静止无功发生器SVG的控制策略研究及实现控制理论与控制工程专业论文.docx

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1、TheResearchofControlStrategyandAchivementonStaticVarGenerator(SVG)Speciality:ControlTheoryandControlEngineeringName:MaHaiboSupervisor:ProfessorWangDongyun,WuFuzhuanAbstractWiththeadvancementoftechnologyandtherapidsocio-economicdevelopment,particularlyinthelargenumberofapplicationsofcomputer,microcon

2、troller,theuserofthepowersystemisnotonlyrequiretoincreasethetotalelectricityconsumption,butalsowanttoimprovethequalityofthepowersupply.Duetotheinductiveloadandtheimpactloadinthegridaremore,althroughtheyfacilitatetheeconomicdevelopmentandourlife,buttheyhavebroughtalotofreactivecurrentandharmoniccurre

3、ntintothegrid,seriouslyimpactonthequalityofpowersupply.Therefore,reactivecurrentcompensationandharmoniccurrentsuppressionhavebecomethethemainresearchfocustoincreasingthepowerquality.Thispaperchoosedthereactivecurrentcompensationasareaserchdirection,selectedtheStaticVarGenerator(StaticVarGenerator,SV

4、G)astheresearchprojectscarriedoutin-depthresearch.ThepaperfirstdiscussedthebasicprinciplesoftheSVGanditsmaincircuitdesign.Thereal-timedetectionofreactivecurrentisoneofthekeytechnologiestoachieveSVGThepaperdeducedp-qDetectionmethodandid-iqDetectionmethod.Thesedetectionmethodsneedtousethelow-passfilte

5、r.Thepaperstudiedtheparametersofdigitallow-passfilterdesignanditssoftwareprogramming.Forthemanytimeszerocrossingphenomenoninthethegridvoltagezero-crossingdetectioncircuit,Thepapergaveanewphase-lockedloopcontrolstrategy.TheSVGmathematicalmodelandcontrolstrategyisanotherkeytechnologytoachieveSVGThepap

6、erdeducedthemathematicalmodelandcontrolprincipleofSVGindqcoordinates,andreaserchedtheconcreterealizationofthePWMpulsewidthcontroltechnologyforcurrenttrackingcontrol.GavetherelationsofatrianglewavecomparisonandaSPWM(SinusoidalPWM),reaserchedtheHysteresiscompare,smaximumswitchingfrequencyinthree-phase

7、system,analysedtheSVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)algorithmanditssoftwareimplementationprocess.Finally,developedaSVGexperimentalsystem,introducedsomeofthekeyhardwareandsoftwareimplementationofSVGexperimentalsystem,basedonhysteresiscontrolstrategy,havedonetheexperimentalresearchandsimulation.Ke

8、ywords:StaticVarGenerator;InstantaneousReactivePower;CurrentTrackingControl;Filtering目录1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 SVG的研究现状及趋势21.3 论文的研究工作介绍42 .SVG系统设计.52.1 SVG与传统无功补偿装置的比较52.2 SVG的基本原理及结构72.3 SVG主电路的设计92.3.1 主电路电力电子器件的选取92.3.2 直流侧电容的选取102.3.3 交流侧连接电感的选取与设计123无功电流指令的检测141.1 基于瞬时无功功率理论的无功电流指令检测141.2 数字低通滤

9、波器参数的选取191.3 锁相环214 SVG装置的控制策略234.1 SVG装置在同步旋转坐标中的模型及其控制234.2 PWM脉宽控制技术264.2.1 SPWM及三角波比较技术274.2.2 三相滞环PWM技术294.2.3 SVPWM335 .基于DSP2812的SVG实验系统405.1 硬件电路405.1.1 电压和电流采样调理电路405.1.2 电网电压的过零点检测电路435.1.3 通信串口扩展435.1.4 对SVG装置的保护445.2 基于DSP的软件编程445.2.1 主程序445.2.2 无功电流检测子程序455.2.3 比例积分(PI)调节器的软件实现465.2.4 构

10、造DSP实验系统的RTW开发环境475.3 仿真及实验结果485.总结与展望526.1 总结526.2 展望52参考文献53附录：研究生阶段发表论文56致谢571 .绪论1.1 课题研究背景及意义随着经济的发展，整流器、变频器、中频电炉、焊接直流电源、高速铁路等新技术不断投入到生产、生活之中。新技术的使用固然给人们带来了方便，但是这些新技术、新产品广泛使用之后对电网带来了很多的冲击，使电网的电压、电流波形发生了畸变，造成了严重的电能质量问题。同时，随着工业技术的发展和电脑及智能控制设备的广泛使用，用户对电能质量也提出了很高的要求。特别是在重工业的生产中，如果突然断电，会造成生产设备、原材料等巨

11、大的经济损失，也可能会给生产人员带来很大的人身危害。电能质量的高低直接关系到国民经济的健康运行。怎么样提高电能质量，己成为迫切需要研究和解决的一个重要课题。提高和改善电能质量是电网可靠高效运行的必备条件。但是，在经济高速发展的今天，电能质量问题不仅仅关系到电力系统的运行，更关系到生产设备的可靠运行和生产的安全进行，关系到整个经济的健康运行和国家的发展战略。因此，对电能质量的控制技术的研究及对电能质量调节的相关设备的研发具有重要的生产和战略意义，成为目前电气工程、控制理论、电力传动等学科的研究热点之一。1986年，N.G.Hingorani提出了柔性交流输电系统(FACTS)该技术不断采用新器件

12、，装置向高压大容量和中低压这两个方面发展。其中，中低压方向的装置用在中低压配电网中，为了提高用电户的电能质量，是一种面向用户的电能质量提高技术，N.G.Hingorani在1988年提出了用户电力技术(CUStompower)这个概念。用户电力技术能按照用户特定要求，运用现代电力电子技术、计算机技术和控制技术等的综合技术，为用户提供满足要求的电能质量控制技术。我国学者也对此做了大量的研究。用户电力技术W是运用电力电子技术、电路理论、微机技术、控制理论等于中低压配电中，来减小谐波，提高无功功率，消除电压闪变、跌落，电网短时中断时给设备供电，从而提高电能质量的综合技术。静止无功发生器(SVG)是运

13、用该技术的电力装置之一。在电力系统中，由于电网负载普遍含有线圈等感性负载，所以电网中含着大量的感性无功功率。虽然这些感性负载对经济发展起着巨大作用，但其引起大量的无功电流，不利于电网和用电设备的运行，造成如下影响：增加无功电流，会引起负载电流的增加，进而引起用电设备视在功率的增加，从而使发电厂的发电机、供电系统的变压器的容量增加和输电线路导线线径加粗；这些无功功率在于发电机等电源交换功率时，会在输电线路上形成一定的损耗；增大供电系统输电线路的电压降，造成用户端使用电压降低；如果大量无功负荷突然加到电网中，则会对电网形成冲击，使电网电压大幅波动，严重影响供电质量。正是因为电网中存在大量的无功功率

14、，且其对电网和用户用电设备的影响，使得无功补偿装置在电网中十分普遍，传统的无功补偿设备一般都用晶闸管投切电容器组或者是固定电容器+晶闸管控制电抗(SVC)的形式，但这两种无功补偿方式的体积偏大，动态响应速度慢，使用不太灵活。这使得SVG在提高中低压配电网电能质量中颇受关注。与以往的无功补偿装置相比，SVG有响应时间快，不会谐振短路，可以发出连续可调的感性或容性无功等优势。目前，用于中低压配电网的SVG装置多使用IGBT器件。这类新型电力电子器件可以有较高的开关频率、较低的功率损耗、运行效率高，使PWM调制技术可以在中低压中小容量的SVG中使用。目前，基于电压源型逆变器(VSD结构的SVG得到了

15、深入的研究。1.2 SVG的研究现状及趋势目前，美国、日本等工业发达国家的研究起步早，已经有SVG的工业产品投入到配电网中运行。而我国目前对SVG的研究还处于起步阶段，处于理论和实验研究的阶段，离大量的工业化应用还有一定的距离，相关理论和关键技术还需要进一步深入研究。SVG是通过公共连接点(POimOfCommonCoupling,PCC)连接到电网和负载的。SVG一般由检测装置、控制器、电力电子开关器件、输出装置等构成。检测装置检测变流器的输出电流和负载的电压、电流，并送给控制器；控制器从这些基本信息里面运算出需要补偿的无功电流和有功电流作为指令产生功率器件的驱动信号。根据电流指令调节SVG

16、产生需要的电流的控制方法分为直接控制和间接控制两类叫其中，间接控制方法是将SVG作为一个等效交流电压源，通过控制该电压源的相位和幅值来产生需要的电流，一般用于容量较大的场合。而直接控制方法就是采用PWM控制方法对电流进行实时反馈，跟踪。直接控制方法的响应速度、控制精度远远超过了间接控制方法。这种控制方法将SVG看作是一个受控电流源，使实际电流实时跟踪直流电流，要求功率器件有较高的开关频率。SVG系统是一个典型的两输入、两输出系统，有电网电压、直流侧电容电压这两个输入和无功指令、有功指令这两个输出，并且有功和无功这两个通道存在着耦合。SVG系统采用直接电流控制时，传统的方法有电压外环、电流内环的双环Pl控制策略。但这种控制器中包含多个Pl控制器，Pl参数难以整定。而新