数字控制时电网无功补偿策略研究

发布时间：2020-06-07 19:44

【摘要】：随着当今社会的不断发展,地球上的环境污染及能源紧缺问题日益加剧。而且地球上的传统能源基本大部分都是不可再生能源,所以近来能源问题也不断地被人们重视,成为当今社会的热门话题。人们不断地寻找新型能源,其中就包括太阳能、风能这两种能源。它们目前被广泛应用于电力系统,为了提高能源的利用率,电网无功补偿就随之映入人们的眼帘。为了提高供电系统和负载运行的稳定性,本文首先从无功功率的危害谈起,并与传统的无功补偿方法相比较,从而引出数字控制时电网无功功率的策略。简要介绍SPWM调制技术的由来及运行原理,以此为基础分别介绍了数字SPWM调制技术和模拟SPWM调制技术的运行特点,论述其各自的优缺点。经过对比两种调制技术的优缺点,提出一种调制方法。并分别对三种调制技术进行傅里叶分析比较,得出本文所述调制方案的可行性。同时给出了基于并网逆变器实现无功补偿的理论基础推导出的数学模型,并分析逆变器实现无功补偿的运行状态。阐述并网逆变器实现无功补偿的瞬时电流检测方法,结合相关数学模型分析推导出基于dq两相旋转坐标系下实现瞬时无功补偿的公式理论方法。同时介绍电压电流双闭环控制策略,以此为PI控制理论基础。分析了三相并网逆变器在不同象限时补偿的功率类型。结合相关推导分析理论搭建电网无功补偿Matlab仿真模型,分析感性无补偿和容性无功补偿的运行状态。验证数字控制时三相并网逆变器无功补偿的可行性。在硬件部分本文设计了逆变器信号处理电路和逆变器主电路板。逆变器信号处理电路包括数字调制电路和模拟调制电路两部分。搭建带载三相异步电机运行实验平台,通过实验验证逆变器电路板的正确性及数字控制策略可行性。与此同时搭建单相逆变并网实验平台,验证通过数字控制逆变器实现单相并网策略的可行性,及向电网进行无功补偿的可实施性。
【图文】：

傅里叶分析,数字控制,纯模

数字芯片调制电路信号发生电路驱动电路采样直流侧电压电流采样调制信号模拟载波信号SPWM输出信号图 2-1 整体控制结构图Fig. 2-1 Overall control structure diagram为验证所述数字控制方案的可行性，故分别搭建三种 SPWM 发生电路的实验平台，并对所测得 SPWM 波形进行傅里叶分析。对比各种控制情况下的谐波含量，如图 2-2 所示。图 2-2 a)为经 DSP 的事件管理器发出的 SPWM 波形的傅里叶分析图，，而图 2-2 b)和 c)分别为纯模拟电路发出的 SPWM 波形的傅里叶分析图和经上述数字控制方法发出的 SPWM 波形的傅里叶分析图。经过对比显而易见的可以看出，纯数字量控制的方式靠近开关频率附近分布的谐波幅值较大，而模数结合方式的谐波频率幅值分布与纯模拟的谐波频率幅值分布相近，这就充分验证了数字控制方案的可行性及优越性。它既具备了数字化控制的灵敏性、可调性，同时又具备了模拟量控制的精确性、稳定性。

三相逆变器,并网逆变器

2.2 三相并网逆变器实现无功补偿的原理分析利用并网逆变器实现无功补偿，其原理是将三相桥式逆变电路[29, 30]通过电抗器并联到电网上，通过调节改变逆变电路输出电压的相位和幅值来改变输出的功率，使其可以达到电网所需求的无功功率，包括范围内的所有感性无功功率和容性无功功率，以此来实现通过逆变器并网补偿电网所需的无功功率。三相并网逆变器由于其所充当直流源的元件不同可分为电压型和电流型两种，如图 2-3 a)和 b)所示。同时由于电流型逆变器在直流端采用电感充当直流源，且为实现逆变并网，所选的电感较大，影响了无功补偿的速率，所以在本文中将采用的是电压型逆变器。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464;TM761.12

【参考文献】