【靜止無功發(fā)生器控制策略及無功電流計算（論文7400字）】

靜止無功發(fā)生器控制策略及無功電流計算TOC\o"1-3"\h\u15103第一章前言 4241541.1研究背景及意義 4143721.1.1研究背景 41691.1.2研究意義 42871.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 478341.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 489011.2.2發(fā)展趨勢 55347第二章新型靜止無功發(fā)生器（ASVG）原理分析 6177492.1電壓型主電路及工作原理 622408第三章靜止無功發(fā)生器控制策略研究 8201033.1電流直接控制 8225823.2電流間接控制 1018648第四章無功電流驗算 112104.1傳統(tǒng)諧波和無功檢測方法 11252044.1.1采用模擬帶通（或帶阻）濾波器檢測高次諧波電流 11274714.1.2基于Fryze時域分析的有功電流分離法 11102844.1.3基于頻域分析的分解法 1123604.1.4用于不平衡三相系統(tǒng)的同步檢測法 1113684.1.5基于瞬時無功功率理論的檢測法 1216540總結(jié) 136041參考文獻 14

第一章前言1.1研究背景及意義1.1.1研究背景近年來，隨著光伏發(fā)電、高壓直流輸電和分布式發(fā)電的發(fā)展，電力系統(tǒng)中使用的電力電子器件越來越多。這些電子器件雖然在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展中起著重要作用，然而，在電網(wǎng)的應用中消耗了大量的無功功率，這給電力系統(tǒng)增加了額外的負荷并且對電能質(zhì)量具有負面影響。因此，為了保證輸電質(zhì)量和電力系統(tǒng)安全、有效、經(jīng)濟運行，電網(wǎng)無功補償顯得尤為重要和緊迫。在供電和配電系統(tǒng)中，許多負載是電感負載，例如變壓器，整流器，異步電動機等。它們消耗有功功率，需要無功功率才能正常有效地運行。負載不消耗無功功率。無功功率是指電源和負載電感之間的能量交換。因此，無功功率對各種電氣設(shè)備的正常有效運行至關(guān)重要，但整個電力系統(tǒng)中的大量無功功率會給電力系統(tǒng)帶來許多不利的方面。1.1.2研究意義無功功率作為一個不可缺少的量，直接影響電力系統(tǒng)的安全有效運行。然而，電網(wǎng)中不合理的無功分配將對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響。無功功率影響的有效解決辦法是采用分層、分區(qū)和局部補償?shù)姆椒▽o功功率進行補償。國家有關(guān)供電、用電的規(guī)定，對不符合功率因數(shù)要求的用戶，實行無功平衡，并處罰款。因此，研制一種精度高、響應快、控制效果好的無功補償裝置，對整個電網(wǎng)的安全有效運行和為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)電力具有重要意義。這是本文討論的無功補償技術(shù)。無功補償在電力系統(tǒng)中的優(yōu)點如下：（1）增加發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)和負荷，減少電力系統(tǒng)不必要的電力損失，減少能源浪費。（2）能有效控制點電壓在合理范圍內(nèi)，保證電壓穩(wěn)定，無電壓崩潰等故障。（3）無功補償裝置在現(xiàn)代高壓遠距離輸電中的應用，可以提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，在一定程度上可以提高整個電力系統(tǒng)的安全有效運行。（4）有效防止沖擊負荷引起電壓閃變。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢1.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀靜態(tài)反應發(fā)生器（SVG）最初是由外國人L.Gyugyi在1976年發(fā)表的一篇論文中提出的。自引入無功補償方案以來，在無功補償領(lǐng)域得到了廣泛的響應。然而，由于電力電子技術(shù)和半導體開關(guān)器件的落后，當時提出的SVG并沒有真正投入使用。由于這種新型靜止無功補償裝置比以往的補償裝置具有更好的調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)范圍，而且SVG產(chǎn)生的功耗和噪聲較小，因此國內(nèi)外學者和專家對這種新型無功補償裝置的研究從未停止過。國外SVG的研究現(xiàn)狀:1986年日本成功研制出世界上第一臺SVG無功補償裝置。以晶閘管為開關(guān)器件，研制了電壓橋無功補償裝置電路。它的容量只有20兆伏安。10月，美國對SVG裝置進行了進一步改進，并提出了耗電建議。開關(guān)GTO取代了以前的晶閘管，并通過了實際電網(wǎng)的現(xiàn)場測試。由于SVG器件的成功測試，大功率GTO開關(guān)器件在SVG得到了很大的發(fā)展。1991年，日本成功開發(fā)出容量為80MVar的SVG無功功率補償裝置。并與以前的SVG裝置進行了比較。1996年10月，美國開發(fā)了一種容量為100MVar的無功補償裝置，并將其應用于實際電網(wǎng)。2005年，美國為138千伏的變電站開發(fā)了100兆伏安SVG。無功補償。不僅如此，許多發(fā)展SVG的國外大學和電氣公司也在不斷提高SVG的控制和監(jiān)督績效。隨著開關(guān)器件的更新和發(fā)展，以及科學的進步，補償性能更好、容量更大的SVG器件將投入電力系統(tǒng)的實際運行。我國SVG的研究現(xiàn)狀:我國SVG的研究與發(fā)展相對滯后。在國內(nèi)學者和專家的努力下，SVG在電網(wǎng)的理論研究和實時補償方面取得了巨大的成就。1986年，華北電力大學完成了晶閘管控制容量為10kVA的VG實驗裝置。東北電力大學升級了開關(guān)裝置。我國首次采用大功率電子器件GTO代替晶閘管。研制成功了一臺容量為2kVA的VG實驗裝置。1999年由河南省電力公司與清華大學聯(lián)合開發(fā)。20MVASVG裝置已成功建成并應用于實際電網(wǎng)，使中國成為第四個成功開發(fā)高容量SVG的國家。2002年11月，國家電網(wǎng)公司科技交流部主辦了“上海MDMA黃島區(qū)50MVARSVG示范工程”。標志著SVG產(chǎn)業(yè)在中國的實現(xiàn)。2006年3月，清華大學與上海市電力公司聯(lián)合研制了一臺50MVA多級SVG無功補償裝置，并將其投入到上海某變電站進行使用。近年來，我國在SVG的研究和開發(fā)方面取得了一系列的成就，但與發(fā)達國家相比，我國SVG的研究和開發(fā)還存在一定的差距。1.2.2發(fā)展趨勢（1）SVG補償對象發(fā)生變化。早期的SVG補償裝置主要面向輸電系統(tǒng)，但隨著電力用戶對電能質(zhì)量的要求，SVG補償?shù)膶ο笠裁媾R著配電系統(tǒng)和負荷。（2）隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，SVG中使用的電力電子旋轉(zhuǎn)裝置逐步更新。IGBT和IGCT的出現(xiàn)逐漸取代了GTO。當設(shè)備的容量小于數(shù)十兆字節(jié)時，IGBT的優(yōu)點尤為顯著。因此，尋找更合適的開關(guān)器件是SVG發(fā)展的重要趨勢。。（3）隨著高溫超導技術(shù)的快速發(fā)展，電流源逆變器的傳感效率得以存儲。隨著電力電子技術(shù)，超導能量技術(shù)和開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，基于電流源逆變器的SVG裝置也得到了廣泛的應用。第二章新型靜止無功發(fā)生器（ASVG）原理分析2.1電壓型主電路及工作原理簡而言之，基本原理是整流橋電路可以通過電阻器和電抗器（包括變壓器漏抗）或直接在網(wǎng)絡中與電路中的其他電抗并聯(lián)。根據(jù)輸入系統(tǒng)的控制命令，可以適當?shù)卣{(diào)整橋的AC側(cè)的輸出電壓的幅度和相位。另外，它可以直接控制電橋交流側(cè)的電流。控制吸收或輸出電路。必要的電流可以實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。在平衡三相電路中，無論負載的功率因數(shù)如何，都必須計算三相瞬時功率之和，等于任何時候三相的總有功功率。因此，在大多數(shù)情況下，電源和三相電路負載之間沒有非功能性的往返。因此，如果三相非功能部件能夠以某種方式統(tǒng)一，使三相電路的電源與負載之間不存在非功能部件的轉(zhuǎn)移，沒有必要在總負載側(cè)安裝無功儲能元件。實際上，三相橋式變換器電路具有三相非功能部件均勻處理的特點。實際上，考慮到換向電路所消耗的電流不僅包含基波，還包含諧波，通常會在電源內(nèi)部和外部產(chǎn)生少量的非功能能量。因此，為了維持橋式轉(zhuǎn)換器電路的正常操作，DC側(cè)仍然需要一些電感器或電容器作為能量存儲部件，但是能量存儲部件的容量比提供的無功功率更重要。ASVG的主電路分為電壓橋電路和電流橋電路。電容器和電感器是直流側(cè)的兩種不同的儲能元件。電壓橋電路需要與電抗器串聯(lián)連接以便集成到電網(wǎng)中。電感的作用是濾除設(shè)備投入運行時產(chǎn)生由諧波引起的過電壓和電流橋吸收了交流側(cè)并聯(lián)整流器產(chǎn)生的過電壓。圖中顯示了兩種電路圖：在單相電路中，與無電有關(guān)的能量基本上在電源和負載之間轉(zhuǎn)換。當然，平衡三相電路中負載的功率因數(shù)是多少，三相的瞬時值定義為電。等于任意時刻的三相總功率。因此，三個電源和負載之間通常沒有非功能性的往返。因此，三相部分可以通過某種方式進行統(tǒng)一。三相電源與負荷之間不存在非功能性性能轉(zhuǎn)換，總負荷側(cè)不需要安裝無功功率增益元件。實際上，三相橋式變換器電路有三個特點，即統(tǒng)一處理。因此，理論上不可能在橋式變換器電路的直流側(cè)配置工作元件。實際上，開關(guān)電路吸收的電流不僅是基波，而且是輸入輸出電源的非功能能量。因此，作為橋式變換器電路的正常運行，DC還需要一定尺寸的電容器，但能量存儲部件的容量遠小于電容器提供的容量。由于直流側(cè)電壓通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)頻率相同的輸出電壓，半導體開關(guān)工作正常，與電壓源逆變器相同，但交流側(cè)的輸出不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，在僅考慮基頻的情況下，可以將其視為與電網(wǎng)頻率相同的AC電壓源，并且可以均勻地控制其幅度和相位。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)。因此，不考慮反應堆損耗和轉(zhuǎn)換器損耗，電抗器損耗和換流器損耗的情況下，可以用單相等效電路來解釋其工作原理。不考慮反應器損耗和轉(zhuǎn)換器損耗。網(wǎng)壓輸出采用US相，輸出電壓采用USVG相。連接到電阻器X的電壓Ui是我們和USVG之間的相位差，電阻器的電流可以通過電壓控制。該電流從電網(wǎng)吸收。因此，通過改變AC側(cè)的輸出電壓和調(diào)節(jié)器的寬度和相位，可以改變連接到電阻器的電壓，可以控制吸收電流的相位和寬度，以及吸收的性質(zhì)和幅度無功功率可以控制。考慮反應器的損耗和轉(zhuǎn)換器的損耗。考慮到電阻損耗和換流器本身的損耗，考慮到全電阻損耗，如管電壓降和線路電阻，換流器的電壓Usvg仍然是電流I和90%的差值，換流器不需要功能容量。供電網(wǎng)絡在補電電路中提供損耗，即電網(wǎng)電壓在電流i中具有一定的功率，即換流器電壓Usvg與電網(wǎng)電壓US之間的相位差。當相位差變化時，當Usvg的振幅變化時，電流i的相位和幅度發(fā)生變化。SVG還對應于從電網(wǎng)吸收的無功功率。轉(zhuǎn)換器本身的損耗也包括在AC側(cè)，并且被認為是連接的電抗器的電阻。實際上，這種損耗發(fā)生在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，應該由轉(zhuǎn)換器從AC側(cè)吸收的功能來補充。因此，AC側(cè)電壓USVG和逆變器電流I之間的相位差不是嚴格的90°，而是超過90°。通過對SVC工作原理的分析，可以得到SVC的電壓和電流特性。通過分析其工作原理，可以知道其電壓和電流特性。在相同的情況下，通過改變控制系統(tǒng)的參數(shù)（電網(wǎng)電壓的參考值），我們可以得出電壓和電流的特性。以上下移動。另外，在傳輸補償方面，如如果DC側(cè)使用大容量存儲電容器或其他DC電源，則它還可以在必要時在短時間內(nèi)向電信網(wǎng)絡提供一定量的有功功率。這對電力系統(tǒng)非常有用，但它超出了傳統(tǒng)設(shè)備的預期。需要指出的是，連接到電網(wǎng)的連接電抗可以濾除電流中的高次諧波，并將轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)。因此，對于補償能力相同的設(shè)備，所需電感不大，所需電感也小。當降壓變壓器用于連接電網(wǎng)時，降壓變壓器的阻抗也可用于進一步減少必要的連接斷路器。第三章靜止無功發(fā)生器控制策略研究控制策略的選擇應與補償裝置的主電路結(jié)構(gòu)和主要功能有關(guān)。由于ASVG的傳輸和分配的不同結(jié)構(gòu)和功能要求，采用了不同的控制策略。目前,ASVG在傳輸網(wǎng)絡中得到了廣泛的應用。其控制策略成熟、選擇性強。很少引入配電網(wǎng)ASVG?；贏SVG的各種控制策略和實際補償對象，本文研究和探討了一種新的配電系統(tǒng)無功補償控制策略。下圖顯示了dq的用法0坐標變換的直流控制策略。反饋三相輸出電流通過給定的有功功率和無功功率調(diào)節(jié)DQ獨立有功電流ID和無功電流IP的權(quán)重。開關(guān)信號通過坐標系和空間矢量電壓通過旋轉(zhuǎn)dj0坐標進行調(diào)制。3.1電流直接控制DC控制是一種通過引入AC電流反饋直接控制給定電流信號的控制方法。直流控制通常可以實現(xiàn)高質(zhì)量的電流響應，但其控制結(jié)構(gòu)和算法復雜。常用的DC控制方法包括滯后電流控制，三角波比較和預測電流控制。直流控制使用跟蹤控制技術(shù)來控制交流側(cè)產(chǎn)生的無功電流?；舅枷胧鞘褂眠m當?shù)姆椒▉硭矔r處理系統(tǒng)中的無功電流以獲得脈沖信號。然后由脈沖信號驅(qū)動門內(nèi)的功率電子元件控制脈沖信號,控制逆變器輸出電流和瞬時無功電流的瞬時值。系統(tǒng)電流在公差范圍內(nèi)。該設(shè)計使用基于三角波比較方法的DC控制策略。在從反饋電流Iqsvg中減去瞬時無功參考電流Iqsvg之后，通過PI調(diào)節(jié)器的操作和與恒定頻率三角波的比較來確定功率開關(guān)的狀態(tài)。比較器的輸出通常具有邏輯鎖存儲器。在三角形的波形期間,可以確保位于同一手腕上的兩個開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)。這樣,器件的開關(guān)頻率是固定的，三角波的周期是相同的。三角波比較方法的突出優(yōu)點是輸出開關(guān)頻率恒定且等于三角波頻率。電流控制可以在靜止坐標系(如圖所示)或同步旋轉(zhuǎn)坐標系(如圖所示)中進行。在同步坐標系下,電流跟蹤不存在靜態(tài)誤差,電流響應快。模擬電路是早期的主要電流控制電路。坐標變換的實現(xiàn)非常復雜,因此控制器通常處于以下位置。靜態(tài)坐標系的實現(xiàn)。為了彌補這一缺點,在靜態(tài)坐標系中引入反電動勢信號，引入電流控制器的前饋補償，使靜態(tài)坐標系的電流控制效果非常接近旋轉(zhuǎn)坐標系的電流控制效果。隨著處理器技術(shù)的發(fā)展，模擬電路逐漸被數(shù)字系統(tǒng)所取代。在數(shù)字系統(tǒng)中，坐標轉(zhuǎn)換非常方便。所以現(xiàn)在使用的大多數(shù)字控制器基于同步坐標?？刂平Y(jié)構(gòu)使用ABC軸下的瞬時電流控制方法。控制結(jié)構(gòu)如下所示:控制系統(tǒng)實現(xiàn)直流側(cè)兩個功能的恒壓控制和無功電流實時跟蹤。DC電壓指令和DC電壓反饋通過控制由電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的有功電流指令對的流入來控制DC側(cè)電壓。三相瞬時電流指令是從無功電路指令的倒數(shù)得出的。將三相瞬時電流指令與恒定頻率三角波瞬時電流指令進行比較，以產(chǎn)生逆變器的切換信號。通過上述控制，可以實現(xiàn)直流電壓穩(wěn)定和無功電流跟蹤。另一種控制結(jié)構(gòu)是使用變換的瞬態(tài)電流控制方法。其結(jié)構(gòu)如下所示:在SVG將三相電流的瞬時值Ia，Ic和Ic與有功電流Id，無功電流IU，有功電流Ipref和無功電流I的參考值進行比較后，該值由PI調(diào)節(jié)器獲得的通過DU。逆變換獲得三相電流信號，并且三角波比執(zhí)行電流跟蹤PWM控制。通過比較DC側(cè)的電壓參考值和DC側(cè)的電容器電壓的反饋值，通過PI調(diào)節(jié)器獲得有效電流的參考值。由于參考值Ipref，Iqref和反饋值Ig和IU在它們穩(wěn)定時是DC信號，所以可以通過PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)沒有穩(wěn)定性誤差的電流跟蹤控制。也就是說，在該方法中，采用雙閉環(huán)反饋控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)控制，外輪為電壓環(huán)控制。與第一控制結(jié)構(gòu)相比，兩者實現(xiàn)的功能相同,電流調(diào)節(jié)器的數(shù)量、位置、調(diào)整信號的性質(zhì)是不同的。第一控制結(jié)構(gòu)dp0-abc在abc軸下具有三個PI調(diào)節(jié)器。在dg-bc轉(zhuǎn)換之前，第二控制結(jié)構(gòu)在db軸下具有兩個PI調(diào)節(jié)器。在第二控制結(jié)構(gòu)中，電流PI調(diào)節(jié)器是DC信號，并且第一控制結(jié)構(gòu)中的電流PI調(diào)節(jié)器的反饋是正弦通信信號。AC信號具有大的變化率，并且PI調(diào)整具有靜態(tài)誤差，并且參數(shù)調(diào)整是困難的。3.2電流間接控制間接電流控制，也稱為幅度和相位控制，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的AC側(cè)電壓的幅度和相位來控制電流。間接控制具有良好的靜態(tài)性能和簡單的控制結(jié)構(gòu)。由于不需要電流傳感器，成本相對較低。然而，在間接控制中，電流的動態(tài)響應速度不夠快，即使在DC組件的AC側(cè)，它也對系統(tǒng)參數(shù)的波動敏感。因此，它通常用于具有低動態(tài)響應的逆變器?？刂平Y(jié)構(gòu)簡單的場合。第四章無功電流驗算SVG補償效果好的主要原因是它能夠根據(jù)設(shè)備的具體功能準確，實時地檢測無功電流，獲得設(shè)備的無功功率指令信號，產(chǎn)生相應的脈沖信號，并控制主電路的開關(guān)裝置。實時檢測無功電流是確保SVG性能的關(guān)鍵。新型靜態(tài)電機是一種動態(tài)補償裝置，可實時檢測無功電流。無功電流檢測的速度，精度和靈活性將影響SVG的跟蹤補償特性和SVG的應用范圍。因此，在選擇無功電流的實時計算方法的情況下，必須確保高計算精度。實時性好、算法簡單、硬件簡單、易于實現(xiàn)、計算功能齊全。因此，如何準確檢測電網(wǎng)中的瞬時恒流是無功補償領(lǐng)域的一個重要研究課題。4.1傳統(tǒng)諧波和無功檢測方法在非正弦條件下，提高電能質(zhì)量主要從諧波和無功功率兩方面入手。我們需要的是一種無功功率檢測方法，它可以有效地將無功電流和畸變電流分離開來，因此我們需要從傳統(tǒng)的檢測和計算方法開始。這些方法包括：4.1.1采用模擬帶通（或帶阻）濾波器檢測高次諧波電流帶通濾波器或帶阻濾波器用于預先確定單個調(diào)諧器組件與檢測到的信號的分離。50赫茲波段濾波器和電阻濾波器用于分離被檢測信號的50赫茲基礎(chǔ)并獲得調(diào)諧電流。該方法具有電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，輸出阻抗低的優(yōu)點。質(zhì)量因數(shù)易于控制等優(yōu)點。然而,這種方法也有許多缺點。濾波器中心的頻率對組件的參數(shù)非常敏感，并且受外部環(huán)境的影響很大。難以獲得所需的寬度和相位頻率特性。當電網(wǎng)頻率波動時，不僅影響檢測精度，而且檢測到的調(diào)諧電流包含許多基本量。因此,主動補償裝置的容量和操作損耗大大增加。另外，該方法不能分離無功電流，不能用作SVG無功電流檢測方法。4.1.2基于Fryze時域分析的有功電流分離法基本原理是將負載電流分解為兩個正交變量。一個是與電壓波形相同的有效電流，另一個是負載電流和有功電流之間的差值，即廣義無功電流。這種方法的缺點是,油炸的定義是基于平均功率,有源電流需要臨時集成。因此，通過該方法檢測的廣義無功電流的瞬時值可以具有至少一個周期性延遲。4.1.3基于頻域分析的分解法在傅立葉級數(shù)分析的基礎(chǔ)上，將檢測到的奇異電流和電壓分解成基波和高小波的代數(shù)和，然后將高次諧波集成到總補償電流中。這個方法需要兩個轉(zhuǎn)換。為了進行變換，需要進行大量的計算，這些計算具有很大的延遲、必要性和較大的瞬時誤差。由于電壓波形的奇異性，異步采樣誤差大，高階調(diào)諧檢測精度高。4.1.4用于不平衡三相系統(tǒng)的同步檢測法該方法主要用于三相不平衡系統(tǒng)的整定和無功電流的檢測。其基本思想是將補償量分成三個階段,統(tǒng)一補償電流。也就是說，該方法不會分解電流，而是從功率平衡的角度確定補償電流。對于這三個系統(tǒng)，同步校準方法具有三相電流不平衡、無功補償和整定功能。然而,該方法基于總平均功率確定補償電流，然后計算補償命令電流。在計算補償電流時，不僅需要知道三相電路的平均功率，還需要知道每相電壓的大小。因此檢測時會有一個延遲時間。此外,該方法也適用于正