1、分類號密級單位代碼基于的靜止無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)鄒鑫指導(dǎo)教師王丹職稱教授學(xué)位授予單位大連海事大學(xué)申請學(xué)位級別碩士學(xué)科（專業(yè)）電力電子與電力傳動論文完成期年月答辯期年月日答辯委員會主席 嘲（）： 大連海事大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，撰寫成博碩士學(xué)位論文竺蛆啤碰黝立嗌蚴超輯與色筋至：。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對論文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本論文中不包含任何未加明確注明的其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或未公開發(fā)表的成果。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：學(xué)位論文版權(quán)使用授

2、權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解大連海事大學(xué)有關(guān)保留、使用研究生學(xué)位論文的規(guī)定，即：大連海事大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連海事大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。同意將本學(xué)位論文收錄到中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫（中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社）、中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫（中國科學(xué)技術(shù)信息研究所）等數(shù)據(jù)庫中，并以電子出版物形式出版發(fā)行和提供信息服務(wù)。保密的論文在解密后遵守此規(guī)定。本學(xué)位論文屬于：保密口在年解密后適用本授權(quán)書。不保密圇（請?jiān)谝陨?/p>

3、方框內(nèi)打“）做作者躲與降導(dǎo)師躲日期：）刀年月弓日 中文摘要摘要由于對電網(wǎng)性能質(zhì)量要求的不斷提高，無功功率補(bǔ)償問題顯得越發(fā)的重要，它是確保電力系統(tǒng)可靠高效運(yùn)行的重要手段之一。本文在比較了各種補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)之后，選擇了最具潛力的靜止無功發(fā)生器作為研究對象，對其進(jìn)行了較深入的學(xué)習(xí)，自主研制出一套以作為核心控制器的靜止無功發(fā)生器（）。首先介紹了靜止無功發(fā)生器的研究現(xiàn)狀、工作原理、控制方法以及無功電流的檢測方法。其次應(yīng)用軟件中的模塊搭建了靜止無功發(fā)生器的仿真系統(tǒng)模型，驗(yàn)證了在無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域的優(yōu)越性能，為硬件電路實(shí)驗(yàn)平臺的成功建立奠定了基礎(chǔ)。然后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，主要由硬件與軟件兩大部分組成。

4、硬件上，控制器采用的是合眾達(dá)的開發(fā)板，利用其強(qiáng)大的運(yùn)算能力，大大提高了代碼效率。此外還設(shè)計(jì)了信號檢測調(diào)理電路、電壓過零檢測電路、驅(qū)動電路、直流供電電源電路和其它外圍控制電路。軟件上，依據(jù)先進(jìn)的瞬時(shí)無功功率檢測方法，實(shí)現(xiàn)了對無功電流較精確的檢測，在開發(fā)環(huán)境下，編寫了捕獲電壓過零點(diǎn)、檢測無功電流以及驅(qū)動智能功率模塊（）等程序，以達(dá)到控制目的。控制方法選擇準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，通過詳細(xì)比較間接電流控制方法和直接電流控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了適合自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)的策略。最后，根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)試，得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而進(jìn)一步證明了本文所設(shè)計(jì)方案的可行性和

5、正確性。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；靜止無功發(fā)生器（）；軟件；數(shù)字信號處理（） ，托，。，（），。：； 口錄目錄第章緒論本課題的研究背景及意義無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展歷程國內(nèi)外研究現(xiàn)狀本文主要工作及內(nèi)容第章靜止無功發(fā)生器的基本原理與控制方法靜無功發(fā)生器的工作原理與的基本特性比較輸出特性比較響應(yīng)速度比較阻抗諧振問題比較損耗特性比較諧波特性比較交流系統(tǒng)不對稱時(shí)的運(yùn)行特性比較成本比較的摔制方法電流的問接控制電流的直接控制。補(bǔ)償電流的控制方法電流滯環(huán)比較方式三角波比較方式基于瞬時(shí)無功功率理論的無功電流檢測本章小結(jié)第章靜：無功發(fā)生器系統(tǒng)的仿真研究仿真技術(shù)概述仿真系統(tǒng)建模及仿真結(jié)果分析本章小結(jié)第章靜止無功發(fā)牛器裝置的硬件

6、設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)逆變電路的設(shè)計(jì)整流電路的設(shè)計(jì)儲能電容及濾波電感的選擇控制電路的設(shè)計(jì)控制板簡介電壓過零榆測電路的設(shè)計(jì)電流檢測調(diào)理電路設(shè)計(jì)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)電路電源設(shè)計(jì)本章小結(jié)第章靜：無功發(fā)生器裝置的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)丌發(fā)環(huán)境簡介的組成部分的工作方式的丌發(fā)周期丌發(fā)程序步驟程序設(shè)計(jì)思想捕獲中斷子程序采樣模塊定時(shí)器下溢中斷子程序本章小結(jié)第章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析電壓過零檢測波形信號檢測調(diào)理電路波形輸出波形檢測劍的電流波形硬件實(shí)物圖本章小結(jié)總結(jié)與展望參考文獻(xiàn)致訝基的靜：無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)第章緒論本課題的研究背景及意義電網(wǎng)沖擊性負(fù)荷的不斷增加對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生了很大的不利影響，而任何電能質(zhì)量的惡化都很可能給

7、人們的正常生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重后果：（）隨著感性負(fù)載如工頻爐、電動機(jī)、電焊機(jī)等的廣泛使用，消耗的無功功率呈現(xiàn)迅猛態(tài)勢，導(dǎo)致視在功率和電流的增大，使得變壓器和發(fā)電機(jī)等設(shè)備容量及線路損耗增加。此外，投入運(yùn)行的控制設(shè)備的體積和成本也要增加，使得生產(chǎn)率降低。（）沖擊性無功負(fù)荷會使電網(wǎng)壓降增大、電壓出現(xiàn)劇烈波動、甚至導(dǎo)致動力和保護(hù)設(shè)備無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量。（）產(chǎn)生高次諧波干擾通信系統(tǒng)的信息傳遞，產(chǎn)生大量的噪聲，使得傳輸信號的質(zhì)量大大降低，更甚則丟失傳輸信息，導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)都不能正常工作。（）吸收大量的無功功率，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，使得電費(fèi)增加，如果低于全國供用電規(guī)則規(guī)定的下限則會受到處罰，

8、功率因數(shù)低于時(shí)，則電業(yè)局可以不給工廠企業(yè)供電【¨。因此，為了設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定、電網(wǎng)的可靠安全以及電能質(zhì)量的改善，必須對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。因而，在當(dāng)今電力電子與電力傳動和電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域中，對于怎樣能夠更高效、更快速、更好的對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償成為國內(nèi)外共同關(guān)注的焦點(diǎn)。在歐美、日本等科技發(fā)達(dá)國家，對于無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒ㄒ约巴度肷a(chǎn)運(yùn)行的技術(shù)早已成熟，而在我國，這一技術(shù)的發(fā)展才剛剛起步，因此，對于無功補(bǔ)償這一先進(jìn)技術(shù)的開發(fā)研究顯得尤為的至關(guān)重要。無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展歷程隨著柔性交流輸電系統(tǒng)（）的迅速發(fā)展，工廠企業(yè)對與無功補(bǔ)償裝置的需求呈現(xiàn)出較大的上升趨勢。下面介紹一下無功補(bǔ)償

9、裝置的發(fā)展歷程【】【】【】。、調(diào)相機(jī)第章緒論在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中，較早出現(xiàn)的就是調(diào)相機(jī)，它是較為傳統(tǒng)的一種無功補(bǔ)償裝置，其本質(zhì)猶如一臺空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在欠勵磁的情況下，調(diào)相機(jī)可以向系統(tǒng)發(fā)出感性的無功功率；在過勵磁的情況下，調(diào)相機(jī)可以向系統(tǒng)發(fā)出容性的無功功率。調(diào)相機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制方法簡單；能連續(xù)的對變化負(fù)載進(jìn)行無功功率補(bǔ)償：當(dāng)電網(wǎng)的電壓下降時(shí)能自動地通過提升無功功率來包持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定；在高壓電直流輸電系統(tǒng)中，能夠給較弱的受電側(cè)提供足夠多的電壓和短路電流。缺點(diǎn)是：投資較大，性價(jià)比不高；噪聲大，損耗高，響應(yīng)速度慢，運(yùn)行維護(hù)非常復(fù)雜，已經(jīng)無法跟上非線性負(fù)載迅速變化的步伐。、并聯(lián)電容器在電網(wǎng)中，

10、使用最多的無功補(bǔ)償裝置就是并聯(lián)電容器，其特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)方便、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、適合于需要分散安裝的場合，而且能夠很好地達(dá)到就地補(bǔ)償?shù)哪康摹０凑昭a(bǔ)償電容器安裝位置的不同有三種補(bǔ)償方式：就地補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。并聯(lián)電容器的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)方便、結(jié)構(gòu)簡單；能耗低、適合于需要分散安裝的場合；能夠很好地達(dá)到就地補(bǔ)償?shù)哪康?。缺點(diǎn)是：阻抗一定、容量較為有限；不能夠連續(xù)地補(bǔ)償無功功率，因而只能夠?qū)o功功率進(jìn)行靜念補(bǔ)償；并聯(lián)電容器發(fā)出的無功功率與安裝處的電壓成正比例關(guān)系，當(dāng)電網(wǎng)電壓減小時(shí)，補(bǔ)償電流也隨之降低，所要補(bǔ)償?shù)臒o功功率也急劇下降；如果在系統(tǒng)中有諧波存在，還很可能發(fā)生諧振，放大諧波電流，污染電網(wǎng)

11、電能質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至把電容器燒毀。、靜止無功補(bǔ)償裝置（）近年來，隨著電力電子與電力系統(tǒng)技術(shù)的提高和完善，靜止無功補(bǔ)償裝置獲得了很大的發(fā)展，由于其工作可靠性強(qiáng)，維護(hù)簡單且價(jià)格低廉，廣泛受到工廠企業(yè)等用戶的歡迎。主要有以下四種類型：（）飽和電抗器（）：飽和電抗器主要分為兩種：自飽和和可控飽和電抗器。自飽和電抗器改變補(bǔ)償?shù)母行詿o功功率是通過調(diào)節(jié)鐵心的飽和程度來實(shí)現(xiàn)的；可控飽和電抗器控制繞組中電流的大小是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而使得電抗器鐵芯的工作點(diǎn)磁通密度得到控制，改變了繞組中的電感值，同時(shí)補(bǔ)基的靜止無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)償了相應(yīng)的無功功率。（）晶閘管控制電抗器（）：通過增大觸發(fā)延遲角來減小電

12、流中的基波分量，即減小了補(bǔ)償器的等效電納，從而也減少了對無功功率的吸收。（）晶閘管投切電容器（）：依據(jù)電網(wǎng)對無功功率的需求來投切適當(dāng)容量的電容器進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。（）晶閘管控制電抗器固定電容器（）：支路通過延時(shí)控制觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通角，將電容支路固定連接在電路中即可。通常情況下，電容器的容量要小于電抗器的容量，從而能夠達(dá)到由感性無功功率到容性無功功率的整個范圍內(nèi)輸出的目的。（）混合型靜止補(bǔ)償器（或）：當(dāng)系統(tǒng)容性無功功率需求變化較頻繁時(shí)，多采用此種補(bǔ)償方式。具有控制速度快、成本低以及維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，也克服了調(diào)相機(jī)運(yùn)行噪聲大、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。然而，也存在一些缺點(diǎn)：投切是分組進(jìn)行的，不能夠連續(xù)的對無功功率

13、進(jìn)行調(diào)節(jié)；晶閘管是半控型器件，管子的關(guān)斷不受控且工作頻率較低，使得系統(tǒng)的動念性能提高幅度有限；使用電力電子器件晶閘管會產(chǎn)生很大的諧波，污染電力系統(tǒng)。、靜止無功發(fā)生器（）靜止無功發(fā)生器是一種比更為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置【】，即通過電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動態(tài)無功功率補(bǔ)償。與傳統(tǒng)型無功補(bǔ)償裝置如調(diào)相機(jī)、等相比較主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（）調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更寬廣、控制精度更高，在感性和容性負(fù)載下均可連續(xù)調(diào)節(jié)；（）依據(jù)瞬時(shí)無功功率理論對系統(tǒng)電壓進(jìn)行控制，即使系統(tǒng)電壓降低，依然可以維持最大無功電流，即系統(tǒng)電壓不會對產(chǎn)生的無功電流造成影響；（）采取、多電平、多重化等技術(shù)后，補(bǔ)償電流中的諧波含量大大減少，從而減

14、輕了對電網(wǎng)的污染程度；（）為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用數(shù)字控制技術(shù)，同時(shí)減少了對系統(tǒng)的維護(hù)第章緒論工作，大大節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用；（）使用的電容和電抗器容量較小，大大節(jié)省了裝置的生產(chǎn)開發(fā)成本。由此看來，靜止無功發(fā)生器（）有著許多其他無功補(bǔ)償裝置無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，它也成為現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，相信在不久的將來定會取代其他無功補(bǔ)償裝置。在介紹了無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展歷程以及分析了各自優(yōu)缺點(diǎn)之后，整理出表【。表各種無功補(bǔ)償裝置特性對比（晶閘（混（靜止（同步調(diào)（晶閘管管控制電合型靜：補(bǔ)無功發(fā)生相機(jī)）投切電容器）抗器）償器）器）響應(yīng)速度慢較快較快較快快控制方式簡單較簡單較簡單較簡單復(fù)雜吸收無功連續(xù)連續(xù)分級

15、連續(xù)連續(xù)諧波電流幾乎沒有大兒乎沒有大較小分相調(diào)了有限可以有限可以可以運(yùn)行維護(hù)簡單較復(fù)雜較復(fù)雜較復(fù)雜復(fù)雜噪聲人小小小小損耗人由小小小國內(nèi)外研究現(xiàn)狀】嗍在國外，世紀(jì)年代就有人提出采用電力半導(dǎo)體變流器來實(shí)現(xiàn)對無功功率的補(bǔ)償工作，在年同本發(fā)表了類似的研究論文。年，美國學(xué)者提出了用自換相橋式變流電路對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，至此，各國競相對這一領(lǐng)域進(jìn)行研究。年，日本三菱電機(jī)公司與關(guān)西電力公司合作研制了世界上首臺靜止無功發(fā)生器樣機(jī)，這臺容量高達(dá)，受當(dāng)時(shí)期間水平所限，采用的基的靜卜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)是強(qiáng)迫換相晶閘管橋式電路。年，世界上第一臺采用大功率門級可關(guān)斷晶閘管作為逆變元件的靜止無功發(fā)生器研制成功，美國西屋公司

16、和國家電力科學(xué)研究院為此做出了巨大貢獻(xiàn)。年，同本采用門級可關(guān)斷晶閘管研制了一套的靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)。年，美國緊隨其后用同樣的方法研制了一套裝置并投入使用。年，德國西門子公司研制出了容量為的用于丹麥風(fēng)場的發(fā)電機(jī)組的動態(tài)控制。同年，美國公司將±的應(yīng)用在肯塔基州的變電站。年，美國公司在伯靈頓附近的變電站投入運(yùn)行了容量為的裝置。年，同本中央鐵路公司將的裝置投入使用。年，美國能源公司在變電站投入運(yùn)行了公司研制的±的裝置。在國內(nèi)，對于靜止無功發(fā)生器的研制還處于發(fā)展階段，但隨著對柔性交流輸電系統(tǒng)的深入研究，無論是在理論還是具體裝置上，都有了突破性的進(jìn)展，取得了一定的成果。年，清華大學(xué)與河

17、南電力局不負(fù)眾望，研制出了±的靜止無功發(fā)生器并成功掛網(wǎng)運(yùn)行，為研制±的奠定了強(qiáng)大的實(shí)踐基礎(chǔ)，于年在河南朝陽變電站成功將±并網(wǎng)運(yùn)行，這是我國第一臺投入運(yùn)行的大容量交流輸電裝置，為國內(nèi)無功補(bǔ)償領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。此后，西安交通大學(xué)，北京交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校也在這一領(lǐng)域做出了自己的貢獻(xiàn)。據(jù)悉，進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，上海思源電氣股份有限公司和榮信電力電子股份有限公司已經(jīng)將國內(nèi)的無功補(bǔ)償領(lǐng)域引領(lǐng)到了一個新的時(shí)代。本文主要工作及內(nèi)容通過對無功補(bǔ)償?shù)囊饬x及其發(fā)展現(xiàn)狀的了解，充分認(rèn)識到靜止無功發(fā)生器（）所具有的重大優(yōu)越性，本文正是在此環(huán)境下，對整個系統(tǒng)從理論到實(shí)踐進(jìn)

18、行研究，顯示用軟件仿真整個系統(tǒng)，以此作為依據(jù)，設(shè)計(jì)了用控制的裝置。本文的主要工作及內(nèi)容有以下六個方面：、簡單介紹了各種無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了靜止無功發(fā)生器的工作原理、控制方法及主電路結(jié)構(gòu)，以便更深入的研究系統(tǒng)；第章緒論、對于無功電流的各種檢測方法做了簡單介紹，選取最理想的檢測方法以達(dá)到準(zhǔn)確檢測目標(biāo)量的目的：、在對整個系統(tǒng)有了較深入的研究后，應(yīng)用仿真軟件搭建了仿真模塊，對設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證，為后續(xù)搭建硬件電路平臺提供了充足的依據(jù)：、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路，主要包括電流檢測調(diào)理電路、電壓過零檢測電路、驅(qū)動電路、主電路等；、軟件方面用作為核心控制器，在丌發(fā)環(huán)境下，用語言編寫完整的控制程序，主要包括

19、以下幾個模塊：無功電流檢測算法模塊、采樣模塊、捕獲電網(wǎng)過零點(diǎn)模塊、驅(qū)動模塊等；、搭建實(shí)驗(yàn)平臺，以驗(yàn)證整個設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性與可行性?；诘撵o：無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)第章靜止無功發(fā)生器的基本原理與控制方法靜止無功發(fā)生器的工作原理靜止無功發(fā)生器的工作原理概括的講，就是將由電力半導(dǎo)體器件組成的三相橋式電路的直流側(cè)電壓逆變成與電網(wǎng)相同頻率的交流電壓，通過控制電力器件的丌通與關(guān)斷來調(diào)節(jié)輸出交流電壓的幅值與相位，以滿足電路對所需要吸收或發(fā)出的無功功率的要求【們。在考慮連接電抗器與變流器本身損耗的情況下，即將其它各種損耗作為連接電抗器的電阻考慮，得到靜止無功發(fā)生器的單相等效電路如圖所示。圖等效電路圖圖和是電流滯后和

20、電流超前工作時(shí)的向量圖。以電流超前工作為例，由圖可知，輸出的交流電壓，與從電網(wǎng)吸收的電流相差?！荆娋W(wǎng)電壓。與電流相位差是（一萬），因而電路中的損耗由電網(wǎng)提供有功功率進(jìn)行補(bǔ)充，這表明相對于電網(wǎng)電壓來說，電流中含有了一部分有功分量。其中，矽，與矽，的相位差即是艿。系統(tǒng)正是通過改變?nèi)f和矽，的幅值來調(diào)節(jié)從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小和性質(zhì)。當(dāng)。時(shí)，從系統(tǒng)中吸收容性的無功功率；當(dāng)，時(shí)，從系統(tǒng)中吸收感性的無功功率。第章靜：無功發(fā)生器的基本原理與控制方法圖等效向量圖（）電流滯后（）電流超前（）（）系統(tǒng)可以分為兩種類型：電壓型橋式電路和電流型橋式電路【】【，由于運(yùn)行效率較低，電流型橋式電路已經(jīng)很少使用了，迄

21、今為止投入運(yùn)行的大多采用電壓型橋式電路。在分析了單相電路等效圖后可以得到三相電壓型橋式電路結(jié)構(gòu)圖如圖所示?？梢钥闯?，整個主電路主要由以下三個部分組成：大功率電力半導(dǎo)體器件（如）組成的三相全控橋式電路；直流側(cè)電容和連接電抗器。圖土電路結(jié)構(gòu)圖基丁的靜卜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)與的基本特性比較，輸出特性比較靜止無功補(bǔ)償器（）是通過改變電納來調(diào)節(jié)輸出的無功功率或無功電流，可將其等效為?？氐碾娙萜骰螂娍蛊鳎憾o止無功發(fā)生器（）是通過改變輸出電壓來調(diào)節(jié)輸出的無功功率或無功電流，可將其等效為可控電壓源】，在采用電流的直接控制方法時(shí)，準(zhǔn)確的說，可將其等效為可控電流源。這一點(diǎn)是與在外特性上最本質(zhì)的區(qū)別，它使得擁有更好的

22、特性、更出色的性能以及更優(yōu)越的應(yīng)用靈活性【引。圖是與的輸出特性曲線【，比較二者后發(fā)現(xiàn)，由于受并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器阻抗特性的限制，可以補(bǔ)償?shù)淖畲箅娏魇请S著系統(tǒng)電壓參考值的降低而線性減少的，其運(yùn)行區(qū)域的形狀是向下收縮的三角形；而的最大補(bǔ)償電流是不依賴于系統(tǒng)電壓的，僅受限于電力半導(dǎo)體器件的電流容量，其運(yùn)行區(qū)域的形狀是上下等寬的矩形。由此可以看出，比系統(tǒng)具有更好的補(bǔ)償性能【，在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)，所提供的最大補(bǔ)償電流能力使它比具有更優(yōu)越的電壓支撐能力，因而，相同容量的動態(tài)補(bǔ)償在使用時(shí)考慮的容量較小。通過大量仿真分析得出，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障電壓跌落的時(shí)候，的無功補(bǔ)償能力是無功補(bǔ)償能力的倍。刀形；刃刁“、！

23、“圖與的性能比較第章靜：無功發(fā)生器的基本原理與控制方法響應(yīng)速度比較與整體響應(yīng)時(shí)間包括傳輸延遲和設(shè)備自身的響應(yīng)時(shí)間，前者足從發(fā)出操作指令到丌關(guān)器件真正響應(yīng)的時(shí)間間隔，而后者取決于主電路響應(yīng)參考輸入到輸出發(fā)生改變的時(shí)間。晶閘管是半控型器件，需要等到電流過零以后才能自然關(guān)斷，兇此最大的傳輸延遲將達(dá)到半個周期，而且還有自身的過渡時(shí)間，這樣整個系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間約有之長。相比較而言，的傳輸延遲非常小，約為【】，可以忽略不計(jì)，其響應(yīng)時(shí)間主要決定于其同有的時(shí)問常數(shù)，較大容量的時(shí)日常數(shù)約為，最快的時(shí)間常數(shù)可降低到數(shù)毫秒【。以上所說是在丌環(huán)情況下，在閉環(huán)情況下，響應(yīng)時(shí)問常數(shù)可以達(dá)到毫秒級甚至更??；因?yàn)殚]環(huán)控制對傳輸

24、延遲沒有影響，的閉環(huán)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)仍在之間。阻抗諧振問題比較是阻抗型系統(tǒng)，在并到電力系統(tǒng)之后很有可能改變原來電力系統(tǒng)的阻抗特性。所以在某節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)，除了要考慮的投入對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響外，還要詳細(xì)分析系統(tǒng)在投入之后阻抗特性的變化，防止諧振現(xiàn)象的發(fā)生。相當(dāng)于一個町摔的電壓源，兇此，在并入系統(tǒng)之后并不會改變其原有的阻抗特性，也就不會存在諧振問題。損耗特性比較從已有的大量應(yīng)用工程來看，相同容量水平下，與的損耗情況相當(dāng)，但涉及到電力電子器件及其相關(guān)部件對整個裝置的損耗時(shí)，要比小，這是由于當(dāng)自訂使用的具有可關(guān)斷能力的電力電子器件（如、）的導(dǎo)通損耗要比傳統(tǒng)器件（如晶閘管、機(jī)械開關(guān)）要大，而且強(qiáng)迫電流關(guān)斷的開關(guān)損

25、耗比自然火斷要大。不過，相對于傳統(tǒng)的電力電子器件損耗不會降低太多而言，隨著電力半導(dǎo)體器件的迅猛發(fā)展，新型器件的不斷涌現(xiàn)，再結(jié)合多重化、多電平以及技術(shù)，相信在不久的將來，降低器件的損耗是極有可能實(shí)現(xiàn)的，比也將基的靜卜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)具有更低的損耗率。諧波特性比較晶閘管控制電抗器（）輸出的諧波含量比較豐富，如果沒有采取抑制諧波裝置如多脈沖、連續(xù)控制等措施時(shí)，則需要安裝濾波器；而輸出的電壓諧波含量較少¨，一般情況下不需要安裝濾波器。交流系統(tǒng)不對稱時(shí)的運(yùn)行特性比較當(dāng)系統(tǒng)三相電壓不對稱時(shí)，與采取的控制方式有兩種：三相對稱控制和分相控制】【】【】【。采用不同的控制方式系統(tǒng)具有不同的輸出特性。對于

26、系統(tǒng)來說，當(dāng)接入母線的三相電壓不對稱時(shí)，如果采用三相對稱控制，則各相補(bǔ)償電流將不相同，即輸出不對稱；如果采用分相控制，則可以單獨(dú)控制個補(bǔ)償導(dǎo)納以使得三相補(bǔ)償電流對稱。采用分相控制，可以在系統(tǒng)電壓不對稱時(shí)獲得對稱的電流輸出，但是在這種情況下，每相的的倍數(shù)次諧波將不一樣，因而大多需要安裝通常不必要的次諧波濾波器。因此，的分相控制只應(yīng)用在配電和用電系統(tǒng)中，而在輸電系統(tǒng)中則很少使用。變流器相當(dāng)于同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，能夠?qū)⒅绷鱾?cè)的勵磁電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)的工頻交流電壓。如果交流電壓三相不對稱，即存在負(fù)序分量，則會在直流側(cè)產(chǎn)生二次交流諧波充電電流，在直流電容有限的情況下，直流電壓會出現(xiàn)倍頻的波動。當(dāng)采取對稱控制

27、時(shí)，該倍頻波動的直流電壓則會在交流輸出電壓上疊加一個負(fù)序工頻分量和一個三次諧波分量。結(jié)果是將吸收與自身產(chǎn)生的負(fù)序電壓和交流系統(tǒng)電壓的負(fù)序分量之差成比的負(fù)序基波電流分量和次諧波電流分量。可見，系統(tǒng)不對稱將導(dǎo)致產(chǎn)生負(fù)序基波和次諧波電流分量，前者有利于減小負(fù)序分量，而后者沒有任何用處。如果采用對稱控制可以充分利用其容量，在正常情況下有利于諧波的抑制。由此可見，在交流系統(tǒng)非平衡情況下，與系統(tǒng)雖然運(yùn)行原理不同，但產(chǎn)生的結(jié)果是相似的。第章靜：無功發(fā)生器的基本原理與控制方法成本比較采用較為普遍的晶閘管作為開關(guān)器件，價(jià)格比較低廉；而主要采用的是全控型開關(guān)器件如等，成本比較高。然而由于使用的電感或電容只是作為電

28、流或電壓的支撐元件，容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于的電容和電感，因而占地面積較小、安裝工作量較少，安裝成本也就低于裝置了。的控制方法的控制方法主要是依據(jù)無功電流參考值調(diào)節(jié)產(chǎn)生所需無功電流來劃分的，主要有電流的間接控制和電流的直接控制兩種方法【】【。電流的間接控制依照前文所陳述的工作原理，被看作是交流電壓源，通過電力半導(dǎo)體器件對其變流橋進(jìn)行控制就可以改變輸出電壓的相位和幅值，進(jìn)而可以控制交流側(cè)電流，這就是電流的間接控制例。以吸收滯后電流為例，參照圖，由圖中向量關(guān)系可以得到以下等式：一【，：墜（）萬（妒）（。一妒一萬）式中，連接電抗電壓；虬電網(wǎng)電壓；，變流器交流側(cè)基波電壓；萬吼與，的相位差，以吼滯后為正；緲連接電抗

29、的阻抗角。由此得出：吣等（）再由歐姆定律，就可以得出從電網(wǎng)中吸收的有功電流和無功電流有效值為：基的靜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)忙麗（。）篆（）餳麗麗，（。）絲萬（）系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明艿角的絕對值變化幅度非常小，這時(shí)近似，場與萬也接近為線性的正比例關(guān)系因此，通過控制萬角就可以控制，這樣就可以得出最簡單的電流間接控制方法，如圖所示。圖最簡單的電流間接控制方法上面給出的系統(tǒng)足丌環(huán)的，如果對無功電流的控制精度和響應(yīng)速度有較高要求，可以進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，如圖所示。圖對無功電流進(jìn)行閉環(huán)控制的間接控制法電流的間接控制方法在信號運(yùn)算過程中用到了電路參數(shù)電阻和電抗，當(dāng)和的運(yùn)算值和實(shí)際值有誤差時(shí)，必然會對控制

30、效果產(chǎn)生影響。此方法主要應(yīng)用第章靜卜無功發(fā)生器的基本原理與控制方法在所需補(bǔ)償容量較大的場合，由于補(bǔ)償容量較大，同時(shí)又受到電力半導(dǎo)體器件的丌關(guān)頻率限制，就不能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤檢測電流。電流的直接控制采用跟蹤型控制技術(shù)對交流側(cè)電流的瞬時(shí)值進(jìn)行閉環(huán)控制，就是電流的直接控制，如圖所示。曩口反變換一圖電流的直接控制這種電流的直接控制就是對軸電流進(jìn)行瞬時(shí)控制，由圖可以看出，給定直流側(cè)參考電壓加廠與直流側(cè)反饋電壓比較之后的偏差值進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到有功電流，廠，控制有功電流就可以控制直流側(cè)電壓，以保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。有功電流和無功電流場，經(jīng)過變換得到三相參考交流電流乞、，將其與檢測到的負(fù)載電流厶、如、進(jìn)行三

31、角波或滯環(huán)比較后生成變流器的丌關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)無功電流的實(shí)時(shí)跟隨。電流的直接控制引入了電流反饋，能實(shí)時(shí)地跟蹤電流變化，響應(yīng)速度快，在控制運(yùn)算中未使用如電阻和電抗這樣的電路參數(shù)，系統(tǒng)的魯棒性較好，此方法主要應(yīng)朋在容量較小的場合。本文采用此方法對電流進(jìn)行控制。基丁的靜卜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)補(bǔ)償電流的控制方法對電流的瞬時(shí)值進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制就需要采用跟蹤型控制技術(shù)【】。目自訂較為成熟的跟蹤技術(shù)主要有兩種方式：滯環(huán)比較方式和三角波比較方式電流滯環(huán)比較方式圖給出了采用滯壞比較方式跟蹤補(bǔ)償電流的控制原理圖【。從圖中可以看出，把補(bǔ)償電流給定值與實(shí)際發(fā)出的補(bǔ)償電流的偏差乙作為滯壞比較器的輸入量，通過其輸出產(chǎn)生的波控制

32、功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。圖電流的滯環(huán)比較方式采用電流滯壞比較方式的電路主要有以下特點(diǎn)：硬件電路結(jié)構(gòu)比較簡單；屬于實(shí)時(shí)控制，響應(yīng)時(shí)間比較短；脈沖寬度受滯環(huán)寬度影響較大：輸出電流中高次諧波含量較多。三角波比較方式，圖給出了采用三角波比較方式跟蹤補(bǔ)償電流的控制原理圖【。從圖中可以看出，補(bǔ)償電流給定值與實(shí)際發(fā)出的補(bǔ)償電流作差后得到，經(jīng)過具有比例積分特性的放大器后，與三角波進(jìn)行比較后產(chǎn)生波觸發(fā)功率丌關(guān)器件。第章靜：無功發(fā)生器的基本原理與控制方法三角波圖電流的二角波比較方式采用電流三角波比較方式的電路主要有以下特點(diǎn)：控制方式簡單，響應(yīng)速度較快；魯棒性較強(qiáng)；輸出電流中諧波含量較少，適合于對諧波和噪聲要求較

33、高的場合】。基于瞬時(shí)無功功率理論的無功電流檢測對無功電流的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測是關(guān)系到整個系統(tǒng)成功運(yùn)行的重要保證。常用的無功電流檢測方法主要有以下幾種：基于自適應(yīng)理論的檢測方法、基于理論的時(shí)域分析檢測方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的檢測方法以及基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測方法【。本文選擇基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測方法，主要因?yàn)樵摾碚摱甲阍谒矔r(shí)值的基礎(chǔ)上定義的，這樣它不僅適用于電壓電流波形是弦波，還適用于非正弦波和任何過渡過程的情況。以瞬時(shí)無功功率理論為依據(jù)，可以得到無功電流檢測的兩種方法：檢測法和一島檢測法。、檢測法檢測法的原理框圖如圖所示。堇王里堂！塑塹！垂嬰莖竺堡塑堡鹽一一一止圖檢測法的原理圖由原理圖可以看

34、出，三相交流電壓屹、和三相交流電流屯、乙經(jīng)過變換后得到、印和么、咖，既而得到有功功率和無功功率，經(jīng)過低通濾波器（）后得到有功直流分量萬和無功直流分量萬，計(jì)算出被檢測電流乞、如、的基波分量諺、諺、諺如下式：呵嘞料砉圈汜，時(shí)。如果要得到乞、乙的諧波分量鋤、鋤、鋤，用乞、如、乇與諺、諺、諺小目減即可。當(dāng)系統(tǒng)需要同時(shí)補(bǔ)償諧波和無功時(shí)，斷開圖中的通道即可，計(jì)算出被檢測電流乞、如、的基波有功電流切、切、切如下式：屯嚷圖（）將屯、如、乙與乞礦、切、切相減得到的就是諧波分量與無功分量之和。當(dāng)只檢測無功電流時(shí)，只需直接將反變換即可得到無功電流如下式：第章靜：無功發(fā)生器的基本原理與控制方法（）鈿砉唧朋嘲以式中，島

35、歷（）壓印巴習(xí)曉，如果還要補(bǔ)償諧波電流可參考圖中原理進(jìn)行推導(dǎo)運(yùn)算即可。、一島檢測法一島檢測法的原理圖如圖所示。圖一島檢測法的原理圖一島由圖中可以看出，該方法中不需要檢測三相電壓，只需要得到與相電壓同相位的正余弦信號即可。計(jì)算方法大致同檢測法，在計(jì)算無功電流時(shí)，只需要對島進(jìn)行反變換即可得到無功電流如下式：基的靜卜無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)鋤（）嘞：式中，如研；（）伽蚴一由于一島需要檢測的量少于檢測法，節(jié)省了硬件資源，本文選用一島對無功電流進(jìn)行檢測。本章小結(jié)本章首先介紹了靜止無功發(fā)生器（）的基本原理、包括其工作原理以及與的一些基本特性比較；然后比較了的兩種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合本文的方法，同時(shí)針對補(bǔ)償電

36、流的控制方法做了簡略的陳述；最后著重分析和說明了對于整個系統(tǒng)來說最關(guān)鍵的無功電流檢測方法。第章靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)的仿真研究第章靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)的仿真研究仿真技術(shù)概述是一種多功能科學(xué)計(jì)算軟件。早期的主要用于解決科學(xué)和工程上的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算問題。由于它使用方便、輸入便捷、運(yùn)算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴(kuò)展的空間，因此，特別受到用戶的歡迎【。是一個建立在下的應(yīng)用軟件，它對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬、仿真和分析。本文主要用電力系統(tǒng)模塊庫（）中的電力電子元件模塊庫、電源模塊庫和測量儀器模塊庫等進(jìn)行模型的搭建和仿真【。仿真系統(tǒng)建模及仿真結(jié)果分析圖是用直接電流控制方法搭建的整個系統(tǒng)仿真總體框圖。仿真參數(shù)為：電網(wǎng)相電壓：；電網(wǎng)電動勢頻率：；直流側(cè)電容：；逆變器連接電感：；負(fù)載一：，；負(fù)載二：，。圖仿真系統(tǒng)總體框圖基于的靜：無功發(fā)生器的設(shè)計(jì)依照前文節(jié)所講，建立了無功電流檢測環(huán)節(jié)如圖所示。圖無功電流檢測模塊運(yùn)行整個系統(tǒng)之后，得到無功電流波形如圖所示。窘螬腳犀愀圖三相無功電流波形圖是阻感負(fù)載下，在將投入運(yùn)行后，網(wǎng)側(cè)電壓與電流的波形圖。第章靜卜無功發(fā)生器系統(tǒng)的仿真研究由圖可以看出，在將系統(tǒng)并入電網(wǎng)后，網(wǎng)側(cè)電流由滯后電壓。到電壓與電流同相位