TCR型静止无功补偿控制器的研究与实现

摘要

电压水平的稳定对电网运行安全至关重要，而电压水平又与无功功率密切相关。随着社会经济与电力技术的不断发展，负荷端往往因存在大量非线性、冲击性负荷引起大规模无功流动，导致电网电压的波动、闪变。针对以上问题本文设计了一种低压 FC-TCR型静止无功补偿（SVC）控制器，并进行了样机制作，达到负荷端快速调节、补偿无功、改善不平衡负载的目的。
　　本文首先介绍了课题选题背景及意义，在阐述了无功补偿装置的发展历史及国内外研究现状后，确定了以FC-TCR型SVC静止无功补偿控制器作为研究对象。分别对单相TCR、三相TCR控制原理进行说明，分析了晶闸管触发角和补偿电纳的关系，并进行谐波分析。继而根据实际使用需要中灵活双向补偿的要求，描述了 FC型晶闸管控制电抗器（FC-TCR）的组合结构，重点介绍了FC-TCR的运行特性，并对 FC-TCR模块进行参数设计及计算。针对不平衡负载介绍斯坦门茨平衡化原理和对称分量法，二者结合，推出以 ip-iq算法中产生的直流分量作为补偿信号，并利用线性查表法实现补偿导纳到晶闸管触发控制角转换。针对 ip-iq算法在不对称系统中产生的误差进行了分析，并提出了改进的算法。采用Matlab中Simulink模块对单相TCR、三相TCR、FC-TCR从原理上建模仿真，验证SVC无功补偿系统的正确性。
　　在理论分析的基础上进行系统硬件和软件设计。硬件设计着重介绍了以TMS320F2812型DSP为控制核心的整体设计方案、信号采集调理电路、锁相倍频电路、同步发生电路、触发脉冲放大电路、电源供电电路等；软件设计采用模块化设计思想，基于CCS4.1.2集成开发环境设计了采样处理、数字滤波、线性查表、触发延迟时间计算等主要功能模块的流程图和子程序。
　　本文最后根据硬件、软件设计制作了SVC控制器的样机，在实验室环境下对各模块进行性能测试，结果达到了设计的功能预期。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 无功补偿装置的发展

1.3 国内外SVC装置的研发与应用现状

1.4 本文主要内容与章节安排

2 SVC无功补偿装置的基本原理

2.1 单相TCR控制原理

2.2 三相TCR控制原理

2.3 FC型晶闸管控制电抗器（FC-TCR）

2.4 FC-TCR模块参数设计及计算

2.5 本章小结

3 SVC控制策略的研究

3.1斯坦门茨（C. P. Steinmetz）平衡化补偿原理

3.2 基于对称分量法的补偿控制策略

3.3 瞬时无功功率理论及其改进

3.4 本章小结

4 SVC装置的仿真验证

4.1 单相TCR模型仿真

4.2 三相TCR模型仿真

4.3 FC-TCR模型仿真

4.4 本章小结

5 SVC控制器硬件系统设计

5.1 控制器整体设计

5.2 信号采集及调理电路

5.3 锁相倍频电路

5.4 同步信号发生电路

5.5 运算控制核心

5.6 触发脉冲放大电路

5.7 电源供电电路

5.8 本章小结

6 软件系统设计

6.1 编译环境

6.2 主程序设计

6.3 主要功能模块设计

6.4 本章小结

7 控制器样机测试

7.1 样机各模块实物及主要测试设备

7.2 信号采集板测试

7.3 晶闸管触发脉冲测试

7.4 本章小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况