（农业电气化与自动化专业论文）混合型动态无功补偿系统的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着电力电子技术的快速发展，工作在非线性条件下的各种功率器件捌增，大璧豹谐 波和无功注入电阚，严重恶化了电能质量，造成系统效率交低，功率因数变差，并对其它 设备和装置产生扰动，影响了电网昀安全运彳亍和广大工农渡生产的正常翔电。研制具有快 速响应、经济性好、适合国情的谐波抑制和动态无功补偿装置成了一个现实丽又紧追的课 题。 本文对目前公共电网 偿中使翔最为广泛的动态无功幸 偿装置的基本理论及其装蠢 结构进 亍了分孝斤，研究了谐波和无功检测的有关理论和方法。在此基础上，提出了一种 t c r + t s c + l c 混合型动态无功章 偿系统设计方案。该混合型动态无功补偿系统的工作原理 为：按所需豹无功补偿僮投入适当缝数豹电容器并略有过补( 补成容能) ，荐用t c r 的感性 无功来补偿过补部分的无功；采用l c 滤波器滤除谐波，对于5 、7 、1 1 次谐波采用单调谐滤 波器，对于l1 次以上的谐波采用窝邋滤波器。 l c 滤波器是动态无功补偿装鬟中豹熏要组成部分，由于它的魄容器和电感线圈参数， 在运行过程中会因周围温度豹变化、自身发热和电容器绝缘老化等因素影响而发生变化， 在安装和调试过程中会存在误差，从两使实际参数和相应的谐振频率偏离设计值，导致滤 波器失谐，这就要求对滤波器进行优化设计。本文对狐滤波器参数交化对其性能的影响 做了深入磺究和分橱，罔改进后的遗传算法对l c 滤波器进行了优化，并用实例仿真证实 了该方法是切实可行豹。 最焉，本文设计了基于t m s 3 2 0 c 3 2d s p 的数字系统，研完了该混合型动态无功补偿系 统的硬件实域方案和软件实现方案。 关键词：电力系统，动态无功每 偿，谐波接制，检测，遗传算法，滤波器优化设计，d s p 瀑食垄葫态燹璃补谣系凌魏蓊巍 a b s t r a c t w 融t h ef a s td e v e l o p m e n to f 。p o w e re t e c t m n i e st e c h n o l o g ya n di n c r e a s i n go fp o w e r a p p a r a t u sw o r k i n ga tn o n - l i n e a rc o n d i t i o n ，am a s so f h a r m o n i c sa n dr e a c t i v ea r e i n f u s e di n t ot h e p o w e rs y s t e m t h e yi n f l u e n c et h eq u a l i t yo fe l e c t r i ce n e r g y , d e c l i n et h es y s t e m se f f i c i e n c ya n d t h ep o w e rf a c t o r , d i s t u r bo t h e re q u i p m e n t s ，a n di n f l u e n c et h es a f eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e ma n d t h ep o w e rs u p p l y s o ；t od e s i g nan e we q u i p m e n to fs u p p r e s s i o nh a r m o n i ca n dr e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o nw i t hq u i c kr e s p o n s e , e c o n o m i ce f f i c i e n c y a n df e a s i b i l i t yb e c o m e sa r e a l i s t i ca n d u r g e n tt a s k t h eb a s i cp r i n c i p l ea n dt h es t r u c t u r eo fr e a c t i v ep o w e rd y n a m i cc o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t ， w h i c hi sm o s tw i d e l yu s e dt oc o m p e n s a t ep u b l i cp o w e rn e t w o r k ，a r ed i s c u s s e di nt h ep r e s e n t t h e s i s a n dt h eh y b r i dr e a c t i v ep o w e rd y n a m i cc o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t t c r + t s c + l ci s d e s i g n e db a s e do n t h ea b o v es t u d y t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h ee q u i p m e n ti s ：p u t t i n gac e r t a i n a m o u n to fc a p a c i t o r sa c c o r d i n gt ot h er e q u i r e dv a l u eo fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ( s l i g h t l y o v e rt h er e q u i r e dv a l u e ) ，t h e nc o m p e n s a t i n gt h eo v e r a b u n d a n c ep o r t i o nw i t ht c r ，a n dw i p i n g o f ft h eh a r m o n i cw i t hl cf i l t e r ( 5 ，7a n d11h a r m o n i c sa r ew i p e db ys i n g l et u n i n gf i l t e r , w h i l e t h e 11h a r m o n i c sa r ew i p e db yh i g h - p a s sf i l t e r ) l cf i l t e r i sa ni m p o r t a n tp a r to ft h i sh y b r i dr e a c t i v ep o w e rd y n a m i cc o m p e n s a t i o n 。t h e p a r a m e t e r so fc a p a c i t o ra n di n d u c t i v ew i n d i n go fl cf i l t e rc h a n g ed u r i n go p e r a t i o nw i t ht h e c h a n g i n gs u r r o u n d i n gt e m p e r a t u r e ，t h es e l f - h e a t i n ga n dt h ei n s u l a t i o na g e i n go fc a p a c i t o r , e t c d u r i n gt h ei n s t a l l a t i o na n dc o m m i s s i o n i n g ，t h e r em a ye x i s te r r o r st h a tc a nd e v i a t et h ea c t u a l p a r a m e t e r sa n dc o r r e s p o n d e n th a r m o n i co s c i l l a t i o nf r e q u e n c yf i - o mt h ed e s i g n e dv a l u ea n dr e s u l t i nf i l t e rd i s a r r a n g e m e n t s ot h ed e s i g no ff i l t e rm u s tb eo p t i m i z e d + 猿t h ep r e s e n tt h e s i s ，b a s i c g e n e t i ca l g o r i t h mi si m p r o v e da n du s e d 论o p t i m i z et h el c f i l t e r , l a s t l y , t h et m s 3 2 0 c 3 2d s pd i g i t a ls y s t e ma n dt h eh a r d w a r e s o f t w a r es o l u t i o n sf o rt h i s h y b r i dr e a c t i v ep o w e rd y n a m i cc o m p e n s a t i o ns y s t e ma r cd e s i g n e dm a ds t u d i e di nt h ep r e s e n t t h e s i s ， k e y w o r d s ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e m ；r e a c t i v ep o w e rd y n a m i cc o m p e n s a t i o n ；h a r m o n i c s s u p p r e s s i o n ；d e t e c t i o n ；g e n e t i ca l g o r i t h m ；o p t i m i z a t i o nd e s i g no f t h ef i l t e r ；d s p 学位论文版权使用授权书 y 1 1 0 1 3 7 9 2 本学位论文作者究全了解学校露关保留、使用学位论文的规定，同意学 校搽整并淘溪家煮关部门或糗构送交论文鲶复漆锌弱电子敝，兔许论文被套 阅和借阕。本人授权江苏大学可 2 上将本学位论文的全部内容或部分内容编入 蠢关数攥寒遴行检索，霹戬采翔澎窭、缩印蠛巍接等复铺手段镰存瓣汇壤本 学位论文。 镰密口，在年簿奎囊遁潮本援毂书。 本学位论文属于 不保密。 蝴张l 峰 蕊字日期：舀年月f 霞 学位论文 擘糟肇救舞去尚： 工佟擎位； 运潺穗疑： 导9 誉豁盘：扩 参婶 签字l 曼期：幽z 年z 月爿麟 卷诺： 帮漆： 独创胜声明 本入郑菱声甓：擀慧交麓擎寝论文，建本入在譬疼翁掩导下，独立避行磷究 工作所取褥的成果。除文中已经注明引翔的内容以外，本论文不包含任何其 媳个人或集体己缀发淡或撰写避能俘黼成果。对本文黝磅究擞出重要黉献靛 令人窝集蒋，殇毫在文中敦臻确方式拣臻。本天完全意识爨本声臻豁法律缝 果濑本人承掇。 学位论文作者签名： 碣雌 嚣裁：”g 年6 嚣2 弱 茳荔大学颧士警谴论文 第 窳绪论 ，+ 淤懋舞臻补偿的发袋概况 稳悉无功螯偻愚辫可髓窦潜鞭踩受蔼蔼臻嚣求戆交稳，实戮霹嚣臻翡率兹动态褡髅。 鄙根据系统需要吸收溅发出无功电流，翔子摊满电力系统的劫率闵数，稳定系统电蘼，抑 制艨绫振荡等功能。渤怨无功补偿技术从健绒的带旋转桩械的方式到现代的奄力电学元件 酌瘦怒经爱了返个激纪懿菠震藐程，大锩可分为双下霓个黔段 ： 嚣步调辐掇( s e ) ； 费关授凌亳褰器：羚虚无凌於黎装蒜( s v c ) ； 器壹笼囊靛生嚣( s v g 。 随步调相机( s y n c h r o n o u sc o n d e n s e r - 一- - s c ) 是传统炙劝功率动态钤镁装鬻驰典登 代栽，它又称同步朴傣撩，实质上是空载逡行的翔步电机，燕过糯磁运行时向系蟪供给无 功功率，在欠励磁运弦对从系统投收无功功率，部改变嗣步调张枫豹融磁，魏可以平涝越 改变它发窭无功秘率懿大夸鞠方鑫。蠢= 三卡年最嚣亲翡晁卡年中，蘑爹谣稳撬在窀袁系 统花功功率控秘中一黢发挥着主要 篝疆。然嚣，意于它爨菠转魄稳，损耗窝噪声较大。缍 护辍杂，两虽响应遮艘幔，在很多情况下溅法适合快速无功确率控制的要求，弼外，同步 调桐机的单位k v a 造价黼，缎合装麓不炙激，安装条件比较艇杂。所以翻7 0 年代以来， 麓步溪簇鬟舅魏逐灏被游汰，嚣蘩鸯鎏臻家融经不霉菠嚣丽爹调糨辍。 鞠毽鳃7 0 冬代戳蕊，隧羲瞬究稳遴步深入，窭璃了静惩繇瓣嚣霹邀力惑予开关 撩秘电容器或怠抗释晌渤态无功 偿装鼹。黼用断潞器作为接触嚣时，开关速度较慢，不 能抉逮跟踪负载无功幼鼯的变化，霜虽缎切电餐耧时常会出现傣数较窝的冲赘涌流秘操作 波魄压，不穰容器遗成按触煮浇鞲，丽鼠辔爨搜孝 嫠毫容嚣内部毒穿，携受豹应力大，缕 黪爨懑禳太。 随羞电力奄子按术的发展及箕在电力撩统孛的应鼹，逐渐将健掰晶阑管静静止兹功补 僚黻鬣推上了电力系缆无功功率控制豹舞馥。交流无触点开关潞耀管( s c r ) 、电力晶体管 ( 解r ) 、门极可荚叛熬体管( g t o ) 等的出现，将其 擘为投切搿关，关断速度可以攫蕊5 0 0 嵇( 鲶受| 露第。辩强侮系统参蘩，蠢秘於髅帮霹浚在一令瘸波蠹宠袋，势基霹沃避孬攀 穗调节。1 9 7 7 年蒸瀑g 嚣公霹首次在实际电力系统率演示运嚣了粪镘焉蘸溺替鹣静止无功 补偿鼗嚣。1 9 7 8 年，张饕国电力研究院，( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 的支持 下，疆屋奄力公司( w e s t i n g - h o u s ee l e c t r i cc o r p ) 制造瓣使闲晶闸管的静止笼功幸卜偿 装爨投入实嚣运孬。瞧子蠖鬻器黧警魏黪睫蠢珐季 嫠装羹爨套傀嶷兹犍爱，掰敷崧澄器葱 i 混合型动态无功补偿系统豹研究 围内其市场一壹迅速粥稳定地增长，现在已经占据了静止无功补偿装置豹主导地位。现今 所指的静止无功补偿装置一般专指使用菇闸管豹无功补偿设备，举期的静止无功补偿装疑 是具有饱和电抗器的静止无功 偿装置( s a t u r a t e dr e a c t o r ，s r ) 。1 9 6 7 年，英国g e c 公 司制成了氆界上第一批饱和电抗器型静止无功补偿装鬣。饱和电抗器与同步调相机相比， 具有静止型的优点，响应速度快；但是由于其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声都 很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以 偿负荷的不平缀，所以 未能占据静止无功补偿装鼹的主流。晶阐警控制电抗器( t h y r i s t o rc o n t r o lr e a c t o r ，t c r ) 和豁闻管投切电容器( t h y r i s t o rs w i t c hc a p a c i t o r ，t s c ) ，这两种装曩统称为s v c ( s t a t i c v a rc o m p e n s a t o r ) ，谣现在所谓的静止无功补偿装置( s v c ) 也就是指专门使用晶闸管控 制的t c r 、t s c 裂静止无功 偿装置【1 1 0 随着电力电子技术的进步发展，2 0 世纪8 0 年代以来，一种更为先进的静止无功补 偿装餮出现了，它就是采用自换相变流技术的静止无功发生器( s t a t i cv a rg e n e r a t o r - - 一s v g ) ，也称高级静止无功补偿嚣( a d v a n c e ds t a t i cv a rc o m p e n s a t o r - - a s v c ) ，或者 称静止调楣器( s t a t i cc o n d e n s e r s t a t c o n ) 。s v g 通过采用桥式电路的多重化技术、 多电平技术或p w m 技术进彳亍处理，以消除较低次的谐波，并使较高次的谐波限制在一定范 慝内。由于s v g 不需储能元件来达到与系统交换无功的弱的，它使用直流电容来维持稳定 的赢流电源电压，和s v c 使用的交流电察相比，壹流电容容量相对较小，成本较低；另外， 在系统电压很低的情况下，仍能输出额定无功电流，丽s v c 补偿的无功电流随系统电压的 降低黼降低。正是由于s v g 具有这些优点，它在改善系统电压质量，提商稳定性方颟爨程 s v c 无法比拟的优点，这也显示出s v g 是今后静止无功补偿技术发展的方翔，可以说，大 容量化的s v g 将是晶洞管控制掇静止无功幸 偿装爨极佳的更新换代产品。 2 动态无功补偿的应用现状 现在，在世界范围内，以t c r 和t s c 为代表的静止无功补偿装置s v c 已经占据了动态 无功牢 偿的重要地位，：并且是动态无功补偿技术研究和发展的方向和趋势。同髓，s v g 在 些发达国家和地区也开始研究，下面就班此为例分绥一下它们在豳内外的发鼹状况。 一、凿际上s v c 及s v g 的应用 从2 0 世纪7 0 年代中期开始，美翻的g e 公司、8 b c 公司( 现为a b b 公司) 和s i e m e n s 公 司先后开发出了t c r 型s v c 装置，并开始应用予工渡用户和输配电领域。世界上最早投入 运行的静止无功补偿装置是英国g e 公司1 9 6 4 年在埃塞俄比亚投运的一套用于抑制电弧炉 2 江苏大学硕士学短论文 闲变静裔魄秘毫摭嚣s r 黧装置。1 9 6 7 霉，该公司又研涮出了霹控饱和电挠器c s r 爨装鬟， 嚣米又设计出了曼为宠游的s r ，从丽又放彝了c s r 的生产。但谯7 0 年代初，眈翻对酌a c 观 公闼仍致力予开发c s r 激静止无功补偿装鬣， 黪止蠢功 缮装鬟均用予王业受蘅蛰偿领域， 并在轧钢厂大力撼广和应用。早期躺邀两类 蠹至6 0 年代束君开始在输电系统中弓| 入这 耨耱装譬用于箍蒜籍邀系绞秘输送功率，嚣又蘑予壹滚输电换瀛嚣瓣动态邀压控裁。这两 舆装嚣在7 0 年代褥到撮广应用，但到了8 0 年代中麓，除了s r 型静止无功於偿装鬣在运 亍w 靠性、响应速度、过载能力以及维护簿攀等方面仍有一定的优势，在某些应用场台仍 毒一定的市场孙，c s r 溅静止无功补偿装鼹翻于整体技术性熊熬，在国外已逐渐放拜这l ；中 受式。s r 型装委是餐翊邀撬器铁心豹德霸将瞧琢理寒工作韵，为静壹无凌餐褛装嚣豹第一 代产晶；两c s r 麓已初步利用了电力电子技零，采糯了鑫阐管整流器输出童流寒控鞲键帮 电抗器的饱和程度，从褥可以附蕊外部输入信号进行反馈控俸，在控制的灵活性方獗秘s r 型相比有了显著的进步。随着电力电子技术船发展，嚣外在7 0 年代初开发出采用大功率 鑫溺管佳戈鬓态开关缀成三鹱矗c a c 交流嚣( 瞧称交流控铡器) 羧涮邀菝器葳宅容器魏嚣蹙 冤功 锾装嚣产晶。1 9 7 2 年瑞典a s e a 公镒将第一套j 逄类装蠢一燕鬻管投留电蜜嚣( t s c ) 磁萦钢厂投入试运霉亍。1 9 7 4 年瑞士b b c 公司又开发成功并投运了菇闸管控制离阻抗嶷难耩 ( t c t ) 载电抗器t c r 型静止无功补偿装置。生产这些装置的主豢厂家还袁美国g e 公司、德 嚣鞭门予公司、日本躲鬻士和强掰公司等。晕期的这类装嚣也烹凝舅子工业供电嘲络补偿， 4 煮爨1 9 7 7 年孝蠢美鬣g 公霞孳| 入裂输毫系绫豹电压控麓秘鼹麓受舔功率方嚣。爨年 代中期，j 魄类装置已掰臻成熟。特剐是t c r 稠t s c ，弱前在工般供电网络稻输电系统量褥 剩广滋应弼。至予t c t 攫静止无功补偿装鼹，由于需要特殊设计的交压器阻抗黼遮8 0 1 0 0 ，在设计杀造和遮行上都有困难，弗虱滤波电容器缍必须遴矮予高压惘也使褥其设计、 “镞浚接零复杂稼，巍予这些器霆，嚣兹已较少采霆这一方寨。逐每采，强蠹乡 又掀越了巍 用念控黧毫力毫予器佟研制逆变器型静止泛璃补偿装置静热潮，它遥一耱不鬟簧魄抗嚣察 愈绺器作为无功源的静止无功电源( s v g ) 。寅际上，早在8 0 年代初日本的关疆电力公司和 三菱电机公司合作邑壤制出此类装置，但限于当时只能采用半控型的晶闸管作为开关元 件，必须壤臻强遥换扁电路，馒褥浚备结构篾杂纯、损耗增大秘可控链降低，谶丽谯电力 系统中没鸯褥嚣攉广皮掰+ 蘧着各释全控鍪器僚性麓戆不蘩掇离，在翳零钱寒露蠢一些 小容鲎的s v g 投人运稃。、自秘本制造魄采用g t o 的容量达8 0 m v a r 的s v 6 已在1 9 9 3 年投入 试运行；由美国野发晌容量为l o o m v a r 的觥类装置，也在1 9 9 5 年投入试运行。总之，采 罔全控型器传豹s v g ，霹以说无论在髓缝逑是馀格方箍都比上述静止无功补偿装鼹爨舆竟 漉会型动态凭殛 镁系统麴磅突 母力， 羁裁，世赛上安黻的s v c 总容量已经越过了9 3 0 0 0 m v a r ，装设予超高压输电系统鹣s v c 融有2 0 0 多台。并蟊缌大多数s v c 项目，特别是l o o m v a r 以上的大容璧项目，郡魑眭l 少数 大型跨溪公司热a b b ，a l s t o n 窝瑟本东芝簿公魂承接携。以上s v c 戆结掩是戳t s c 鞠t c r 为主，占妥了s v c 安装数簧窝容量静8 0 娃上。s v c 懿主篓安装镶域包括闲交撺铡、维跨 嘏臌稳定、不平衡枣卜偻及实验装墨等，丽魁s v c 在抑制闪燮署纣维持系统电压衡定这两个方 灏的应用薰远远超过了其他方面。 墨嚣哥t e m a s c a l4 0 0 k v 变电站予1 9 8 2 年投入了s v c 装鬻，以提菇墨疆耐南郝水电站 每主要奄怒溃费中心一爨嚣蛩城蕊嚣之阕4 0 0 k v 辕毫线貉系统懿簧稔戆力帮送奄安全。在 安装了s v c 螽，这个4 0 0 k v 毓奄线路的蒋功传输容囊达到了将i 毽2 0 0 m w 是一个较为成功浆 您用。同时，该项翻t l i 跫当前有记载的容餐最大的s v c 顼弱。 二、国内s v c 及s v g 的应用 我黧在2 0 毽纪黯年代糖自极酸爨釉魄力嫠联会引避了b b c 公司戆t c r 型8 v c 旗态无 功 偿技术，菸经过多年豹努力己在大滁镪厂投入镬瘸。餐怒，出于其控铡器帮调节嚣采 羽的是模季堇l 技术，冷却系统采用的是半封闭好放式手动方式，爨动化穗度及装霪的可靠性 较骶，因丽没有褥雾4 广泛使用。9 0 年代中期，我嚣又引进了岛竞兰的t c r 型s v c 旗态无功 补搂技术，冀徐格较低，在一定时翳内繇得了枣场，毽箕控制器秘调节器以分立元牛为主， 袋鲻髂砖变嚣嚣隔离鹣邀磁簸发方蔑，通过菇冷式蒸綮彀热，在耱蟹容量较大鼙孪藏阚罄夔 续温较水冷散热方式赢3 0 4 以上，装嚣故障率较离，限制了熊盥用范围。 露翦，在输电磁统无功功率动态 偿方珏，丽肉逡褥子5 0 0 k v 系统豹容豢为 1 0 5 1 7 0 m v a t 豹s v c 共有6 套，丽且全部为进嗣产品，分别安装在广东江门变电站( 1 套) ， 海凑郑翅枣囊交毫滔( 1 套) ，衷l 渗窝交魄站l 套，潮褒拣灏云疆交邀懿( 1 套) 襄懑 j 戴磊风凰由变电淞( 2 套) 。在国内钢铁企业中，s v c 遣褥羽了应用，如河南平颈由舞藤 镧铁公司( a b b 靠8 造) ，河亵安阳钢铁厂( a b b 制造) ，上海宝由钢铁三厂( s i e m e n s 俸造) ， 广卅l 钢铁厂( 2 套，分别为b b c ，a b b 制避) 等。经过近年采的消化吸收，我国爵搿能力独 立开发成套戆s v c 装置，甄孛嚣毫力秘学鹾究茨、蘸安毫力瞧容器厂等已煮受稿耀s v c 产 麓，毽是在援术承平上与a b b 、a l s t o m 簿鬻终大公霞傻然蠢较大豹差距。然嚣，黧辨熬s v c 装凝不但价格十分舄爨，两盈在我国察鼯的运行情况也不韪徽理想。据有关文献撤道，在 上个世纪8 0 年代米9 0 年代初期，在武汉风凰山( a b b ) 、广窳瞧门( a b b ) 、潮谢云田( 意 大铡a n s a l d o ) 及郑州小支| j 庄等处安装的函外s v c 先后发生了参起事故，造成了缀大损失。 垂 疑蓦大学颈士学经论变 2 0 0 4 年il 屡3 臻土警，在遂宁密鞍出露筑一变奄站建藏辩戏功运行静s v c 静盘嚣魂 幸 雠装鬻，标志着我阑搁霄自主知识产权的s v c 技术进入丁察嗣他阶段。该礞翳豹嶷施， 誉仅霹以为企业带来撼蒋的经济效益，褥慰对撼动我国电力行她的披术进步和s v c 设搭的 鹜声纯、产盈黉二都昊露卡分鬟要爨意义。 。3 动态无臻补偿瓣发菇趋势 鞘魏，有关无功功辫幼态 偿技术瀚研究仍程进行，有关s v c 蛇磷究多集中予对疑应 黪手输奄祷罄楚务辑璐含对控裁繁赡秘方法黥避一步搽讨，磁对- t - s v g 懿磺究滁了控粼方 法戳终，逐毒与毒源魄力滤波嚣藤弦会翡憝势。麸主毫鼹塞讲，太稻还在臻究震予动态无 功牵 偿的其健形式静静止变流器【2 l ，包捺电瀛型基换糖式稀式电路c 如怒导镶能系统 ( s u p e r c o n d u c t i v em a g n e t i ce n e r g ys t o r a g es y s t e m s 礁e s ) 、交一交交频电路， 以及交流斩波电路筹。邂年袋，美淘魄力研究豌又提出了统一淤溅控割器f l l ( u n i f i e dp o w e r f l 艚c o n t r o l l e r 一稚p f c ) 。事实主，s v c 、s v g 、u p f c 蘩是“黍缝交浚埝逛系绫”( f l e x i b l e a ct r a n s m i s s i o ns y s t e 辩f 矗e 露 审熬元襻。瓢谬黍爨交流簸露系统，怒8 g 年代澈来 龃荧麓电力研究院撼融的个新概念，其本髓躲是将离压大功攀的电力毫予技术应用予暾 力鬟统中，以增强对魄力系统的控削能力，撼篱原有电力系统的输电能力。现程，擞羿备 大逛气公零蒸竟穗参与褥裁f a c t s 孛翦耨黧魄力邀予装菱，势憋骞一些产品铡翅t c s c 、 s v g 等) 在美露毫力系统争陵续授天示慧逡抒。 总之，随蔫电力瓶子技术的嚣新届异班殿磬门学科的交叉影响，动态无功 b 髅拔零的 发戴趋势主要肖以下几点： ( i ) 密城鼹致造中，逛车子攀稼程往霰燮在懿邀变压器豹慨聪燃瀚对热装无功补偿控制 爨鹈配奄练窘嚣试饺，嚣魏撬囊了嚣臻蛰耧狡髓器强嚣毫练念溅试锭一髂纯翡勰鼷。 2 ) 抉速准确豫捻测系统的无功参数，掇搿动态响应时湖，僚速投留电容黎，娃满定 工 餐条 串较恶劣的憾况( 如大的冲击负荷娥熊麓波动较频繁的场台) 。随着计算机数字控制 技术秘智能控制理论的技鼹，可以在无劝章 偿中弓 入一些先避的靛制方法，如遗传辣法、 辫经瓣络爨及鑫遣藏模糊投毒l 等。数字诧( 激捉控囊魏调节嚣瞧褥逐步取我抟绞戆摸羧调 节嚣。 ( 3 ) 嚣前动态嚣物李 偿技术还主要弼予低糙系统。高压系统出予受到晶闻麓：掰聪水平 豹隈涮，都是通过炎臌器降箍接入的。磷制凝器动态无功 撩装置其宥熏要意义，哭键是 簧髂次章 罄装萋孛熬黼管襄二投警熬辩疆鹅题，嚣多兮菇瘸餐元髂毒鞣及均匿、散发控剩 混合型动态无功补偿系统的研究 的同步性等。 ( 4 ) 出单一无功功率幸 偿列具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电予技术韵发展 和电力电子产品豹推广及应用，供电系统或受荷中含有大羹谐波。研制开发兼有无功补偿 与电力滤波器双重优点的晶阐管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、翔制谐波、稳定 系统电压、改善电熊质璺的有效手段和方法。 1 4 本课题研究的主要内容 电力系统负荷跫动态的、变化的，要维持嘏网运行环境的稳定性，就需要在进行谐波 抑制的同时，对系统进行无功功率动态补偿，从藤提高电力系统的功率因数，达到降低设 备容量、减少功率损耗的目的，同时稳定受电端及电网的电糕，提高供电质量。 作者在本论文中对动态无功补偿和谐波抑制进行了深入硬究，具体工作如下： 1 ，介绍了谐波搀剖及动态无功 偿的发展檄况和最新进展，蓿重介绍了是闸管投切 电抗器( t c r ) 和晶阐管投切电容器( t s c ) 的工作原理以及控制实现方法。同时，对谐波和 无功检测理论进行了研究。 2 讨论了l e 滤波器的类型、工作原理以及参数变化对其髋能的影响，说明了l c 滤 波器参数优化的必要性。 3 设计出了t c r + t s c + l c 混合型动态无功补偿系统的主电路，并对其单相控制电路进 行了分卡厅和论证。 4 介绍了蒸本遗传算法豹理论知识及实现技术，讨论了基本遗传算法的不足，并对 其进行了改进。在此基础上，又把该方法用于l c 滤波器的优化，弗用它对具体系统遴行 了实验，实验仿真绥栗证明了该方法豹可行性和有效性。 5 。设计出了混合型动态无功枣 偿系统( t c r + t s c + l c ) 的硬件实现方案和软件实现方 案。梅建了基于t m s 3 2 0 c 3 2d s p 的数字系统。 6 对谍题做了总结，劳结合课题对谐波抑靠4 和动态无功补偿技术的研究和发展趋势傲 了展望和分析。 6 涯苏大学硬士学位论文 第2 糍谐波和无功检测理论与方法 隧慧窀力邀子按零豹妖遴发震，工终在嚣线楼条静下的各耱功率器箨裁增，大爨鹳谐 波移无骢注入电网，严委憨傀了龟翡矮鳖，逡陂系统效率交低，功率戳数变差，势对冀它 设备和装簧产生扰动，威胁电网的可靠性和稳定性。精礁、实时地检测出电网中瞬时变化 的髓燮电流，是提高动态无功补偿补偿精度的个关键阀题，下谣就酱蘸常采用的几种检 测方法进行探讨和研究。 2 。 基于f r y z e 功率定义韵检测法 其原理是在时域上将爨旖电流f ( f ) 分解为与电压波形致的分鬟f 。0 ) ，将其余分麓作 为广义无功电流( 包括谐波电流) ( f ) ，即 i p ( t ) = g u ( t ) ( 2 ，t ) 冀中屯( f ) 寄磅激流；“( f ) 电悉；g 魄铡常数，其敬馕应使一霭期肉p 窜) 所消凝的平均功率和f ( f ) 溺耗的平均功率相等，即 p = 参) ；9 ) 斑一当) ) 毋 ( 2 2 ) 把式( 2 1 ) 代入式( 2 2 ) 霹褥 肚睾扣2 ( f 瑚= g u 2 ( 2 3 ) o 镳憩鼍缨 酆 定义无功电流( f ) 为 g = 萨p ( 2 4 ) p 。，本。亭担( 砖 ( 2 6 ) 7 凌食垂魂态嚣葫 豫系统豹辑究 瘵式露2 ) 霹褥 瓤i , i 。a t ( 2 7 ) 鞲器毛菱交。戮魏t 霹褥i 、；、曼卷骞簸鏊之霾豹关裂筠 ? 2 = 吾f f 2 毋；j ；+ 霹 ( 2 8 ) 糊为f r y z e 功察怒义怒建立在平均功攀然黜上的，所以襄砑鼋得辫髓有功电流时，黼装 遴行令瘸翅豹积分，褥凝上蓑宅运算魄瓣，甏蠢豆令援襄琵辩。爨此，弱这种方法浓褥 戮鹣“瓣薅膏臻毫滚”实际上是尼令黉翳藩熬邀流蓬。 慧2 蒸予频域分析的f 雕检测法 快速傅立时变抉( f 8 s tf o u r i e rt r a n s f o i t n ，f f t ) 是当今谐波稔测中应殿最广溅的种 谐波检测方法。 f f t 蹩褰簸薄立盼燮撩( d f t ) 冀法魏绞遴。鼹霹，袋送德立畸变挨羲采器煮数怒鸯 遴簿鹋过程决定抟，为电麓系绫中工额髑麓内游采样点数，通常取n = 2 8 ，m 为燕整数。 内予为偶数，剐可将 五 分成由偶数点鄹谢数点组成豹两个序猁来计算，即 最= 五 曙+ 五嘭 貔。9 n 鞋鹱轰 # 舞薅簸 、。 恣扦舞馐鼗穗，令拄= 2 r ，霹蠡藕数点酌采襻骞嚣囊戏薪窿烈 隽， ； 当”为奇数时，令”* 2 r + l ，即由奇数点的采样序列组溅灏膨列 五。 。 经过上述变换，裁w 将原一个d f t 转换为两个净列d f t 。f f t 算法的实质就怒不断地 懿长痔弼茨d 汀努蘩藏凡个篷痔嚣熬鼍，莠疑鬻驿警夔瘸絮健帮霹穆毪塞藏多d f t 靛遥 箨次数，最窜霞翁f f t 簿法逶基2 f f t 。 程谐波分析的潋稷中，是对电压和电流硝个连续时间信号懑行采样，同时俘频谱分析。 如聚分剐骰分析，鞣谶行礴次f f t 变换，为了加快分析的遽殿，可以将h ( 聆) 和f ( n ) 麟个离 散黪剿鳃含藏一系捌复数，露 五= 群( 碲+ f i n ) 、( 2 + 珏) 冀对应的d f t 为 嚣 最= d f t u ( n ) + f i ( 蝴嵇1 t ) 汪棼大学醺士学经论文 根据式( 2 t 0 ) 、式( 2 1 1 ) 式褥 f h = uh 年j l 畿f n 。tu n _ h 七i l w 。i 壶w 曲祟矿6 烹弹7 、w 6 嚣w 靠= w 5 褥 默u n _ h ：= u ：及陉耄 嗣此，可得 f 2 1 2 ) 陀1 3 ) 磙。i = u t 一。一 矗h = u 。一 ! 。 q 1 4 ) 绣戳，对主述攘导避行分离，扶蕊砸瑷褥n u ( n ) 静i ( 嚣) 各窘静频谱力 酿：委( 磊+ 一。) -( 2 1 5 ) 厶= 熹纸一巧一。) z ， 戬上各式中，t 代袭栩应的菇轭复数。 鼙蓊，燕熬基予f f 薯酌按零e 秘囊戏熬，煎楚f f t 也有它翁弱辍毪： 从模拟信号中提敷众郏频谱信息，需要取茏黻的时间量，使用过去的鞫将来的信号 傣急只能诗冀区域频率的频谱； 没磊爱浚凄楚嚣黼变纯载频率，警入韬需要在任餐蔫鋈鹣频率范毯主产垒频谱信惫 时f f t 不一定适用； 出予个信号的频率与其周麓长发成正魄，辩于赢壤谱懿髂患，对阏阉隔要枢对蟪 小才麓绘逡纥较好麓精凄，露对予低鞭谣豹嵇息，辩阀阕隔要稳对遣宽才麓绘爨完全筑信 息，也就熬需要一个灵灞可变的时间一频率窿，使程岗“中心频率”髓自动爨窄，丽在低 “中心频率增| 囊动变宽，f f t 囊身并没肖这个特性，嚣前谐波的f f t 捻测都楚基予如下黪 缓设：渡黟靛稳态帮周嬲瞧熟，采样豹瘸波数是整数的。镑霹器t 这局鞭链，1 9 4 6 年g a b o r 提出的短时倦薰叶交换( s h o r tt i m ef o t t r i e rt r a n s f o r m a t i o n ，s t f t ) ( 又称加留f t 或g a b o r 变羧 ，对豁枣 f t 躲不足起爨了一定的佟疆，但并没蠢穆底解决这个阚题； f f t 嚣要一定时阉的采样蘧，诗算重大，诤鳃时潮长，镁褥硷测瓣阕较长，稔溺结 果实时性较菠：即使信号鼹稳态的，渴信号频率和聚样频率不致时，使用f f t 也会产生 频谱淹添效瘫和拯栏效缴，傻诗算出躲信号参数( 羧察、辐篷帮稳经，不准确，龙茭是耀爱 兹谟差壤大，有时无法满足裣溺精爱嬲鬻求。为了提篱裣灏糖嶷，需要对疆t 避行改进， 9 涎台受韵鸯羌功秘偿系统懿磷究 已有的方法主要有剥用棚霞捶值算法对快速簿立时辫法进行修正、修正采样点法及利用数 字式锁相器( d p l l ) 使信号频率和采样频率同步，其中加密插值算法已发展出矩形窗、海宁 蜜、毒菜吏曼塞、毒慕宠曼密一跨墨衢密等鼗卡秘密供甭霾聚会选箨捷霆。嚣骜，在毫力 系统的稳态谐波检测中大多采用f f t 及其改进算法，两辩于波动谗波或快速变化豹谐波， 则需要采敬其他方法。 2 。3 基予骥靖无功理论懿谐波鞠无续功率梭溅法 传统的无功功率酡概念楚建立在平均僮的基础一j = _ 的，丽有渊滤波器与动态嚣功李 偿装 置对离次谐波和无功功率的捻测豹实髓控寄很高的簧求。因此，三相电路的瓣时无珐功率 理论鑫驭1 9 8 3 年骧奏本泰文疆赉 ；寒，经遭不断鼹磅突帮完善，在诲多方疆褥到了藏功 的应用。该理论突破了储统功率定义，系统魏定义了瞬时无功功率、瞬时菊功功率等瞬时 功率豢。基于该理论的谐波嗣无功功窭检测方法，非常适用予魄力系统帮能控制系统中。 蠢本褰文疆出熬瓣辩无功臻率蘧论纛被称海妒理论，是汉瓣辩实葫率p 秘瞬辩虚功 率g 的定义为基础。该蠼论最主要的一点不足是没有对有关豹电流量进行定义。在此基础 之主，嚣安交大王兆安教授提出了以瓣对裔功奄流i 。和瞬孵无功瞧流f 。为基谶豹瞬时无功 功率瑗论体系，被称为i 。+ i 。法。该方法鲍最大优点是鼯使当电鼹嘏缢发生媾交嚣雪，它也 能准确的检测出电流中的高次谐波、无功功率以殿负序电流。 设三娟毫爨故各捐魄压瓣鼙雩僮秀气、昏，鑫粳逛滚瞬孵壤漆0 蝥艺，分鬃将它秣 变换到两棚趸交搿一声搬标系上，蘸l 下述变换可以褥弱蕊相瞬时电压为g 。、e 。，两相瞬辩 电流为f pi 。，即： 盼柑甜i i 组蚴 阡括睦珊圈 阮m 褒攀2 1 嚣示静搿一尹平嚣上，矢量岛、知鞠。岛分裁可滚合戒兔电蕊矢量g 耧麓 转电流矢擞i ，即 # = g 。嗣e l z 戎 i = i 。+ i 。= i i 么， 1 0 f 2 。i 8 ) ( 2 1 9 ) 江苏大学硕士学位论文 设f 滞后p 的角度为妒= 。一妒，则三相电路的瞬时有功电流f ，和瓣时无功电流分别 可定义如下 j 口2 l c o s 妒 z 口。zs i n 尹 荔翰。 r 7 。一 r 一：= 二寮。 躐a 一 警j i 口 ( 2 2 0 ) 佗2 1 ) 图2 1 口一坐标系中的电压、电流矢量 由上可知，瞬对有功电流f ，和瞬时无功电流f ，分剐为矢爨f 在矢纛g 及其法线上的投 影，即i q 滞压8 为9 0 。丽三相电路豹瞬时有功功率p 和瞬时无功功率g 为电压矢量8 的 模与三相电路瞬时鸯功电流f ，和瞬时无功电流的乘积，即 p3 ie l i p q = le l i g ( 2 2 2 ) f 2 2 3 ) 由图2 。1 中各矢量的关系及上述推导可樗瞬畦肖功功率与瞬时无功功率矩阵形式为 防e a 羔 社。豳 瞬时有功电流f ，及瞬时无功电流在d 一坐标轴上的投影即 为a 、声相的瞬时商 功电流k 、及瞬时无功电流0 、i 册。某一相的瞬时有功电流和瞬时无功电流也可称为 该相的瞬时电流的有功分量和无功分量。将式( 2 1 6 ) 、式( 2 1 7 ) 代入式( 2 2 4 ) 式，可得出 p 、q 对于三相电噩、电流的表达式 p = e ，斗e 、b 七e c g ：去【o ，一8 。) f 。+ ( e 。一e 。) 矗+ e o - ) f 。】 、吖j f 2 。2 5 ) ( 2 2 6 ) 鎏全鍪塑查蒌麓! ! 矍墨鉴塑篓塞 因l 毙，三相电路昀瓣时有功功率就是三相电路的瓣时功率。三相电路各媚豹瓣时无功 电流i 。、i 姆、l e q 是搿、声薅相的瓣对秃功电流k 、通过两棚变换到三相，姻 ( 2 2 7 ) 阱，嘲 癸 式中c ：，；c 曼，邸由二相变换到三相。 三稳奄路各辍静瓣辩无功功率如、懿、蟊分爨为浚裙瓣时逡垂窝瓣簿秃凌避滚黪暴 积；瞬时肖功功率p 。、p 。、p 。分别为该糖的瞬孵魂逶与瓣辩有功电流的乘积，即 l 热= e a p b 。 【p 。= 8 。f | 致= 吼2 吼= e c 0 f 2 2 9 ) 犯3 0 ) 遮受，尹= p 。p 6 十p 。、q = g 。+ 孽6 + g 。e 传统的功搴理论寇义是以平均德为纂磁或程辐霪的意义上定义的，它们只适用于电 压、电流均为正弦波时盼情况。两瞬时无功功率理论中的概念，都是在瞬时德的基硝上定 义懿：它不饺适鼹予正弦波，氇逶鲻予婺正弦滚穆任 霉过渡过程懿愫滋。警三褪奄匿、奄 流均为芷馘波并盥三穗对称时，瞬l l 寸功率p 、尊与佟统豹功率只0 魑相等的，也就是在三 相对称获弦的条件下，瓣对功率p 、口均为常量越和传统的有功功率、无功功举定义一致a 霹觅，爨鼹燹凌琏率毽论藏蓬将健绞三穗惫跨凌攀理论中赘芷弦穰母毒效蕊、裙穗受、鸯 功功率和秃功功率突玻时闽平均德概念弱引审为瓣辩量压鼹传统功率理论躺巍然扩展。 2 4 其他检测方法 戬上a 秘方法楚嚣蓠鬻建熬蔫予活滚耪嚣珐凌率猃溺懿方法，曼努还霄一些应弼程璇 场或正在研究中的检测方法，如： 1 2 1； 凹 庸 h一 黔 c 嚣 ，；，l- 睁b 江苏大学矮士学证论文 l 。弼步测定法 同步测定法原来主要成用于通讯系统，它的优点魑信号检测畸燮小，放大系数离，波 形快遴鼹黥黢力强，逅每采嚣始爝予摹穗惫涟豹溅定。蕈矮毫熬中裔功毫滚霹鞋袈搴藏； i ( t ) = 2 ( 屹，豫) v ( 幻 ( 2 3 1 ) 蕊孛p & 为游耗嚣平均姥率，匕为奄压最大毽，v ( f ) 为毫嚣瓣辩镀。袋旋斑织该方法 幽单相扩蓑到不平衡三相电力系统畸变魄流检测的依掇是：可以分嬲计葬每一稿麴孙偿分 熊，因此不必鬻求三相负耱泡流相等。擞据补偿蜃电源侧的3 种不潮情况，该方法又可分 尧等功率、等激流、等电阻鞫步溅定3 耱逡轻。 等功率羁步测定法按补偿霜每一栩撬供的有功功率栩譬的霖则卷分鬣各辐鹣功率，然 掰按式( 2 3 1 ) 可以得到每一相的有功激流，从丽年譬劐每相的补偿电流；等电流阐步测定 法羧 媸蜃每一棱提供蛉惫浚穗喾鳃嚣刘寒分配各秘懿功搴，然螽按式( 2 。3 i ) 可竣箨囊 镣耩豹有功嘏流，从两樽列每捆豹幸卜髅电流：等电阻同步测定法撩补偿后每一棚提供豹 等效电阻相等的原剡来分粼嚣榍豹功率，然后按式( 2 3 1 ) 可以得到每一相的衣沩电流， 驮嚣霉爨每榻瓣替褛毫滚。嗣步溅定法熬3 耱途弪，帮霹鞋安瑰对不平囊三撩电力系绞中 秃功和谐波电流的实对检测，并可获得较理想的补偿效暴，羚偿精的电流均为与相电压阍 相位的正弦波，基本消除了无功和谐波成分，劳显采用同步测定法的3 静途经，还可以校 歪魂率嚣数，减少绞鼹损栽，平簧线爨旗瀛。 2 ，自造成梭测法 其原理如图2 2 所示。 该方法趋禳撵鑫遥纛予我对瀵魏器鬻，将鑫遥瘦予撬对瀵绩号簸理蔽术庭逶予无功弱