電壓，不需要多大容量。其整體功能類似于同步調(diào)相機(jī)，但大為簡(jiǎn)化。它調(diào)節(jié)無(wú)功的能力比 ，其輸出無(wú)功電流不會(huì)因?yàn)槟妇€電壓的大幅降低而降低。另外，在改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高穩(wěn)定性方面 有 法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 文研究的主要內(nèi)容 實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)的單相負(fù)荷都是由帶中線的三相系統(tǒng)供電的，它們給系統(tǒng)帶來(lái)了大量的中線電流、諧波、無(wú)功以及三相不平衡，因此本文著重對(duì)單相的 三相四線制下的幾種 行了研究。各部分內(nèi)容如下： (1) 第一章主要介紹課題的研究背景和本文所研究的主要內(nèi)容。 (2) 第二章總結(jié)目前應(yīng)用較廣泛的單相和三相 無(wú)功電流檢測(cè)方法，為后續(xù)幾章無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯康於ɑA(chǔ)， 通過(guò)幾種檢測(cè)方法的對(duì)比， 選擇本文所采用的無(wú)功檢測(cè)方法。 (3) 第三章針對(duì) 行了研究，包括以下幾個(gè)部分： 原理和主電路設(shè)計(jì)，對(duì)電容器的投切控制方式進(jìn)行了分析；采用晶閘管反并聯(lián)二極管的投切結(jié)構(gòu)，有效避免沖擊電流和過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)及其設(shè)備的影響， 提出了相應(yīng)的投切策略和觸發(fā)方式；提出了抑制“投切振蕩”和“頻繁誤投切”的方法，完成了 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；通過(guò) 真驗(yàn)證了控制策略的可行性；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證晶閘上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 - 8 - 管投切電容器的投切方式。 (4) 第四章針對(duì)低壓配電三相四線系統(tǒng)負(fù)載不 平衡的情況下無(wú)功電流的補(bǔ)償，對(duì)三單相全橋結(jié)構(gòu) 三相四橋臂 行了研究，包括以下幾個(gè)部分：兩種 工作原理介紹；無(wú)功補(bǔ)償控制策略；通過(guò)仿真，針對(duì)負(fù)載對(duì)稱、不對(duì)稱、突變或系統(tǒng)電壓不平衡或畸變等工況，對(duì)三單相和三相四橋臂 行了系統(tǒng)仿真。 (5) 第五章提出了 合運(yùn)行的電路結(jié)構(gòu)， 并對(duì)其控制策略進(jìn)行了研究，通過(guò)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。 (6) 總結(jié)。對(duì)論文的研究工作進(jìn)行總結(jié)。第二章 無(wú)功電流檢測(cè)方法 - 9 - 第二章 無(wú)功電流檢測(cè)方法 無(wú)功電流檢測(cè)是 現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)那疤岷完P(guān)鍵所在，其檢測(cè)的快速性、準(zhǔn)確性和靈活性直接影響到無(wú)功補(bǔ)償?shù)男ЧＲ虼?，在選擇無(wú)功電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法時(shí)，應(yīng)保證精度高、具有瞬時(shí)性、算法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便等多種功能。由于本論文研究的是單相的 單相的 三相四線制下的 此對(duì)單相、三相四線制下的無(wú)功電流檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，提出本文所采用的無(wú)功電流檢測(cè)方法。 相無(wú)功電流的檢測(cè)功補(bǔ)償裝置按照無(wú)功電流或無(wú)功功率進(jìn)行投切，其前提都是必須快速、精確地檢測(cè)無(wú)功電流的大小。目前， 用的無(wú)功電流檢測(cè)方法主要是測(cè)量在相電壓正向過(guò)零時(shí)的負(fù)載電流，得出無(wú)功電流的最大值。這種方法非常簡(jiǎn)單，但存在只適用于電壓和電流沒(méi)有諧波的情況，且使用范圍相當(dāng)有限 等缺陷?；诳焖俑盗⑷~變換 (檢測(cè)方法，理論上能最準(zhǔn)確地檢測(cè)出無(wú)功電流，但運(yùn)算量很大，需要一個(gè)工頻周期的時(shí)間對(duì)電流值進(jìn)行采樣，以至延時(shí)較大。基于時(shí)域分析的無(wú)功電流分離法和基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波分離法也能快速精確檢測(cè)無(wú)功電流，針對(duì)單相系統(tǒng)，下面對(duì)基于時(shí)域分析的無(wú)功電流分離法和基于瞬時(shí) 無(wú)功功率理論的諧波分離法 的兩種方法進(jìn)行詳細(xì)的比較分析。 (1) 基于時(shí)域分析的無(wú)功電流分離法10 假設(shè)電源電壓不含諧波，則： 2 (2式中，電源電壓有效值， 100 = ，即頻率為 50 對(duì)于非正弦畸變電流通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)分析