綜合型電力有源補(bǔ)償器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著配電系統(tǒng)中各類非線性負(fù)荷的不斷增加，日益惡化的電能質(zhì)量嚴(yán)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(zhì)量補(bǔ)償裝置已不能適應(yīng)用戶對(duì)電能質(zhì)量越來越高的要求，因此研究和發(fā)展新的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置就具有非常重要的意義。基于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置能夠更靈活、更有效的補(bǔ)償電網(wǎng)中出現(xiàn)的各類電能質(zhì)量問題，因而得到了廣泛關(guān)注和深入的研究。綜合型電力有源補(bǔ)償器(UAPC)作為一種新型的電能質(zhì)量補(bǔ)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(fù)荷對(duì)用電質(zhì)量的需求；而且，還可用于解決非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染和進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)葐栴}。因此，對(duì)綜合型電力有源補(bǔ)償器進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，具有廣泛、重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。 論文對(duì)電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因、危害及其解決方法展開討論，在此基礎(chǔ)上闡述了綜合型電力有源補(bǔ)償器的研究背景與意義；描述了綜合型電力有源補(bǔ)償器的發(fā)展過程；探討了綜合型電力有源補(bǔ)償器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其分類方法；重點(diǎn)研究了

3、串聯(lián)型、并聯(lián)型有源濾波器對(duì)不同諧波負(fù)載的補(bǔ)償特性，通過理論分析：驗(yàn)證了串聯(lián)型有源濾波器適合于電壓型諧波負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流補(bǔ)償，并聯(lián)型有源濾波器適合于電流型諧波負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)論，指出在改善電能質(zhì)量方面右并型綜合電力有源補(bǔ)償器優(yōu)于左并型綜合電力有源補(bǔ)償器。確定了串聯(lián)側(cè)三相獨(dú)立補(bǔ)償?shù)挠也⑿途C合電力有源補(bǔ)償器作為本文研究的重點(diǎn)。 研究了uAPC并聯(lián)側(cè)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(zhuǎn)dq坐標(biāo)下模型的不同建模方

4、法，從電流環(huán)和電壓環(huán)兩個(gè)不同方面對(duì)UAPC并聯(lián)側(cè)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，討論了dq坐標(biāo)下并聯(lián)側(cè)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的確定方法，給出了UAPC并聯(lián)側(cè)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(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)；對(duì)于UAPC的串聯(lián)側(cè)建立了單相等價(jià)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(cè)特征參量之間的關(guān)系。針對(duì)UAPC的功率流動(dòng)和容量問題，推導(dǎo)了UAPC穩(wěn)態(tài)條件下的補(bǔ)償方程；確定UAPC并聯(lián)側(cè)的最優(yōu)操作點(diǎn)。從理論上

5、系統(tǒng)地分析了UAPC串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)之間的功率流動(dòng)問題，驗(yàn)證了并聯(lián)側(cè)各相的瞬時(shí)無功功率只是在三相之間交換，瞬時(shí)無功功率不會(huì)導(dǎo)致交流側(cè)和直流側(cè)之間能量交換的結(jié)論，推導(dǎo)了綜合型電力有源補(bǔ)償器串聯(lián)側(cè)最大功率需求公式。上述理論分析對(duì)于深入理解和認(rèn)識(shí)UAPC，為實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)選擇提供了指導(dǎo)。 針對(duì)綜合型電力有源補(bǔ)償器的電流信號(hào)檢測(cè)方法，介紹了基于瞬時(shí)無功功率理論的pq電流檢測(cè)方法，i<,P>、i<,q>電流檢測(cè)方法，對(duì)基于瞬時(shí)無功

6、功率理論的pq電流檢測(cè)和i<,p>、i<,q>電流檢測(cè)的兩種方法提出改進(jìn)。鑒于單相和任意次諧波檢測(cè)的需求，提出了一種瞬時(shí)虛擬功率方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jìn)行檢測(cè)，相對(duì)于以瞬時(shí)無功功率理論為基礎(chǔ)的電流信號(hào)檢測(cè)方法，瞬時(shí)虛擬功率法則具有更大的應(yīng)用范圍。同樣針對(duì)電壓信號(hào)檢測(cè)方法，研究了基于dq理論的電壓檢測(cè)方法和基于瞬時(shí)虛擬功率理論的電壓檢測(cè)方法。研究了適用于綜合型電力有源補(bǔ)償器的三角波比較、滯環(huán)調(diào)制

7、和空間矢量控制等幾種跟蹤型PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生方法，分析了他們的工作原理、應(yīng)用場(chǎng)合及其優(yōu)缺點(diǎn)，為uAPC的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了基礎(chǔ)；介紹了綜合型電力有源補(bǔ)償器的幾種控制策略；針對(duì)綜合型電力有源補(bǔ)償器的串聯(lián)側(cè)，設(shè)計(jì)了基于誤差校正的負(fù)載電壓反饋控制方法。針對(duì)綜合型電力有源補(bǔ)償器的并聯(lián)側(cè)，采用了基于瞬時(shí)虛擬功率法的諧波電流檢測(cè)、并結(jié)合直流電壓控制和輸出滯環(huán)調(diào)制的并聯(lián)側(cè)補(bǔ)償控制策略。 在上述研究基礎(chǔ)上，研制了綜合型電力有源補(bǔ)償器。給出了裝置主

8、電路詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算過程，結(jié)合綜合型電力有源補(bǔ)償器，系統(tǒng)地分析了串聯(lián)變壓器對(duì)系統(tǒng)的作用及對(duì)補(bǔ)償行為的影響。詳細(xì)設(shè)計(jì)了綜合型電力有源補(bǔ)償器基于TMS320LF2407 DSP的控制板、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，以及裝置運(yùn)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(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)的制作。 對(duì)綜合型電力有源補(bǔ)償器的開關(guān)過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)UAPC補(bǔ)償容性負(fù)載和感性負(fù)載進(jìn)行了對(duì)