高压SVC控制方法与数字触发技术研究

论文摘要

随着社会经济的快速发展,电网的谐波污染和无功缺额越来越严重。大功率冲击型负载、不对称负载、非线性负载的出现更是加剧了这一问题的严重性。电力系统的稳定和可靠运行越来越受到严峻的考验。随着电力系统规模及容量的扩大以及电力电子技术的变革,高压交直流输电和柔性输电逐渐成为了电力领域研究的热门课题。近年来国内外多次出现的大规模停电故障提醒人们,现代电网中必须留有足够的动态无功备用,必须提供动态的电压支撑。近10多年来,我国自主研制的高压静止无功补偿设备已经用于输配电系统中,但是受到技术和成本的限制,还远远没有得到应用推广。本文中对控制方法和数字触发技术的研究对高压SVC的在我国应用推广有着积极的意义。本文根据系统各支路电流之间的相量关系建立了SVC的相量模型,并据此推导出一种基于矢量分析的补偿导纳计算方法。通过进一步研究与探索,给出了该方法在主电路参数优化设计中的应用,并举例进行了说明。然后根据矢量模型制定出了补偿导纳计算的控制模型,并结合带可变环宽滞环控制器的电压控制模块和功率因数校正模块,给出了一种可以补偿电网不平衡电流的、可进行控制模式切换的综合控制器。用PSIM6.0搭建主电路及控制系统仿真模型,仿真结果显示,该控制方法可以较好地满足系统动态调节在速度性与精确性方面的要求。本文对晶闸管阀的数字控制与高压触发技术作出了深入研究,主要设计了光电触发与监测系统中的两个关键设备——阀基电子单元与晶闸管电子电路。主体设计思路为:先根据标准与用户要求制定电子电路功能与结构,然后据此进行软件与硬件的设计。本文还采取了一系列措施对设备作出了高压绝缘与防电磁干扰设计。为验证高压阀组及触发监测系统的功能完整性和控制策略可靠性,构建了TCR+PF型高压SVC样机,并进行了一系列验证及调节试验。试验结果表明,所设计的触发监测系统能够稳定工作,长时间运行未出现故障。控制系统可以较好地满足调节要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 研究SVC 的目的和意义
• 1.1.1 电能质量的概念
• 1.1.2 柔性交流输电概述
• 1.1.3 静止无功补偿器概述
• 1.1.3.1 SVC 拓扑结构
• 1.1.3.2 SVC 补偿原理
• 1.1.3.3 SVC 补偿特性
• 1.2 国内外SVC 研究现状综述
• 1.2.1 国际国内面临现状
• 1.2.2 并联无功补偿技术的发展与 SVC 研究现状
• 1.2.3 高压阀组触发与监测技术的研究现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 第2章 矢量分析法与 SVC 设计及控制策略
• 2.1 SVC 补偿原理与简化模型
• 2.1.1 系统功率分析
• 2.1.1.1 平衡系统中功率分布情况
• 2.1.1.2 不平衡系统中的功率分布
• 2.1.2 SVC 动态补偿的数学模型
• 2.2 矢量分析法的原理与数学模型
• 2.3 矢量分析法与主电路设计
• 2.3.1 SVC 主电路设计方法
• 2.3.2 矢量模型在主电路设计中的应用
• 2.4 基于矢量分析法的控制系统设计
• 2.4.1 SVC 不平衡综合补偿控制方法
• 2.4.2 控制系统的仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 SVC 数字控制及高压触发接口的研制
• 3.1 数字控制与高压触发系统结构
• 3.1.1 晶闸管阀触发系统的基本要求
• 3.1.2 晶闸管阀监测系统的基本要求
• 3.1.3 电磁触发与监测系统简介
• 3.1.4 光电触发与监测系统简介
• 3.1.5 光电转换原理与光信号编码规则
• 3.2 晶闸管电子电路（TE）的设计
• 3.2.1 晶闸管电子电路（TE）的功能与结构
• 3.2.2 晶闸管电子电路（TE）各模块的设计
• 3.2.3 晶闸管电子板（TE）的电磁兼容设计
• 3.3 阀基电子单元（VBE）的设计
• 3.3.1 阀基电子单元的结构和功能
• 3.3.2 阀基电子单元（VBE）的硬件设计
• 3.3.3 阀基电子单元（VBE）的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 高压SVC 系统构建与实验研究
• 4.1 高压SVC 样机研制
• 4.1.1 主电路设计
• 4.1.2 控制系统与触发监测系统
• 4.2 系统实验与实验结果
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间的主要研究成果