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基于级联H桥的无功发生器的研究

作　者: 何兰萍
导　师: 王清灵
学　校: 安徽理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 静止无功发生器 载波相移SPWM 多电平 级联H桥型变流器 双闭环控制 PWM整流器
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着电力电子技术的发展,电力电子装置越来越多,使用也越来越频繁,随之产生的低功率因数问题也困扰着我们。无功发生器的出现实现了动态补偿无功功率的功能,可以有效地稳定电网电压,降低设备容量,减少功率损耗。传统的静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)由于受功率器件开关频率的限制,难以达到很高的功率。为克服传统无功发生器在功率器件开关频率和发生器功率容量之间的矛盾,本文提出了基于H桥的无功发生器。本文设计的无功发生器采用了多电平变流器的拓扑结构中开关器件使用数目较少,控制、封装较为方便的级联H桥多电平变流器型拓扑结构；控制策略采用了适用于级联H桥多电平变流器的载波相移正弦波脉宽调制策略(Carrier phase-shifted SPWM,简称CPS-SPWM)。本文首先介绍了无功发生器的研究背景、工作原理,接着简要介绍了各种多电平变流器的拓扑结构。在此基础上,重点介绍了级联H桥型多电平变流器的拓扑结构、优点及其在SVG中的应用。随后,介绍了CPS-SPWM调制策略的调制原理、调制特性,并分析了CPS-SPWM调制策略在级联H桥多电平变流器中的应用,并进行了仿真研究。本文所设计的静止无功发生器的控制策略采用基于瞬时无功功率的电压电流双闭环控制系统,可以快速跟随电压变化,控制无功发生器的输出无功量。最后,基于实验室已有条件,设计并进行了PWM整流器实验,分别设计实验了电压开环,电流闭环实验和电压电流双闭环实验,对结果进行了比较分析。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
注释说明清单  12-13
1 绪论  13-19
  1.1 本课题的研究背景  13
  1.2 无功补偿装置的发展现状  13-16
  1.3 级联H桥型SVG的优越性  16
  1.4 课题研究的意义  16-17
    1.4.1 无功功率对电力系统的危害  16-17
    1.4.2 无功补偿的作用  17
  1.5 主要研究内容  17-19
2 静止无功发生器的工作原理与功能  19-39
  2.1 无功功率相关概念  19-21
    2.1.1 正弦电路的无功功率  19-20
    2.1.2 非正弦电路的无功功率及功率因数  20-21
  2.2 无功电流检测  21-25
    2.2.1 瞬时无功功率理论概述  22-23
    2.2.2 基于瞬时无功功率的无功电流检测方法  23-25
  2.3 SVG工作原理  25-28
  2.4 多电平的拓扑结构  28-35
    2.4.1 二极管箝位型多电平变流器  28-31
    2.4.2 电容器箝位型多电平变流器  31-33
    2.4.3 级联H桥型多电平变流器  33-35
  2.5 基于级联H桥的SVG的结构  35-36
  2.6 本章小结  36-39
3 级联H桥的调制策略及其控制理论  39-53
  3.1 CPS-SPWM理论的介绍  39-44
    3.1.1 CPS-SPWM调制原理  40-41
    3.1.2 两桥串联的CPS-SPWM调制策略  41-44
  3.2 基于附加直流电源的SVG控制系统  44-46
  3.3 仿真验证  46-51
  3.4 本章小结  51-53
4 基于矢量控制SVG控制系统  53-63
  4.1 系统结构分析  53-55
  4.2 控制系统原理分析  55-60
    4.2.1 电压、电流双闭环系统分析  55-56
    4.2.2 矢量控制理论  56-57
    4.2.3 双闭环控制系统设计  57-60
  4.3 系统仿真结果与分析  60-62
  4.4 本章小结  62-63
5 基于矢量控制的SVG系统设计实验  63-75
  5.1 基于矢量控制的SVG系统的硬件设计  63-68
    5.1.1 硬件电路设计  63-64
    5.1.2 主电路设计  64
    5.1.3 检测电路的设计  64-66
    5.1.4 控制电路及电源的设计  66-68
  5.2 基于矢量控制的SVG软件设计  68-72
    5.2.1 主程序  68-69
    5.2.2 定时器T3下溢中断服务子程序  69
    5.2.3 外中断1服务子程序  69-70
    5.2.4 软件锁相子程序  70-71
    5.2.5 电压、电流环调节程序  71
    5.2.6 SPWM程序  71-72
  5.3 实验结果  72-73
  5.4 本章小结  73-75
6 总结  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
作者简介及读研期间主要科研成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整
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