綜合型電力有源補償器的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著配電系統(tǒng)中各類非線性負荷的不斷增加，日益惡化的電能質量嚴重地危害著電力系統(tǒng)的安全和用戶的利益。而傳統(tǒng)的電能質量補償裝置已不能適應用戶對電能質量越來越高的要求，因此研究和發(fā)展新的電能質量補償裝置就具有非常重要的意義?；诂F(xiàn)代電力電子技術的電能質量補償裝置能夠更靈活、更有效的補償電網(wǎng)中出現(xiàn)的各類電能質量問題，因而得到了廣泛關注和深入的研究。綜合型電力有源補償器(UAPC)作為一種新型的電能質量補償裝置，不僅能夠抑制電網(wǎng)電壓所包含的電壓跌

2、落、突升和電壓諧波等問題，滿足敏感性負荷對用電質量的需求；而且，還可用于解決非線性負荷產生的諧波電流對電網(wǎng)的污染和進行無功功率補償?shù)葐栴}。因此，對綜合型電力有源補償器進行深入系統(tǒng)的研究，具有廣泛、重要的理論意義與實用價值。 論文對電能質量問題產生的原因、危害及其解決方法展開討論，在此基礎上闡述了綜合型電力有源補償器的研究背景與意義；描述了綜合型電力有源補償器的發(fā)展過程；探討了綜合型電力有源補償器的拓撲結構及其分類方法；重點研究了

3、串聯(lián)型、并聯(lián)型有源濾波器對不同諧波負載的補償特性，通過理論分析：驗證了串聯(lián)型有源濾波器適合于電壓型諧波負載產生的諧波電流補償，并聯(lián)型有源濾波器適合于電流型諧波負載產生的諧波電流補償?shù)慕Y論，指出在改善電能質量方面右并型綜合電力有源補償器優(yōu)于左并型綜合電力有源補償器。確定了串聯(lián)側三相獨立補償?shù)挠也⑿途C合電力有源補償器作為本文研究的重點。 研究了uAPC并聯(lián)側基于函數(shù)描述、占空比描述、狀態(tài)平均法和基于同步旋轉dq坐標下模型的不同建模方

4、法，從電流環(huán)和電壓環(huán)兩個不同方面對UAPC并聯(lián)側穩(wěn)定性進行了分析，討論了dq坐標下并聯(lián)側穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)工作點的確定方法，給出了UAPC并聯(lián)側在整流和逆變不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)操作區(qū)域，為系統(tǒng)的分析與設計奠定了基礎；對于UAPC的串聯(lián)側建立了單相等價狀態(tài)空間模型，給出了開環(huán)狀態(tài)下的特征方程，并研究了濾波參數(shù)與串聯(lián)側特征參量之間的關系。針對UAPC的功率流動和容量問題，推導了UAPC穩(wěn)態(tài)條件下的補償方程；確定UAPC并聯(lián)側的最優(yōu)操作點。從理論上

5、系統(tǒng)地分析了UAPC串聯(lián)側和并聯(lián)側之間的功率流動問題，驗證了并聯(lián)側各相的瞬時無功功率只是在三相之間交換，瞬時無功功率不會導致交流側和直流側之間能量交換的結論，推導了綜合型電力有源補償器串聯(lián)側最大功率需求公式。上述理論分析對于深入理解和認識UAPC，為實際裝置的設計和相關參數(shù)選擇提供了指導。 針對綜合型電力有源補償器的電流信號檢測方法，介紹了基于瞬時無功功率理論的pq電流檢測方法，i<,P>、i<,q>電流檢測方法，對基于瞬時無功

6、功率理論的pq電流檢測和i<,p>、i<,q>電流檢測的兩種方法提出改進。鑒于單相和任意次諧波檢測的需求，提出了一種瞬時虛擬功率方法，實現(xiàn)了對任意系統(tǒng)(不論是單相系統(tǒng)，還是多相系統(tǒng))的任意次諧波進行檢測，相對于以瞬時無功功率理論為基礎的電流信號檢測方法，瞬時虛擬功率法則具有更大的應用范圍。同樣針對電壓信號檢測方法，研究了基于dq理論的電壓檢測方法和基于瞬時虛擬功率理論的電壓檢測方法。研究了適用于綜合型電力有源補償器的三角波比較、滯環(huán)調制

7、和空間矢量控制等幾種跟蹤型PWM驅動信號產生方法，分析了他們的工作原理、應用場合及其優(yōu)缺點，為uAPC的設計與實施提供了基礎；介紹了綜合型電力有源補償器的幾種控制策略；針對綜合型電力有源補償器的串聯(lián)側，設計了基于誤差校正的負載電壓反饋控制方法。針對綜合型電力有源補償器的并聯(lián)側，采用了基于瞬時虛擬功率法的諧波電流檢測、并結合直流電壓控制和輸出滯環(huán)調制的并聯(lián)側補償控制策略。 在上述研究基礎上，研制了綜合型電力有源補償器。給出了裝置主

8、電路詳細的參數(shù)設計計算過程，結合綜合型電力有源補償器，系統(tǒng)地分析了串聯(lián)變壓器對系統(tǒng)的作用及對補償行為的影響。詳細設計了綜合型電力有源補償器基于TMS320LF2407 DSP的控制板、檢測電路、驅動電路、保護電路，以及裝置運行的電氣控制線路、散熱及抗干擾等措施。完成了基于TMS320LF2407 DSP的軟件設計和硬件系統(tǒng)的制作。 對綜合型電力有源補償器的開關過程進行了實驗研究。通過實驗，對UAPC補償容性負載和感性負載進行了對