【正文】 無功補(bǔ)償設(shè)備。 SVG可以分為電壓型和電流型兩種類型，直流側(cè)分別采用電容和電感作為儲能元件。 1979年日本三菱公司和關(guān)西電力推出世界上第一臺采用晶閘管強(qiáng)迫換流的 20Mvar的強(qiáng)迫自換向的橋式 SVG裝置并網(wǎng)運(yùn)行，隨著電力電子器件的發(fā)展，尤其是高壓功率門極可關(guān)斷晶閘管 GTO等自關(guān)斷器件開始達(dá)到可用于 SVG中的電壓和電流，并成為 SVG的自換相橋式電路中的主力，才極大的推出了 SVG的開發(fā)和利用。 1995年，清華大學(xué)和河南省電力局共同研制出我國首臺作為工業(yè)試驗裝置的 177。但 SVG 具有調(diào)節(jié)速 度更快且不需大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量小， 以及 同容量占地面積小等諸多優(yōu)點(diǎn)， 鑒于此， 其優(yōu)越性能必將使其成為未來無功補(bǔ)償設(shè)備的重要發(fā)展方向。此外，對于那些以補(bǔ)償輸電為目的的 SVG 來講，如果直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其他的直流電源，則 SVG還可以在必 要短的時間向電網(wǎng)提供一定量的無功功率。 2．矢量控制相關(guān)的基本理論 PWM 整流器的基本原理 三相 PWM 整流器的主電路如圖 21 所示。 圖 2– 1 三相 PWM 整流器主電路 交流側(cè) a 相等效電路如圖 22 所示。此時，是理想的逆變狀態(tài)，將直流電源變成交流電，回饋電網(wǎng)。這兩個分量是直流量，經(jīng)坐標(biāo)變換后變成三相交流量。顯然， E 在 q 軸上的分量 Eq=0 ， Ed=E。無功分量期望值 iq*取決于期望的功率因數(shù)角 φ *。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 11 A C D RA C Q RL? L?*di *qi + dE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步*dudu *pqu*pduup a*up b*up c*+id 、iq檢 測~UdUd檢 測?E d 檢 測idiqia , b , c*?tgL++ 圖 26 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電壓閉環(huán)、電流開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不要檢測交流電流、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、存在的缺點(diǎn)是電流有功分量 id、無功分量 iq的響應(yīng)比較慢，影響整流器的動態(tài)抗擾性能。 UG的正跳為 ? 的起始點(diǎn)。 2）無功補(bǔ)償控制器部分：補(bǔ)償控制器的作用是根據(jù) 電壓檢測、電流檢測電路以及同步電路，由一系列運(yùn)算得出 電力系統(tǒng)的瞬時 有 功功率 P和 瞬時無功功率 Q，再由 期望的功率因數(shù) ??cos ，求出應(yīng)有 的無功功率 ?? ? ?tanPQ 。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。 無功動態(tài)補(bǔ)償需求量的計算 本設(shè)計的主要任務(wù)是對礦井提升機(jī)進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償，其中整個系統(tǒng)的 NP =1250KW,負(fù)??? SP?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 15 載的整流變壓器 NS =1600KVA，另外速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖 32，根據(jù)有功 功率的計算公式： （ 32） 式（ 22）中的 V為提升機(jī)的速度， eNT 為提升機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而 P為有功功率。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 17 爬行段： 4Q = NS ? ?90sin =1440KVAR 4Q 是爬行段中的無功功率。所以，能用某種方法將三相各部分總的統(tǒng)一起來處理，則因為總的看來三相電路電源和負(fù)載之間沒有無功來回往返，在總的負(fù)載側(cè)就無需設(shè)置無功儲能元件。因此，當(dāng)經(jīng)考慮基波頻率時， SVG 可以等效的視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。 在預(yù)充電時，由于直流側(cè)電容 C的容量很大，阻抗較小，直流側(cè) 在充電瞬間相當(dāng)于短路，產(chǎn)生很大的短路電流，為了限制瞬間短路電流，本設(shè)計采用了在交流電源側(cè)串 聯(lián) 限流電阻的方案。從電源控制方面考慮， dU 過低，不能完成控制 L 中電流的任務(wù)； dU 過高，會提高器件的耐壓定額 ，增加系統(tǒng)成本，同?cos3 a La E PI ?mHwP ELLa 103605023322?????????????? ?? ? %5m a xm a x ??ndmIIT H D??????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 21 時降低系統(tǒng)的可靠性。測試直流側(cè)只需很小的電容量用于保持功率器件的正常工作即可。在斷開電路時會在斷口處產(chǎn)生電弧，因此斷路器都設(shè)有專門的滅弧裝置。該光耦器件高、低壓電平傳輸延遲時間短，典型值僅為 48ns,因而在傳輸速度上完全能滿足要求 。 30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短為 33ns,從而提高控制器的實際控制能力。 （ SCI）。它能實現(xiàn)單指令乘法運(yùn)算和變址運(yùn)算。 1）存儲器 TMS320 系列 DSP 的存儲器分為 4個單獨(dú)的可選擇的空間： 64K 字的程序空間、 64K 字的本地數(shù)據(jù)空間、 32K字的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間和 64K字的 I/O 空間。外設(shè)總線最多可連接 16 個片內(nèi)外設(shè)，其工作頻率比 CPU 數(shù)據(jù)總線頻率低。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 25 7）串行通信接口（ SCI）模塊 該模塊為異步串行通信模塊，可以實現(xiàn)半雙工通信及多機(jī)之間的通信。我們只有熟練掌握它的性能及其基本知識才能更好地應(yīng)用它。如果采樣程序遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一個工頻周期的采樣次數(shù) ，說明沒有外中斷信號，整流器已經(jīng)停止工作，需要停止調(diào)制。 當(dāng)電網(wǎng)電壓一個周期結(jié)束時，統(tǒng)計采樣序數(shù)的值，即一個電壓周期的采樣序數(shù)。程序流程圖如圖 411所示。然后計算直流電壓的偏差 E 和偏差率 EC，進(jìn)行模糊化，對電壓環(huán) PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行自整定，接著進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出交流側(cè)電流的有功和無功分量給定值。為了節(jié)省硬件電路，本設(shè)計利用 DSP的功能，通過軟件編程來實現(xiàn)調(diào)制電壓和電網(wǎng)電壓的同步，因此可將其稱為軟件鎖相環(huán)。每到一個采 樣周期中斷一次，采樣序數(shù)加 1。以上功能部件使它特別適用于運(yùn)動控制和電機(jī)控制。 5）數(shù)字輸入 /輸出模塊 數(shù)字 I/O 是微處理器和外部設(shè)備聯(lián)系的接口， DSP 芯片 I/O引腳大多與其它功能模塊共享。 2）系統(tǒng)接口模塊 該模塊是為了不影響 TMS320 系列 DSP 的 CPU 數(shù)據(jù)總線的電氣性能而為外設(shè)提供支持的一個接口。 綜合這幾個方面的原因，采用 TMS320LF2407 做主控制器，既能滿足作為控制器的功能，突出技術(shù)能力又能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計算，滿足吸引的要求。 ：乘法是 DSP的重要組成部分。 10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)的轉(zhuǎn)換時間 500ns,提供多達(dá) 16位的模擬輸入，具有自動排列功能，可以同時采集最多 16 路的模擬信號，克服了其他單片機(jī)不能同時采集多路信號的缺點(diǎn)。本論文設(shè)計中采用的 DSP 型號是TMS320LF2407。本設(shè)計中采用的 IGBT 驅(qū)動電路如圖32所示： 圖 42 驅(qū)動電路圖 由 DSP微處理器中發(fā)出的六相脈沖信號，先通過光耦隔離，然后經(jīng)過驅(qū)動板 SKHI10/17,之后送到 SVG中。通過查找資料，直流側(cè)的電容容值主要取決于直流電壓的脈動大小，根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗有如下計算公式： (45) dabUUm 2?VUEUU aapad 6 86 6 ????????????????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn o s1% 1 0 0 2 ????????? ???????? ???????? ??? ?? mHwIULmd 1000232 ?????? ??? ??? KfUICdfm in?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 22 式中： fI 為逆變器的額定輸出電流方均根值； dU 為直流電壓的平均值； minF 為 逆變器的最低輸出功率； ? 為允許直流電壓頻率低峰值紋波因數(shù)； ?K 為負(fù)載位移因數(shù) 角 ? 有關(guān)系數(shù)； 本文根據(jù)工程上直接選取電容的經(jīng)驗，直接選取的容量為 1000uF 的電容。 2． 直流側(cè)電容的設(shè)計 根據(jù)三相瞬時無功功率的理論，理想情況下三相電路總的瞬時功率為各瞬 時有功功率之和，而總的瞬時無功功率之和為零，這表明各相瞬時無功功率總是在三相之間交換，在三相電源和負(fù)載之間無無功能量的來回往返，因此，對 SVG 而言，瞬時無功功率不會導(dǎo)致其交流側(cè)和直流側(cè)之間的能量交換，從而使 Ud 保持恒定。 2）交流側(cè)電流畸變率 THD要小 根據(jù)電流畸變率 可得： （ 42） 式中： maxdmI 諧波電流的最大值； m 調(diào)制系數(shù)， ?m ； nI 交流側(cè)額定電流有效值； nK 系數(shù)，取 ； dU 整流器輸出電壓； sf 開關(guān)器件的開關(guān)頻率。 主電路 主電路圖 SVG 的主電路圖如圖 31 所示， SVG 正常工作時就是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。電壓型橋式電路，還需再串聯(lián)上連接電抗器才能并入電網(wǎng)；電壓型橋式電路，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收相產(chǎn)生的過電壓的電抗器；實際上，由于運(yùn)行效率的原因，迄今投入使用的 SVG大都采用電壓型橋式電路，因此 SVG往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。 眾 所周知，在單相電路中，與基波無功功率有關(guān)的能量是在電源和負(fù)載之間來回往返的，但是在三相平衡電路中，不論負(fù)載的功率因數(shù)如何，三相瞬時的功率是一定的，在如何時刻都等于三相總的有功功率。 等速段： 2Q = NS ?30sin = NS ?=720KVAR 2Q 是等速段中的無功功率。 作為 無功動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞街唬骄a(bǔ)償方式正是基于這種理論而進(jìn)行的，根據(jù)平均的P、 Q 期望的平均功率因數(shù)，確定 ?Q ，保證在一個提升周期中的平均功率因數(shù)達(dá)到期望值。如果諧波濾波器的容性無功小于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時，則 SVG 通過檢測電路回饋的信號，會產(chǎn)生容性無功進(jìn)行補(bǔ)償；如果諧波濾波器的容性無功大于感性負(fù)載產(chǎn)生的感性無功時，則 SVG 通過檢測電路回饋的 信號，產(chǎn)生感性無功進(jìn)行補(bǔ)償 ，以保證感性無功和容性無功二者的平衡 。 因為 本課題是三相負(fù)載，所以主要對 113 次的諧波進(jìn)行抑制，由于這 1 13次的諧波所占的能量對整個諧波來說，已經(jīng)占據(jù)了絕大多數(shù)，因此應(yīng)該采取措施對這幾種高次諧波進(jìn)行抑制。 顯然， upa比 ae 滯后 ? ，這與幅相控制理論是吻合的。為提高系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，增加前饋控制環(huán)節(jié)。電壓調(diào)節(jié)器AUR 采用 PI 調(diào)節(jié)器。 d 軸相對于發(fā)電機(jī) a 相繞組軸線的夾角為 θ 。對于 up的控制方法有兩種，一是交流幅相控制，另一種是矢量控制。此時，是理想的整流狀態(tài)，將三相交流電源變成直流電源。其基波分量與電網(wǎng)側(cè)的電壓同頻率。此外，本設(shè)計還采用了 LC 諧波濾波器來濾除電網(wǎng)的濾波。大功率門極可關(guān)斷晶閘管（ IGBT）的出現(xiàn)使得電子開關(guān)逆變器的可控?zé)o功電源得到發(fā)展并進(jìn)入實質(zhì)階段。 又 由于其控制復(fù)雜，所用的全控型器件價格昂貴，所以目前還沒有普及，尤其在我國，大功率電力電子器件目前基本依賴進(jìn)口，成本太高，根據(jù)我國國情，此類裝置的實用化尚需相當(dāng)長的一段時間。 160MVA，整個容量為 320MVA?？刂破鞲鶕?jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過六個全控型開關(guān)器件構(gòu)成的三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或者容性無功。目前國內(nèi)外對 SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等控制手段也被引入 SVC控制策略，使 SVC系統(tǒng)的性能更加提高。靜止無功補(bǔ)償器是它的一個類型，靜止無功補(bǔ)償技術(shù)是 20世紀(jì) 70年代以后發(fā)展起來的，是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有發(fā)出和吸收無功電流的能力，用于提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓等。采用高性能的無功功率補(bǔ)償裝置無疑是最切實可行的方法，就地補(bǔ)償負(fù)載的感性無功功率，減少無功功率在線路上的傳輸，降低 輸配電設(shè)備上的有功功率損耗和電壓降落，提高系統(tǒng)的輸配電能力。但在低壓補(bǔ)償時，負(fù)載具有分散大，數(shù)量多的特點(diǎn)，這就要求無功補(bǔ)償裝置成本低，操作方便，易于維護(hù)和安裝，而且必須能進(jìn)行無功補(bǔ)償。在長距離輸電線路中的合適地點(diǎn)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。無功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。 目前電力系統(tǒng)中負(fù)荷功率因數(shù)偏低而且諧波污染也比較嚴(yán)重，這些問題都影響著電網(wǎng)的電能質(zhì)量。 雖然