基于模型设计的静止无功发生器的研究

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1、基于模型设计的静止无功发生器的研究第1章绪论1.1研究的背景及意义我国作为一个用电大国，在社会的生产生活当中对于电网电能的依赖已经越来越强了。随着我国工业和民用的用电负荷的增加以及相关电力设备的广泛应用，电网电能质量已经越来越引起人们重视[1]。由于大功率开关器件的发展，电能质量问题日益严重，如果任由负载的无功功率反复波动，而不采取任何无功补偿措施，则会造成设备损耗增加等问题，甚至引发故障，造成瘫痪[2]。由此可见，无功补偿作为提高电能质量的有效技术手段，有重要的研究意义。由于对无功补偿技术研究的深入和发展，无功功率补偿装置的功能得到了极大

2、的完善，作为目前先进的补偿设备，静止无功发生器（StaticVarGenerator，SVG）可连续进行补偿调节无功，响应速度快，实现准确补偿[3]。由于传统采用模拟器件搭建的控制电路过于繁杂和庞大，加上系统的检测和驱动等部分的电路，使整个系统的体积过于庞大，可靠性也不高，所以将嵌入式芯片作为静止无功发生器主控单元的开发方法应运而生，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，嵌入式芯片控制几乎已经成为目前SVG控制系统开发设计的主流方法[4]。随着嵌入式系统的开发模式的广泛应用，其不尽如人意的地方也慢慢的在工程实际中显现出来，如设计各阶段彼此

3、孤立，重复劳动严重，投资大，开发周期长；采用手工编程的方式，其效率与出错率跟编程人员的关系很大，难以控制；测试验证阶段工作量大，查错与修正的费用巨大[5]。基于模型的设计（Model-basedDesign，MBD）为研发人员提供了统一的开发环境，将所有嵌入式系统开发环节整合成一个整体，通过对模型不断的测试、验证与修改，克服传统方式的软、硬件分离等种种弊端。这种新型开发模式的出现，突破了传统开发方式的技术瓶颈，从设计到实现一气呵成，使得研发人员可以快速高效的进行嵌入式系统的开发[6]。基于上述原因，本文的目的是将基于模型的设计方法有机的融入

4、到静止无功发生器嵌入式控制系统的开发之中，通过本文的研究，完成了基于模型设计的静止无功发生器的开发，与此同时，也证明将这种新的设计方法应用于电力电子研究领域的可行性及基于模型设计方法的优越性。........1.2国内外研究现状1986年，N.G.Hingorani博士率先提出了新型输配电技术的柔性交流输电系统（FACTS）的概念。由于电力电子和计算机技术的发展，相应的装置迅速发展，大大增强了对电力系统的调节、控制手段。因响应快速、运用灵活、柔性调节等优点，如今它的技术已经作为智能电网建设的重要技术之一，广泛应用在电力系统之中[7-9]。S

5、VG是目前领先的FACTS装置，通过自换相的电力半导体开关变流器，从而实现动态补偿，发生和吸收无功，起初由于其能发生额定电流的性能与同步调相机近似，叫做静止型同步调相机，后来有人改称为静止同步补偿器沿用至今[10]，具有可连续补偿无功、控制方便、补偿精度高、响应速度快、谐波含量小、功耗低等诸多优点[10,11]。1976年，美国学者L.Gyugyi在论文中首次提出SVG无功补偿的策略，但受当时开关器件水平所限，无法现实化。1980年日本三菱电机联合关西电力公司研制出的SVG装置，尽管其主电路器件水平所限导致效果不理想，但已经有了里程碑似的意

6、义[12]。由于一定电压和电流等级的全控电力半导体器件问世，使之前只能在理论上的自换相电路进入生产生活中，这使得首台1MVA的使用GTO作为开关器件的SVG在1986年面世。1992年，日本东芝、日立和东京电力研制的2台容量为50MVA的样机并成功运行。四年之后，美国电科院、西屋电气和田纳西电力联合研制了100MVA的SVG，成功在田纳西电力系统投入运行[13]。1999年在英国EastClaydon变电站，由阿尔斯通和英国国家电网合作研制出75MVA装置投入使用，它是首台采用结构为H桥级联型，并通过四重化变压耦合的SVG。随后IGBT和I

7、GCT逐渐代替GTO，引领了SVG变流器中电力半导体器件的潮流。2000年，ABB公司使用IGBT研发出2台36MVA的SVG投入美国德州EaglePass电站使用[14]。2004年，ABB公司研制出100MVA的SVG在美国德克萨斯州Pedernales变电站投入运行。现今全球掌握该领域核心技术的主要集中在ABB、阿尔斯通这样的国外大公司，相比之下我国该领域的研究还有待提高。由此也可以看出，SVG的发展趋势是容量增大和开关器件频率增高。..........第2章静止无功发生器的系统设计2.1静止无功发生器的整体方案的确定本文所设计的基于

8、模型设计的静止无功发生器的总体方案如图2-1所示。从该框图可以看出，总体系统由四个主要的部分组成，现对系统各部分的主要功能做如下说明：其中三相电网通过电抗器连接SVG，作为其补偿