（电气工程专业论文）先进的静止无功发生装置及在配网中应用.pdf

东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t 惭mt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n ds o c i e t y , p o w e rc o n s u m e dh a si n c r e a s e dq i i i c k l y t h e k i n d so fe l e c t r i c a le q u i p m e n t sg r o w sm o r ea n dm o r e ，w h i c hc h a r a c t 崩s t i c sa r ev a r i o u s ，l e a dt o v a r i o u se l e c t r i c a lq u a l i t yq u e s t i o n s e s p e c i a l l y , t h ei n d u c t i v el o a da n di m p a c t i v el o a do fe l e c t r i c a l e q u i p m e n t sb r i i l gm u c hv a ta n dh a r m o n i o u s n e s st ot h ep o w e rs y s t e m t h e yl e a dt ol o wp o w e r f a c t o r , v a s th a r m o n i o u sc o m p o n e n ta n dl e a dt oo t h e re l e c t r i c a le q u i p m e n td e v i a n tw o r k t h e r e f o r e ， c o m p e n s a t i n gv 缸a n dh a r m o n i o u s n e s si np o w e rs y s t e mb e c o m e st h ea t t e n t i o n a li s s u em o r ea n d m o r e f i r s to fa 1 1 c o m p e n s a t i n gv a ra n dh u r m o n i o l l s n e s sa tu s e re n di sm o r ea c t i v ef i e l db e c a u s eo f t h i s c o m p e n s a t i n gw a y sg o o de f f i c i e n c y c o m p e n s a t i n gd e v i c e sh a v ed e v e l o p e df r o m s y n c h r o n o u sa d j u s t i v ep h a s i cd e v i c e ，s t a t i cv a tc o m p e n s a m rt oa d v a n c e ds t a t i cv a rg e n e r a t o r n o w a d a y s t o d a y , t r i n o m i a lt h r e el i n e sp a t t e ms t a t i cv a rg e n e r a t o ri sg r o w nu p b u tt h e a n i s o m e r o u sp r o b l e mb e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s s oc o m p e n s a t i n go f n o u g h tl i n ec u r r e n ti s v e r yi m p o r t a n t , t h a tn e e d st h et r i n o m i a lf o u rl i n e sp a t t e r ns t a t i cv a tg e n e r a t o r t h ea p p l i e d t h e o r yw a sb r o u g h tf o r w a r dt w oo rt h r e et e n sy e a r sa g o ，b u td o m e s t i ct r i n o m i a lf o u rl i n e s p a t t e ms t a t i cv a rg e n e r a t o rh a sn o tm a t u r e dy e t t 1 l i sp a p e ri sg o i n gt om a n u f a c t u r eas u i to ft r i n o m i a lf o u rl i n e sp a t t e r ns t a t i cg e n e r a t o r f i r s t l y , t h i sp a p e rd i s c u s s e su n i v e r s a l i t ya n dc r i s i so fp o w e rq u a l i t yp r o b l e ma n da n a l y z e s i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo fv a rc o m p e n s a t i n ga n dh a r m o n i o n sr e s t r a i nw h i c hs t a n do u ti np o w e r s y s t e my e t ；s e c o n d l y , t h i sp a p e rs i m p l ys u m m a r i z e sd e v e l o p m e n t a lc o u r s e ，a c t o a l i t ya n du p t r e n d o fv a tc o m p e n s a t o r ye q u i p m e n t s ；t h i r d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e s a d e m i cb a s eu s e di nt h i s e q u i p m e n t , m a i n l ya t ei n s t a n t a n e o u sv a tp o w e rt h e o r ya n ds p e c i a lv e c t o rm e t h o df o rg e n e r a t i n g p u l s eu s e ds p r i n g i n gi g bt if i n a l l y , t h i sp 印e ri n t r o d u c e sd e v e l o p e dh a r d w a r ea n ds o f t , w a r ef o r t h i sd e v i c ea n di t se m u l a t i o n a lw a v eb a s e dp s c a da n de x a m i n a t i o n , d e b u g g i n g a te m u l a t i o n t a c h e ，i ta c h i e v e sv a rc o m p e n s a t i o no f e i g h t e e nv a r i o u ss i t u a t i o nb yu s i n gt h ep s c a de m u l a t i o n a l s o f l ：w a t e e m u l a t i o n a lw a v e sd i s p l a yd e f i n i t ef u n c t i o nt oh a r m o n i o u sr e s w a l nw h i c hg e n e r a t e db y r e c t i f i e rl o a d h a r d w a r ei n c l u d e st h r e ep a r t s ，o n ei so p e r a t i o na n dc o n t r o lp a r t , o n ei ss i g n a l a d j u s t e rp a r t , o n ei si g b td r i v i n gp a r t 1 1 l eo p e r a t i o na n dc o n t r o lp a r ta d o p t st h ec o m b i n e dm o d e o f t m $ 3 2 0 l f 2 4 0 7a n dl p c 2 】0 4 k e y w o r d s ：p o w e rq u a l i t yp r o b l e m ；v a rc o m p e n s a t i n g ；t r i n o m i a lt o u rl i n e sp a t t e r n ；s p e c i a l v e c t o rm e t h o d ；e m u l a t i o n a lw a v e ；d s p ；a r m ；1 1c u s - i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果尽我所知，除了中文特别加以标注和致谢外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本 人电子文档的内容和纸质论文的内容一致。除在保密期内的保密论文外，允许 论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公 布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理 一躲哗一名：蜱眺剐 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 电能质量问题的普遍性 第一章绪论 根据国际电气与电子工程师协会( i e e e ) 的定义【1 】所谓的电能质量就是指给敏感设 备以合适该设备的电力供应及接地方式。如果电力供应及接地方式满足敏感设备要求，称为 电能质量符合敏感设备要求，否则就存在电能质量问题。国内的专家认为电压，电流或频率 的偏差，造成用户设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题。 全世界大约3 0 的主要一次能源用来产生电能，而电能已经广泛用于社会生活的各行 各业。因此，我们可以想象，用电设备种类之多，数量之大。其中，各种类型的电机消耗了 大部分的电能，而电机属非线性负荷，会消耗大量感性无功，造成用户端电压下降，形成一 系列的电能质量问题。随着工业的进步，又接连不断地出现各种非线性和冲击性负荷，如电 解铝电源装置、电解食盐直流电源、电弧炉电源以及中频电源等及其他电力电子设备，不停 电电源、变频器、电焊设备、新能源逆交装置以及电气化铁路的牵引电源等，这些均是造成 电能质量问题的源头。而对其它对电能质量要求较高的用电设备而言，这又是一个广泛存在 的电能质量问题。如在现代化生产中广泛应用的各种自动化生产线，以微机处理器为核心构 成的各种电气设备，精密加工工业，机器人等先进技术，它们的正常运行取决于高质量的供 电，等等。所以，几乎可以说，在用到电的地方就存在电能质量问题，因此，研究和改善电 能质量具有重大的现实意义。而且要一直坚持下去，做到与时俱进1 1 1 2 电能质量问题呈现出的两个新特点 a ：以前的电能质量问题主要来源于系统侧，而现在用户端大量非线性负荷的应用正成 为电能质量恶化的重要因素。例如低压小容量家用电器到高压大容量的工业交直流变换装置 中存在的各种静止变流器，大型电弧式设备等。所以，用户负荷正成为电能质量问题尤其是 各种新的电能质量问题的主要来源“j 。 b ：电能质量问题的形式发生了较大的改变。通常的电能质量问题( 如谐波，三相不对 称等) 继续存在，而且严重性正在增加。值得注意的是近年来人们逐步将传统的供电中断t 电压长时间偏高或偏低等问题归于供电质量问题，从狭义上讲这些不属于电能质量问题。现 在人们更多关心的是所谓动态电能质量问题，如持续时间为周波的动态电压升高( s w e l l s ) ， 脉冲( i m p u l s e ) ，电压跌落( s a g s ) 和瞬时供电中断( m o m e n t a r yi n t e r r u p t i o n s ) 等。常见的 电压质量问题波形见图1 一l ： 东南大学工程硕士毕业论文 八叭认 断电 电压增大 脉冲 m 咿w 电压减小 电压闶变 图1 - 1 几种动态电能质量问题的波形示意图 这些都是近年来随着社会信息化的日益广泛而逐步暴露出来的新的电能质量问题形式。 而且这些电能质量问题出现的次数已经超过了供电质量问题，一相针对苏格兰某地区用户反 映的供电质量和电能质量问题所做的统计如图1 - 2 ： 供电中断 3 0 m i n 供电中断 3 0 m i n 供电中断 专 各种 电谖 i c 负载 专 嚣 专 - 一 s n j n 山孚釜个星个星个 三相四线制 静止无功 发生装置 图4 - 1 各参数空间相对位置示意图 以下对电源和负载的1 8 种不同组合情况进行可波形仿真，从1 8 种情况的仿真结果可以 看出，电源侧电流相位在经过补偿后与电网电压相位基本一致，即线路功率因数接近1 。零 线电流补偿后也基本为0 。对最后负载为整流桥的情况，除了无功得到较好补偿外，由整流 桥负载造成的电流谐波也得到较好抑制。这1 8 种情况是：分四个大类，电源无内阻且三相 电压对称、电源无内阻但三相电压不对称、电源有内阻且三相电压对称和电源有内阻但三相 电压不对称，这里的是否对称是指电压幅值是否相等，设相位都是相差1 2 0 。每个大类有 四个小类，即阻感性对称负载、阻感性不对称负载、阻容性对称负载和阻容性不对称负载。 最后还对另外两种情况作了仿真，它们是阻感性负载随机变化和整流桥负载。波形图的横轴 为时间，单位是秒。 3 3 - 东南大学工程硕士学位论文 4 1 电源理想对称 4 1 1 阻瘟性对称负载 v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流： i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止 无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流；i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c r e f ，i f n _ r e f 意为装 置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的 相对位置关系参见图4 - 1 。 ( 8 ) 弱莽邕= 薹置= 写 i 卜、4i 警赢1 志丽巧击彳飘蠡f 雨扬f 京t ： 3 8 产监 ； h 尸 豫塘1 素露丽燎而素河虿蚓 3 8 芦坐旦_ _ 4 八日八刊 哿矗1 悉瑟忑击虿西1 南f 酮删 黯芦塑l m 1 卜_ 日导卜叫叫 强矗1 凶薅瓦毒飘矗丽百删 ( c )( d ) 图4 _ 2 电源理想对称且负载为对称阻感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；该情况下零线电流为0 。 - 3 4 - gi$曩|2j繁喜霉日。嚣：萋，hl茹，i每爹_攀；潮一溯。w。勰。#罐：。勰繇 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 毛1 2 阻感性不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接0 0 0 3 h 的电感。v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为 负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ _ r e f 。i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - l 。 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 图4 - 3 电源理想对称但负载为不对称阻感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度：( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于在0 0 8 秒时负载不对称， 故负载侧和补偿的零线电流不为零，但补偿后基本为零，见图( c ) 最后一波形。 - 3 5 - 东南大学工程硕士学位论文 4 1 3 阻容性对称负载 y a ，v b 。v c 意为电网三相电压；l a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流 i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止 无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流；i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f nr e f 意为装 置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的 相对位置关系参见图4 一l 。 ( b ) 甏3 8 i 世1 9 世蘸r 上二= 纛匕则 8 帮矗飞d 丽露南葺1 矗丽霭硅露赢0 0 3 a 够 淖83 8 o 磴 。十b 3 舄 恶留 ( b ) 襄声=j壤l t ； _ b b 日日qi 基。壤。曼撬g 瞧篷b 夔侈n 8 8 襄霹i _ i d 匿 ( c )( d ) 图4 - 4 电源理想对称且负载为对称阻容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；该情况下各零线电流均为0 。 - 3 6 - s藿缆ig 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 1 4 阻容性不对称负载 在o 0 8 秒时a 相突然串接上3 4 0 0 f 的电容。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f b r e f ，i f c _ r e f ，i f nr e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - l ( a ) ( b ) ( c )( d ) 图4 电源理想对称但负载为不对称阻容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( ”和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于在0 0 8 秒时负载不对称， 故负载侧和补偿的零线电流不为零，但补偿后基本为零，见图( c ) 最后一波形。 - 3 7 - 东南大学工程硕士学位论文 4 2 电源理想不对称 4 2 1 阻感性对称负载 a 相电压为2 5 0 v 。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及 零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f e ，i f n 意为三相 四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f nr e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - l 。 ( a )( b ) ( c )( d ) 图4 _ 6 电源理想不对称但负载为对称阻感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图。可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电压不对称，故零线电流 不为0 ，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 3 8 - 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 2 2 阻感性不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接0 0 0 3 h 的电感。a 相电压为2 5 0 v 。v a ，v b ，v c 意为电网三相电压； i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零 线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电 流；i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到 的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 _ 1 。 ( a ) ( c ) ( d ) 图4 呵电源理想不对称且负载为不对称阻感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电压和负载都不对称，故 零线电流不为0 ，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 3 9 东南大学工程硕士学位论文 4 2 3 阻容性对称负载 a 相电压为2 5 0 v 。v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i e ，i n 意为负载侧三相电流及 零线电流；i s a ，i s b ，i s e ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相 四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f ar e f ，i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图 1 。 ( a ) 0 3 8 产塑 i 卜日_ 昏叫i l o 憾3 攫i 。9 。0 1 6 2 臻o = e $ 8 ；8 r 翱q 霹r g 露嗡f ( b ) 雾磊墅鲨! 兰= 翟 ； 八、八尸筻 o 。哿b 飞耐韶霭南虿丽蠡霸踊蠹爵嗝事 3 8 产幽匕- 篮匕垒型 爷蒜1 忍瑟奄奄f 丽商死耐删 ：昆蓬；。i 乏全型1 。j j j i _ ” ( c ) ( d ) 图4 _ 8 电源理想不对称但负载为对称容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于l ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电压不对称，故零线电流 不为0 ，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 4 0 褥罐姗。溯#：裙：m女#锄貔 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 2 4 阻容性不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接3 4 0 0 u f 的电容。a 相电压为2 5 0 v 。v a ，、r b ，v c 意为电网三相电 压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s e ，i s n 意为电源侧三相电流 和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零 线电流；i f a _ r e f ，i f o _ r e f ，i f cr e f ，i f n _ _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算 得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - l 。 ( a ) ( b ) ( c )( d ) 图4 _ 9 电源理想不对称且负载为不对称容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度 ( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于负载和电压都不对称，故 零线电流不为0 ，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 4 1 - 东南大学工程硕士学位论文 4 3 电源有内阻对称 4 3 1 阻寤性对称负载 设每相电源电阻r = o 2 q ，l = o 0 0 0 3 h 。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意 为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f br e f ，i f c _ r e f ，i f n r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 一l 。 ( a ) 气m d 5b 援 z09 7 00 8 680 9 90 1 ；告锅。心蝥 氏尸涮 0 5 。 0 6 20 鞋7 毒o0 8 6 露0 9 89 1 - 岳i - - v c + ，世褥0 垆v 训 0 50 0 6 2b0 7 4d0 8 68 0 9 8 - 0 1 i ( b ) 翻3 8 饕 ； 塑蔼 ( c )( d ) 图4 - 1 0 电源有内阻对称且负载为对称感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于l ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；各部分零线电流都为0 。 - 4 2 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 3 2 阻感性不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接0 0 0 3 h 的电感。v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为 负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f b r e f ，i f c _ r e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 _ l 。 ( a ) ( b ) (c)(d) 图4 _ 1 1 电源有内阻对称且负载为不对称感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于l ；( b ) s n ( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于在0 0 8 秒时负载不对称， 所以零线电流不为零，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 4 3 东南大学工程硕士学位论文 4 3 3 阻容性对称负载 v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流； i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止 无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流；i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c r e f ，i f n _ r e f 意为装 置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的 相对位置关系参见图4 - l 。 ( a ) ，u v ( b ) ( c )( d ) 图4 _ 1 2 电源有内阻对称但负载为对称容性时各电流电压波形 ( 8 ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流：该情况下各零线电流为0 。 - 4 4 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 3 4 阻容性不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接3 4 0 0 l jf 的电容。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压；i a i b ，i c ，i n 意 为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f b r e f ，i f cr e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - 1 。 (c)(d) 图4 - 1 3 电源有内阻对称且负载为不对称容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度：( c ) 为补偿后电m - - 相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于l ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于在0 0 8 秒时负载不对称， 所以零线电流不为零，但补偿后零线电流基本为0 ，参见( c ) 最后一个波形。 一4 5 东南大学工程硕士学位论文 4 4 电源有内阻不对称 4 4 1 阻感性对称负载 设每相电源电阻r = o 2q ，l = o 0 0 0 3 h ，a 相电压为2 5 0 v 。v a ，v b v c 意为电网三相电 压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流 和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零 线电流；i f a _ r e f ，i f br e f 。i f c r e f ，i f n r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算 得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图 1 。 ( a )( b ) (c)(d) 图4 - 1 4 电源有内阻不对称但负载为对称感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流：由于电源不对称，所以零线电 流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 4 6 - 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 4 2 阻感不对称负载 在0 0 8 秒时a 相串接3 4 0 0 u f 的电容。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意 为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f br e f ，i f c _ r e f ，i f nr e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 _ 1 。 ( a ) ( c )( d ) 图4 - 1 5 电源有内阻不对称且负载为不对称感性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电源和负载都不对称，所 以零线电流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 4 7 东南大学工程硕士学位论文 4 4 3 阻容性对称负载 v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a ，i b ，i c ，i n 意为负载侧三相电流及零线电流； i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止 无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流；i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c r e f ，i f n r e f 意为装 置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的 相对位置关系参见图4 1 。 ( a ) 髟m d 500 6 28 0 7 毒8 0 8 60 0 9 8 吼 ；￥睁。”心壁。 氏尸蜘 b s8 0 6 2 拄8 7 400 8 80 0 9 8b 1 - - e f - v c + s e 伊训 惦嚣0 6 200 幸口0 8 8o 0 9 8o 一一一一 j _1 ( b ) ( c )( d ) 图 1 6 电源有内阻不对称但负载为对称容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于l ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流：由于电源不对称，所以零线电 流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 4 8 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 4 4 阻容性不对称负载 在o 0 8 秒时a 相串接3 4 0 0 1 1 f 的电容。v a ，、，b ，v c 意为电网三相电压 i a ，i b ，i c ，i n 意 为负载侧三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流； i f a ，i f b ，i f c ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i f b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f n _ r e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图4 - l o ( c )( d ) 图4 - 1 7 电源有内阻不对称且负载为不对称容性时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，容性负载引起电流超前电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电源和负载都不对称，所 以零线电流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形t 4 9 东南大学工程硕士学位论文 4 4 5 三相负荷随机变动 a 相电压为2 5 0 v ，负载不对称：a 相r = 0 9 q ，l = 0 0 0 3 h ，在t = 0 0 8 s 时串接0 0 0 4 h 的电感；b 相r = 0 9 q ，l = 0 0 0 2 h ，在t = 0 0 6 s 时串接0 0 0 5 h 的电感，在t = 0 1 s 时切除； c 相r = 0 9 0 ，l = 0 0 0 4 i 1 ，在t = o 0 7 s 时串接0 0 0 6 h 的电感，在t = o 0 9 s 时切除。 ( a ) 藕蓊 磊3 8 芦塑美l 疆 卜u 卢卅i 扣蔼知飞击豇感两矾百铡t ! 器83 9 产些旦l t ， ；h 旷 霹i 挚帮旨百蠡弼亩翻素雨刊爵耐t 专8 产堕避盘d ； 、卢日氐刖l i 哿矗_ 丽拓f 丽彝可可彘矿函矧裔 蔫56 3 8 产塑显l “鼍 卜 厂卧叫l 趣毪k 疆蠡颡壶弱确露蚓羹 ( 妨 ( c )( d ) 图4 - 1 8 电源有内阻不对称且三相负载随机变动时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，感性负载引起电流滞后电 压一较大角度；( c ) 为补偿后电网三相电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功 率因数接近于1 ；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流；由于电源和负载都不对称，所 以零线电流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形。 - 5 0 第四章三相四线制静止无功发生装置仿真研究 4 4 6 整流桥负载 a 相为2 5 0 v ，负载为整流桥。v a ，v b ，v c 意为电网三相电压；i a , i b ，i c ，i n 意为负载侧 三相电流及零线电流；i s a ，i s b ，i s c ，i s n 意为电源侧三相电流和零线电流；i f a ，i f b ，i f e ，i f n 意为三相四线制静止无功发生装置实际补偿的三相电流和零线电流； i f a _ r e f ，i v b _ r e f ，i f c _ r e f ，i f nr e f 意为装置通过采集电网的电流电压信号经计算得到的 三相和零线的参考补偿电流。它们在空间上的相对位置关系参见图p 1 ( c )( d ) 图4 - 1 9 电源有内阻不对称且三相负载为整流桥时各电流电压波形 ( a ) 为补偿前电网三相电流与对应相电压波形图，可以看出，电源的感性内阻引起电流 滞后电压一较大角度，而且由整流桥负载引起的电流波形严重畸变；( c ) 为补偿后电网三相 电流与对应相电压波形图，二者相位基本一致，即功率因数接近于1 ，且波形接近正弦波， 达到了抑制谐波的目的；( b ) 和( d ) 分别是各参考和实际补偿电流：由于电源不对称，所以 零线电流不为0 ，但补偿后零线电流接近于0 ，参见( c ) 最后一个波形。 5 1 东南大学工程硕士学位论文 4 5 装置在配网中应用效果仿真分析 4 5 1 补偿盛性负载产生的无功 初始电网无功为0 ，在0 1 秒时突然加上一定的感性无功，在0 4 秒时切除，仿真时间 为0 - - 0 5 秒。效果波形图如4 - 2 0 所示。 ( a ) ( b ) 图4 - 2 0 电网中感性无功功率和实际补偿无功功率波形 ( a ) 为电网感性无功功率( 参考无功功率)