基于电压源变流器的低压配电网在相负荷平衡方法研究

摘要

随着科技的发展，用电设备日趋复杂多样，非线性、冲击性以及不平衡负荷大量接入低压配电网，极大影响低压配电网的电能质量，SVG和APF已能对配电网无功功率和谐波进行良好补偿，由低压三相不平衡负荷引起的三相电压和电流不平衡问题将会增大配网损耗和降低配电设备利用率，低压配电网三相不平衡治理成为目前电力电子技术应用研究的一个重要方向。 本文以三相四线制有源不平衡补偿装置为研究对象，主要研究了三相不平衡电流检测技术、电流控制策略以及由不平衡补偿引起的三次谐波电流问题。 针对我国低压配电网侧的接线方式，为了同时补偿负序和零序电流，选取三相四桥臂电压源变流器作为有源不平衡补偿装置的变流器拓扑，阐述了三相不平衡补偿原理，建立了有源不平衡补偿装置的数学模型，设计了不平衡补偿装置的主电路参数。 比较研究了基于瞬时功率理论的不平衡电流检测方法和基于瞬时对称分量法的不平衡电流检测方法，从检测精度和检测算法复杂性等方面综合考虑，指出基于瞬时功率理论的ip-iq方法更适用三相不平衡电流的检测，并进行算法仿真验证。 针对不平衡补偿电流的工频周期性特点，研究了基于重复控制的电流控制策略，分析了重复控制器的工作原理和控制系统稳定条件，设计了有源不平衡补偿装置的控制器参数。 分析了有源不平衡补偿装置补偿三相不平衡电流时直流电压出现二倍频波动的原因以及进一步导致补偿电流出现三次谐波分量的传播机理，提出一种在直流电压反馈通道加入二倍频陷波环节来消除指令电流中额外的三次谐波分量的方法。建立了三相四桥臂不平衡补偿系统的仿真模型，仿真验证了重复控制和三次谐波消除方法的有效性。 开发了一台容量为66kVA/380V的有源不平衡补偿实验样机，应用本文所研究的不平衡电流检测方法、电流内环重复控制策略和三次谐波消除方法，完成了相关实验，实验结果表明了上述方法的有效性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1三相负荷不平衡抑制措施的研究

1.2.2有源不平衡补偿装置主电路拓扑的选择

1.2.3三相负荷不平衡电流的检测技术

1.2.4三相不平衡电流的跟踪控制策略

1.3 本文主要研究内容

2 有源不平衡补偿装置的工作原理与数学模型

2.1 三相四桥臂有源不平衡补偿装置的工作原理

2.2 三相四桥臂有源不平衡补偿装置的数学模型

2.3 主电路参数设计

2.3.1 功率开关管的选型

2.3.2 直流侧电容值的设计

2.3.3 并网滤波电感值的设计

2.4 小结

3 三相负荷不平衡电流的检测方法

3.1 引言

3.2 基于瞬时功率理论的ip-iq电流检测方法

3.2.1ip-iq电流检测方法

3.2.2仿真验证

3.3 基于瞬时对称分量法的电流检测方式

3.3.1 瞬时对称分量法

3.3.2仿真验证

3.4 两种电流检测方法的比较

3.4.1基于瞬时功率理论的ip-iq电流检测的缺陷

3.4.2瞬时对称分量法的缺陷

3.5 小结

4 三相负荷不平衡有源补偿装置的控制策略

4.1 重复控制器

4.2 控制器参数设计

4.3 补偿指令电流中三次谐波的产生机理及抑制措施

4.3.1 补偿指令电流中三次谐波的产生机理

4.3.2三次谐波电流分量的抑制方法

4.4 补偿系统仿真结果分析

4.4.1指令电流中三次谐波抑制方法的仿真结果

4.4.2不平衡补偿系统不同工况时的仿真结果

4.5 小结

5 不平衡补偿实验系统设计及实验结果分析

5.1 实验系统软件设计

5.1.1 系统主程序设计

5.1.2 系统初始化程序设计

5.1.3 中断子程序

5.1.4 控制程序设计

5.2 实验结果

(1) 三相纯阻性负荷不平衡有源补偿实验

(2)无功不平衡补偿及负载突变实验

5.3小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况