10kV直挂式SVG无功补偿装置的设计与研究

摘要

静止无功发生器SVG的研制作为智能电网中柔性交流输电领域的一个重要课题，它的设计与研究具有十分重要的意义。由于我国电网中存在着严重的无功功率不平衡的问题，为了解决此现象，研制的各种无功补偿装置被应用到电网中。在此背景下本文对10kV，±10Mvar直挂式SVG无功补偿装置进行了设计与研究。
　　首先在无损耗和有损耗两种情况下分析了SVG的基本工作原理。在此基础上设计了SVG的主回路拓扑结构，即采用广义软开关技术IGBT2H桥逆变器级联拓扑结构，并且选取了合适的主回路参数，其中包括:开关器件IGBT及驱动器、直流电容器C和连接电抗器LS。
　　然后研究了SVG装置的控制方法。在传统ip-iq检测理论的基础上采用改进ip-ip检测理论计算出无功补偿指令电流，该理论结合d-q检测理论将系统电压跳变时的相角值φ加在无功电流检测过程中，这样可以在任意状态下检测系统电压;将检测到的补偿电流根据三角载波比较式直接电流控制方法输出开关的SPWM脉冲信号;SPWM控制方法中采用混合控制方式。
　　随后设计了SVG控制系统的软硬件部分。控制系统采用了DSP+双FPGA控制方式，这种方式能够高效快速的完成复杂算法的计算。在硬件方面主要设计了控制电路和保护电路。在软件方面设计了DSP软件部分和FPGA软件部分，DSP利用C语言编译，FPGA采用VHDL语言实现在线编程。
　　最后在PSCAD/EMTDC软件环境下搭建了SVG系统仿真模型，分别在三中情况下对系统进行了仿真:对称负载下投入SVG无功补偿装置的仿真分析;不对称负载情况下的仿真分析;系统发生故障时的仿真分析。通过对仿真结果的分析讨论证实了所设计的SVG装置的有效性和正确性，进一步证实了SVG装置主回路拓扑结构合理性及控制方法的准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 SVG国内外研究现状

1．2．1 SVG国外研究现状

1．2．2 SVG国内研究现状

1．3 SVG的基本工作原理

1．3．1 SVG的基本工作原理分析

1．3．2 SVG的技术优势及应用领域

1．4 SVG设计中的技术难点

1．5 本文研究的内容与创新点

第2章 10kV直挂式SVG主回路的设计

2．1 10kV直挂式SVG的技术指标

2．2 10kV直挂式SVG电气接线设计

2．3 SVG级联式多电平主回路结构

2．4 主回路参数的设计

2．4．1 开关器件IGBT及驱动器的选取

2．4．2 直流电容器参数的选取

2．4．3 连接电抗器参数的选取

2．5 本章小结

第3章 10kV直挂式SVG控制方法的研究

3．1 SVG无功电流的检测算法

3．1．1 d-q检测理论

3．1．2 传统ip-iq检测理论

3．1．3 改进ip-iq检测理论

3．2 SVG系统的控制方法

3．2．1 直流侧电容电压的控制

3．2．2 电流直接控制方法

3．3 SPWM控制方法研究

3．3．1 三角载波移相SPWM控制

3．3．2 三角载波层叠开关频率优化SPWM控制

3．4 本章小结

第4章 10kV直挂式SVG控制系统的硬件设计

4．1 控制电路的设计

4．1．1 控制电路的组成

4．1．2 主控板的设计

4．1．3 采样电路

4．1．4 SPWM脉冲发生电路

4．1．5 隔离与光纤接口电路

4．1．6 报警电路

4．2 保护电路

4．3 本章小结

第5章 10kV直挂式SVG装置的软件设计及系统仿真

5．1 DSP的软件设计

5．1．1 主程序的设计

5．1．2 中断程序的设计

5．1．3 保护程序的设计

5．2 FPGA的软件设计

5．3 10kV直挂式SVG系统仿真

5．3．1 PSCAD／EMTDC仿真软件介绍

5．3．2 SVG仿真模型的建立

5．3．3 SVG控制系统仿真模型的建立

5．3．4 仿真结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做工作