京诚变无功补偿装置的研究及应用

摘要

随着电力电子设备、交直流电弧炉和电气化铁道等非线性、冲击性负荷大量接入电网，引起了电网无功功率不足、电压波动与闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等其它一系列电能质量问题，并严重威胁着电力系统的安全稳定运行。反过来，电能质量的恶化，又影响着用电设备的正常工作。
　　晶闸管控制电抗器(TCR)型静止无功补偿器由于在补偿负荷无功功率的同时，还具备平衡三相负荷和抑制电压波动与闪变的能力，近年来成为无功补偿研究的热点。
　　本文首先详细分析了TCR的基本结构和工作原理，重点分析了TCR的补偿特性、谐波特性、谐波抑制方法及主电路拓扑结构。
　　其次，详细分析了各种无源电力滤波器的结构和工作原理，并在此基础上对影响滤波器性能的有关参数进行了深入了解，重点分析了等值频偏、品质因数和截止频率、调谐锐度、阻抗特性、损耗等对单调谐滤波器和高通滤波器性能的影响。并对无源电力滤波器的参数选取方法进行了深入了解。
　　再次，本文介绍了一种适合于京诚变的无功补偿装置，能同时实现谐波滤除和无功补偿的功能。它是在无源电力滤波器基础上，通过反并联晶闸管和二极管来控制滤波支路的投切。控制系统根据负载的谐波和无功情况，灵活控制晶闸管的导通与关断。为了使补偿支路在投切瞬间冲击电流最小，选定了电源电压正向峰值时刻进行投切。无功功率检测采用实时性强、精度高的瞬时无功检测方法。为了使补偿的无功容量能够灵活调节，本文将各滤波支路确定为不同的补偿容量。
　　这种无功补偿装置兼具电力滤波器和无功补偿器的功能。当负载电流存在谐波时，它能同时滤除谐波和补偿无功功率；当负载电流不存在谐波时，它能灵活地进行无功补偿。该无功补偿装置除拥有常规无源电力滤波器结构简单、操作简便、造价低廉、维修容易等优点外，还具有动态稳定性高、选择性强、与系统谐振几率小、投切瞬间不存在振荡等优点。
　　本文介绍了一种基于数字信号处理器芯片作为硬件核心的静止无功补偿控制器。结果显示，该装置能够有效抑制电网电压的波动和闪变，补偿无功功率。
　　最后，通过统计京诚变投运后的阶段数据，进行了数据分析，证明了这种无功补偿装置在滤除谐波、补偿无功功率、抑制电压波动、提高功率因数的有效性和可行性，表明该方案是正确的和有效的，具有实际的工程应用价值。

目录

京诚变无功补偿装置的研究及应用

JINGCHENG POWER SUBSTATION REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICES STUDY AND APPLICATIONS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 无功补偿装置的发展概况

1.2.1 并联电容器

1.2.2 同步调相机

1.2.3 静止无功补偿器

1.2.4 静止无功发生器

1.3 谐波抑制技术综述

1.3.1 无源电力滤波器PPF( Passive Power Filter )

1.3.2 有源电力滤波器APF( Active Power Filter )

1.4 国内外研究概况

1.5 本课题主要研究内容

第2章 TCR及无源滤波器的特性分析

2.1 引言

2.2 TCR的基本特性

2.2.1 TCR的基本结构与工作原理

2.2.2 TCR的补偿特性及谐波分析

2.3 TCR的谐波抑制和拓扑结构

2.3.1 TCR的谐波抑制

2.3.2 TCR补偿系统的拓扑结构

2.4 无源滤波器结构及原理特性

2.4.1 单调谐滤波器

2.4.2 高通滤波器

2.5 滤波装置设计方法的分析

2.5.1 单调谐滤波器

2.5.2 高通滤波器

2.6 本章小结

第3章 无功补偿装置主回路的设计

3.1 引言

3.2 主电路选择

3.2.1 晶闸管阀接线方式的选取

3.2.2 滤波支路主接线方式的选择

3.2.3 TCR参数的选取

3.2.4 滤波器参数的选取

3.2.5 谐振校验

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

第4章 控制系统的分析与设计

4.1 引言

4.2 TCR补偿三相不平衡负荷的补偿方法及仿真分析

4.3 控制系统的基本组成

4.4 无功及谐波检测点设置

4.5 无功及谐波电流检测方法

4.5.1 谐波电流检测方法

4.5.2 无功检测方法

4.5.3 京诚变无功补偿装置无功及谐波检测方法

4.6 投入时刻检测

4.7 投切控制电路

4.8 TCR控制系统硬件部分

4.9 TCR控制系统软件部分

4.10 本章小结

第5章 补偿效果分析

5.1 引言

5.2 无功补偿效果分析

5.3 电压偏差效果及电压不平衡度分析

5.3.1 京诚变电压偏差效果分析

5.3.2 京诚变电压不平衡度分析

5.4 谐波抑制效果分析

5.4.1 京诚变谐波电压监测

5.4.2 京诚变谐波电流监测

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢