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电力是现代社会必不可少的一种主要能源。随着现代电力电子技术的飞速发展,尤其是电力电子装置在电力系统各个工业部门的广泛应用,对电力系统安全、稳定、经济运行构成了潜在的威胁,严重影响电能质量,甚至危害到电力系统的安全运行。一方面,导致了用电质量的下降和电能的耗费。另一方面,也对电能质量提出了较高的要求,必须采用一定的措施对输配电网络中所需的无功功率进行补偿,从而提高功率因数和电能质量。因此,无功补偿技术应运而生。本文在对国内外相关无功补偿技术和无功补偿控制方式的发展现状和方向总结的基础上,总结本实验室已有相关技术,以基于可变电抗的静止无功补偿器为基础,设计智能控制器,从而动态控制对无功功率的补偿。主要研究内容包括:
⑴阐述了基于可变电抗器的无功补偿器,它包括固定电容器、可变电抗器以及智能控制器三部分。这种无功补偿器在传统的无功补偿器的基础上进行了结构创新,将可变电抗变换器分为原边和副边线圈,通过改变副边线圈的阻抗,来改变原边线圈的阻抗,从而实现阻抗变换。详细分析使用SCR作为功率变换器核心元件的无功补偿器,就其完全关断、完全导通以及部分导通三个工作状态论述无功补偿器的工作原理。以此为基础,进行智能控制器的方案选择和结构设计。通过分析比较,选择PLC+PFGA的控制方案,并确定控制器整体结构。
⑵设计控制器的硬件电路,对控制系统中使用的PLC以及PFGA进行介绍与具体器件的选择,经过分析比较选择CPU313C以及Spartan-IIE作为智能控制器的核心器件。设计输入输出通道,晶闸管触发脉冲产生电路,以及同步信号电路、缺相保护电路等相关的保护与辅助电路的设计。在完成硬件设计后,进行智能控制器软件设计。分别编写PLC与PFGA程序,通过仿真验证程序编写的正确性。
⑶使用Matlab/Simulink搭建静止无功补器仿真模型,在“由下到上”仿真思路的指导下,首先构建各个仿真模块,并对重要模块进行仿真,验证设计的正确性。通过典型时刻的仿真波形对比验证设计的智能控制器能很好的满足动态补偿无功功率的目的。