必须保持平衡。要想维持负荷电压水平，就必须供给相应于该电压水平无功功率。从根本上说，要维持整个系统电压水平，就必须有足够无功电源来满足系统中负荷对无功功率要求和补偿无功功率损耗。如系统无功电源不足，则会使电网处于低电压水平上无功功率平衡，即靠电压降低来减少负荷吸收无功功率以弥补无功电源不足。同样，如果由于电网缺乏调节手段使段时间无功功率过剩，也会造成整个电网运行电压过高。无功补偿意义对电力系统中无功功率进行快速地动态补偿，可以实现如下功能啪对动态无功负荷功率因数校正提高电力系统静态和动态稳定性，阻尼功率振荡降低过电压绪论减少电压闪烁阻尼次同步振荡提高供用电系统及负载功率因数，降低设备容量，减少功率损耗稳定受电端及电网电压，提高供电质量在长距离输电线中合适地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统稳定性，提高输电能力在电气化铁道等三相负载不越独创性声明秉承祖国优良道德传统和学校严谨学风郑重申明本人所呈交学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作及取得成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢地方外，论文中不包含其他人研究成果。与我同工作同志对本文所论述工作和成果任何贡献均已在论文中作了明确说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担切相关责任论文作者签名鏊暨刭访讳毕月乙日学位论文使用授权声明本人逖!醴在导师指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文答辩并已经在西安理工大学申淆博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权西安理工大学拥有学位论文部分使用权，即已获学位研究生按学校规定提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印缩印或其他复制手段保存研究生上交学位论文，可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索为教学和科研目，学校可以将公开学位论文或解密后学位论文作为资料在图二棒馆资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读浏览。本人学位论文全部或部分内容公布包括刊登授权西安理工大学研究生部办理。保密学位论文在解密后，适用本授权说明论文作者签名到导师签名藿鹪年乒月卫日绪论绪论本课题研究背景配电系统位于电力系统终端，是电力系统中与分散用户直接相连部分，同时也是对人类社会生活变化最为敏感部分。近年来，配电网中整流器电弧炉变频调速装置电气化铁路等负荷快速增长，大多数电力电子装置功率因数较低，给电网带来额外负担，使电能质量下降，影响电网及用户设备安全和经济运行。另方面，随着现代工业技术不断发展和计算机技术广泛应用，用电设备对电能质量更加敏感。低劣供电质量将导致低劣产品质量，特别是在重要工业生产过程中，供电突然中断将会带来巨大经济损失。因此，广大用户对供电质量提出了比以往更为严格要求。尽管可采用传统方法提高电能质量，但都投资多损耗大，而效果不理想，不能满足用户所需电能质量要求Ⅲ。研究容量大响应速度快无功补偿装置来抑制系统电压波动及闪变，有效提高电力系统安全性和改善供电质量成为国内外电力系统行业重点课题之。无功功率简介在正弦电路中，无功功率指当平均功率为零时，在电源和储能元件之间来回交换变动功率，无功功率并不是无用功率，而是在电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少功率之，无功功率经不同电磁耦合反映不同电压等级，同等级电压电网中，电压高低直接反映本级无功平衡，它是电能质量重要指标之。功率因数是有功功率和视在功率比值，由电压和电流之间相角差决定在非正弦电路中，有功功率视在功率和功率因数定义均和正弦电路相同。有功功率仍为瞬时功率在个周期内平均值。而无功功率情况比较复杂，至今没有被广泛接受科学而权威性定义。目前常见有三种形式罗，石。其中，均称为无功功率为视在功率为有功功率。，。，钆分别为次谐波电压电流相角次电压相角和次电流相角差值。为基波电流产生无功功率广雩为谐波电流产生无功功率簋在公共电网中，通常电压波形畸变都很小，而电流波形畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波电流波形为非正弦波时情况有很大实际意义。对于式，无功功率只是反映了能量流动和交换，并不反映能量在负载中消耗。在这点上，它和正弦电路中无功功率最基本物理意义是完全致。因此，这西安理工大学硕士学位论文定义被广泛接受。但是，这定义对无功功率描述是很租糙。它没有区别基波电压电流之间产生无功功率同频率谐波电压电流之间产生无功功率，以及不同频率谐波电压电流之间产生无功功率。也就是说，这定义，对于谐波源和无功功率辨识，对于理解谐波和无功功率流动，都缺乏明确指导意义。这定义也无助于对谐波和无功功率检测和管理。对于式是由同频率电压电流正弦波分量之间产生。在正弦电路中，通常规定感性无功功率为正，容性无功功率为负。把这规定引入非正弦电路，就可能出现些很不合理现象。同个谐波源有可能些次谐波无功功率为感性无功功率，而另些次谐波无功功率为容性无功功率，从而出现两者相互抵消情况。而实际上，不同频率无功功率是无法相互补偿，这种相互抵消是不合理。在这里已没有度量电源和负载之间能量交换幅度物理意义了。尽管如此式，定义可看成正弦波情况下定义自然延伸，它仍被广泛采用。对于式，总功率包括由基波有功电流产生有功功率，由基波无功电流产生无功功率以及由谐波电流产生无功功率三部分。如此，总电流也可以看成由三个分量，即基波有功电流基波无功电流和谐波电流组成。式在工程上得到广泛应用。无功功率平衡及无功补偿意义无功功率平衡无功功率平衡是指在电网运行中每时刻，所有无功电源发出无功功率要等于所有负荷所消耗无功功率以及系统中各个环节上无功功率损耗总和。与系统中有功功率损耗相比，无功损耗要大多，这是因为高压线路变压器等值串联电抗要比电阻大多，变压器励磁无功损耗也比励磁有功损耗大多。系统中有功损耗般占负荷功率百分之几，而系统中无功损耗与无功负荷大小是差不多，无功电源发出无功功率大致半是供给负荷，而另半是补偿线路变压器中无功功率损耗。因此，电网需要无功功率仅靠发电机供给是远远不够，需要装设大容量无功补偿设备。如同有功功率平衡样，电力系统无功功率在每时刻也必须保持平衡。要想维持负荷电压水平，就必须供给相应于该电压水平无功功率。从根本上说，要维持整个系统电压水平，就必须有足够无功电源来满足系统中负荷对无功功率要求和补偿无功功率损耗。如系统无功电源不足，则会使电网处于低电压水平上无功功率平衡，即靠电压降低来减少负荷吸收无功功率以弥补无功电源不足。同样，如果由于电网缺乏调节手段使段时间无功功率过剩，也会造成整个电网运行电压过高。无功补偿意义对电力系统中无功功率进行快速地动态补偿，可以实现如下功能啪对动态无功负荷功率因数校正提高电力系统静态和动态稳定性，阻尼功率振荡降低过电压绪论减少电压闪烁阻尼次同步振荡提高供用电系统及负载功率因数，降低设备容量，减少功率损耗稳定受电端及电网电压，提高供电质量在长距离输电线中合适地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统稳定性，提高输电能力在电气化铁道等三相负载不无装置研制功电流，还可以在短时间内为系统提供有功支撑，这是传统无功补偿装置所无法比拟。电压源变换器接电抗器工作在传统闭环状况下波形誓绺。甜印撺畸味驰!激渗姒!娃图装置给定零无功电流启动波形由图可以看出，从。时刻开始装置电流较大，且几乎与联接点系统电压同相，可见此时主要是装置吸收有功功率从而提高直流侧电压，由于在直流电容器支路串接有限流电阻，故此过程持续时间较长，大约五个基波周期，到时刻直流侧电压稳定。图装置发出无功电流启动过程图中装置发出无功电流启动过程波形图，从时刻装置开始运行，由电压电流相位可以看出装置吸收纯有功电流时间大概个周波时间，直流侧电容器充电到给定值附近时装置开始发出无功电流，故电压电流相位不再是完全同相，而是电流相位超前于电压相位。经过数个基波周期时间调整，电流将在相位上超前于电压。图装置发出无功电流到吸收无功电流过程传统闭环西安理工大学硕士学位论文图装置吸收无功电流到发出无功电流过程传统闭环图图为装置在传统控制策略下动态调节过程波形。图中时刻装置给定无功电流指令由发出无功电流转变为吸收无功电流，经过大概个基频周波时间调整，到时刻电流相位基本满足要求，滞后电压，同时应该看到，时刻此电流幅值还没有达到给定值，还要继续增大图中对刻装置给定无功电流指令由吸收无功电流转变为发出无功电流，也是经过大概个基波时间调整，到时刻电流相位基本满足要求，超前电压，时刻此电流幅值也还没有达到给定值，还要继续增大。可以看到采用传统控制速度偏慢。与采用连接电抗器时电流波形相比较，连接电抗器调节时间相对较长，同时看到采用连接电抗器时电流波形平滑度要好些，即电流谐波成分较小，这对装置研制过程中连接电抗器选取有定参考价值。电压源变换器接电抗器工作在电流预测闭环状况下波形蕊签氨瓣藕!!鬈鞭段艨及墨忍!ⅪⅥ,薛斌遗栌栌瞵。图装置发出无功电流到吸收无功电流过程预测装置研制图装置吸收无功电流到发出无功电流过程预测川采用无功电流预控制策略后，可以看出装置动态响应时间明显加快，可见本文介绍无功电流预控制方法有定效果。总结和展望总结和展望总结本文在分析工作原理基础上，利用开关函数法建立了装置数学模型分析了非正弦电路中无功功率各种定义，指出本装置主要用来补偿基波无功电流，本文基于改进型瞬时无功功率理论方法检测基波无功电流对采用无功电流传统控制和预测控制两种控制方法分别进行了双变量协调控制实验装置触发脉冲产生应用调制方法。对装置硬件电路和软件程序进行了分析和设计，采用以数字控制器砣为核心控制系统，搭建了实验平台。在该系统下做了开环实验，了解装置工作特性，与理论分析作了比较，装置性能基本能够达到实验要求在开环基础上做了闭环实验，进步做了传统调节器控制双变量协调控制策略实验，结果表明系统运行良好基于预测无功电流非线性控制，直流侧电压采用传统调节器控制方法进行了改进实验，此方法可进步提高装置动态性能实验过程中先后使用了两个连接电抗器分别进行了实验，并对它们实验结果进行了比较，比较结果对以后装置设计过程中连接电抗器选取具有重要参考价值。不足之处本文设计装置动态性能可进步提高，可以考虑对直流侧电压采用预狈控制方法，在做完此项工作基础上可考虑使装置能补偿负载无功滤除谐波，即经过装置补偿后，连接点处电流只有基波有功电流分量，在增大容量和降低谐波含量方面可考虑使用三电平电压源变换器。而且可考虑使用电流直接控制方法进行试验，进步提高装置动态性能。致谢致谢本论文是在钟彦儒教授和张辉教授悉心指导下完成，两位导师在我课题选题研究，实验装置搭建，实验过程指导，论文撰写方面给予了严肃认真指导和监督，倾注了大量心血。实验过程中作者曾多次遇到困难，两位导师总是能够在百忙中抽出时间进行耐心指导。在论文撰写过程中，两位导师也给予很多关键性指导和建设性建议，使我在撰写论文时受到了很大启发，对以后工作和生活也产生了很大影响和帮助。非常感谢电气系各