用于SVC的无功电流检测方法的应用研究

摘要

随着电力电子技术的飞速发展,各种大功率开关器件得到了广泛应用。它们一方面给电能的变换应用带来了方便,另一方面又给电力系统带来了严重的无功和谐波污染。研究静止无功补偿装置以补偿功率变流设备引起的无功污染已经成为电力电子应用技术中的一个重大课题。但是现在广泛采用的电流检测方法还有诸多不足之处,如当电网电压和负载电流均畸变时,对无功谐波电流的快速准确测量至今尚未找到很好的解决办法。为此,本文对基于瞬时功率理论的无功电流检测方法进行研究,这些研究对SVC无功补偿控制的发展具有重要意义。本文针对不平衡负载,主要研究基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方法在SVC中的应用,通过分析目前常用的各种电力系统谐波和无功电流检测方法的优劣,按照不同的补偿要求,分析了基于瞬时无功功率理论的ip-iq无功电流检测法和Hilbert无功电流检测法,以及基于TCR+FC型无功补偿系统的基本原理和工作特点。补偿系统主电路采用电力滤波器与晶闸管控制电抗器相结合的结构,利用MATLAB的SIMULINK仿真环境对所采用的两种无功电流检测方法的仿真模型分别进行了稳态和动态性能分析,并将其应用在SVC补偿系统中进行了方法验证仿真。采用以工控机为控制核心的硬件控制平台,设计了一套基于工控机的实验室模拟不平衡负载系统,包括电压、电流信号的变换及调理电路、触发电路等外围电路,编制相应的软件,完成了试验样机的调试。仿真结果和实验结果证明这两种检测算法均能很好地检测出三相系统中的无功功率,并且,无功补偿系统在模拟系统上取得了良好的补偿效果,最后给出了补偿的实际波形。论文的最后,给出了检测试验的实测波形以及补偿的实际波形。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 无功功率的影响

1.1.2 无功补偿的作用

1.2 无功补偿技术的发展

1.3 常用的无功电流检测方法

1.4 本论文的主要工作

2 瞬时功率理论与无功电流检测

2.1 p、q运算方式

2.2 i_p、i_q运算方式

2.3 Hilbert滤波法的原理

2.3.1 Hilbert变换的介绍

2.3.2 Hilbert数字滤波器的设计

2.3.3 基于Hilbert变换的瞬时无功功率检测

2.4 无功检测算法的分析

2.5 本章小结

3 系统仿真分析

3.1 MATLAB仿真软件简介

3.2 稳态仿真分析

3.2.1 i_p-i_q无功电流检测法

3.2.2 Hilbert滤波法

3.3 动态仿真分析

3.3.1 i_p-i_q无功电流检测法

3.3.2 Hilbert滤波法

3.4 两种检测法的综合比较

3.5 SVC系统仿真

3.5.1 TCR+FC型SVC的基本原理

3.5.2 SVC仿真模型的建立

3.5.3 仿真结果及其分析

3.6 本章小结

4 无功电流检测与SVC补偿系统的硬件设计

4.1 工控机简介

4.2 无功电流检测系统的结构

4.2.1 PCI-1711功能简介

4.2.2 PCI-1751功能简介

4.3 信号变换及调理电路

4.3.1 电流信号变换及调理电路

4.3.2 电压信号变换及调理电路

4.4 触发电路

4.5 本章小结

5 无功电流检测系统的软件设计

5.1 操作系统与编程语言的选择

5.2 检测系统程序框架设计

5.2.1 主程序的设计

5.2.2 中断程序的设计

5.2.3 触发程序的设计

5.3 本章小结

6 实验工作及结果分析

6.1 无功电流检测实验及其结果

6.1.1 i_p-i_q检测算法

6.1.2 Hilbert检测法

6.2 SVC补偿系统实验及其结果

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间发表的论文