广义无功补偿装置的关键技术研究

有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)具备动态跟踪补偿、综合治理电能质量问题等优良性能,但单纯的有源电力滤波器用于同时补偿谐波和无功电流时,在大容量负载或负载变化较大场合,需要有源电力滤波器配置较大容量,对器件的要求较高,效率比较低下。除此之外,由于其相对高的成本和设计复杂性,限制了它的广泛应用。在我国当前电能质量问题亟待解决而各方面条件又有限的现实情况下,APF与晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor, TSC)并联结构的广义无功补偿装置可以充分发挥APF对谐波的有效抑制和TSC容量大的优势,实现谐波、无功功率和三相不平衡综合补偿,具有全面解决复杂的、混合的电能质量问题能力、有源部分容量小、成本投入低等优势。 针对广义无功补偿装置目前存在的问题和需要解决的技术难题,本文以“广义无功补偿装置的关键技术”为基本研究目标,重点研究广义无功补偿装置的谐波与无功电流检测方法、控制策略、基于仿真模型的算法实现,基于理论研究和仿真分析给出了控制系统的设计与实现等关键技术,并得出了初步的研究结论。论文的主要研究工作包括： 1.重点研究广义无功补偿装置的谐波与无功电流检测方法。针对当前谐波与无功电流检测方法存在实现过程复杂、运算量大、不能实时检测出任意负荷状况下的基波无功电流等问题,从dq0变换出发,提出了优化dq0算法,应用该算法经过一次变换可以直接得到有功和无功电流,减少了运算量,提高了算法的实时响应能力；基于优化dq0算法提出一种适用于任意负荷状况的基波无功电流瞬时检测算法,该算法计算量小,实现方便,且不需要基波电压的相位信息；在此基础上研究了分次滤波检测算法,提出了实现广义无功补偿装置多功能化的方法；最后对所研究的算法进行仿真分析,验证了其检测准确性、响应实时性等指标。 2.深入分析研究广义无功补偿装置的控制策略。在研究分析控制算法原理和特点的基础上,提出了优化的三角载波电流控制算法和电压无功复合的无功控制策略；优化控制算法引入了系统电压和直流侧电压作为反馈输入信号,消除系统电压和直流侧电压扰动对补偿效果的影响,大大提高装置的补偿效果、抗干扰能力和稳定性；最后对所研究的控制策略进行仿真分析。 3.进行广义无功补偿装置各模块电路设计。经过理论分析,给出了广义无功补偿装置各个模块的参数配置方法,并依此设计了仿真模型,用仿真模型验证了装置优化算法的有效性及整机性能。 4.初步设计了实现广义无功补偿装置功能的控制系统。在理论研究和仿真实验的基础上设计了基于OMAP平台的广义无功补偿装置的一体化多功能控制终端,给出了实现其主要功能的硬件电路原理,设计了实现关键部分功能的流程,为装置的下一步应用打下了坚实的基础。