基于BP-PID控制的TCR+TSC型静止无功补偿器的研究

摘要

电能作为当今世界使用最为广泛的能源之一，是国家经济发展的命脉。随着电力系统负荷的迅速增加，各种低功率因数、冲击性、整流性负荷大量接入电网之中，导致电网功率因数下降、高次谐波污染、电压及电流波形畸变等诸多电能质量问题。而静止无功补偿器作为一种稳定电网电压、提高电网功率因数的重要设备，对于提高和改善电能质量有着十分重要的作用。
　　论文在查阅国内外相关参考文献的基础上，分析了课题的国内外研究现状，详细介绍了静止无功补偿器的基本原理、主电路拓扑、控制策略等，并对瞬时无功功率理论及基于对称分量法的平衡化补偿原理进行了详细阐述。在此基础上采用模块化设计思想提出了一种TCR+TSC(晶闸管控制电抗器+晶闸管投切电容器)型静止无功补偿器。硬件主控制器选用TMS320F2812型DSP，并以此为核心搭建了硬件平台，包括信号采集及输出、通信、晶闸管触发、人机接口等电路模块。通信模块采用CAN+GPRS的双冗余设计，以提高通信可靠性及灵活性。软件主要完成数据采集及计算、无功补偿控制、人机交互、故障保护等功能。针对无功补偿控制中所用传统PID控制器的不足，引入了BP神经网络对PID控制器进行优化，提高其控制性能，并进行了仿真验证。
　　测试和实验结果表明该静止无功补偿器能够迅速、有效地对电网无功进行补偿，符合设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 无功补偿技术发展概述

1．3 静止无功补偿器的国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文主要内容和章节安排

2 TCR+TSC型SVC设计的相关技术

2．1 晶闸管控制电抗器

2．1．1 TCR基本原理

2．1．2 TCR主电路拓扑

2．1．3 TCR控制策略

2．2 晶闸管投切电容器

2．2．1 TSC基本原理

2．2．2 TSC主电路拓扑

2．2．3 TSC投切时刻选择

2．2．4 TSC控制策略

2．3 TCR+TSC型SVC

2．3．1 TCR+TSC型SVC基本结构

2．3．2 TCR+TSC型SVC特性分析

2．3．3 TCR+TSC型SVC控制策略

2．4 基于瞬时无功功率理论的电流检测方法

2．5 基于对称分量法的平衡化补偿原理

2．6 本章小结

3 静止无功补偿器硬件设计

3．1 硬件总体设计

3．1．1 设计要求

3．1．2 总体设计方案

3．2 主控模块设计

3．3 信号采集及输出模块设计

3．3．1 模拟量输入采集模块设计

3．3．2 开关量输入采集模块设计

3．3．3 开关量输出模块设计

3．4 晶闸管触发模块设计

3．5 通信模块设计

3．5．1 CAN通信模块设计

3．5．2 GPRS通信模块设计

3．6 晶闸管BOD保护模块设计

3．7 人机接口模块设计

3．8 电源模块设计

3．9 硬件抗干扰措施

3．10 本章小结

4 静止无功补偿器软件设计

4．1 软件总体设计

4．2 主程序设计

4．3 数据采集处理程序设计

4．4 无功补偿控制程序设计

4．5 保护程序设计

4．6 人机交互界面程序设计

4．7 本章小结

5 控制算法研究

5．1 神经网络

5．2 BP神经网络

5．2．1 BP神经网络的前馈计算

5．2．2 BP神经网络权值调整规则

5．3 BP神经网络PID控制基本原理

5．4 BP神经网络PID控制在SVC中的实现

5．5 本章小结

6 实验测试与实验结果

6．1 无功补偿功能测试

6．2 保护功能测试

6．2．1 过电流保护功能测试

6．2．2 过电压保护功能测试

6．2．3 欠电压保护功能测试

6．2．4 TV、TA断线告警功能测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢