三相不平衡系统动态无功补偿控制技术研究

随着我国国民经济的飞速发展，电网中各种大容量非线性和冲击性负荷也急剧增加，如工业电弧炉、电力机车等，造成了供电系统三相负载不平衡的问题。这种不平衡负载不仅影响用户端设备的的正常运行，还会引起供电电压的闪变、波动，增加线路损耗，严重影响电能质量。为了解决上述问题，研究三相不平衡系统无功补偿技术是十分必要的。 本文从控制难易度、技术成熟度和经济性的角度分析，综合比较各种无功补偿装置，选择使用晶闸管投切电容器(Thyristor Switching Capacitor-TSC)进行不平衡系统的无功补偿。TSC具有成本低、响应速度快、控制简单等优点，可以有效的提高系统功率因数，同时能够分相补偿，平衡三相电流。 为了使TSC能更好的补偿不平衡负载，本文对不平衡负载进行平衡化补偿的控制算法进行深入研究。通过比较、吸收已有的补偿方案，在Steinmetz平衡化理论基础上，提出基于平衡分量法的分相无功补偿方案，将三相不平衡负载等效为三相平衡负载和一个线间负载之和，并给出准确的数学表达式。该方案能同时满足系统功率因数和三相平衡化的要求。利用该方法，只需要知道补偿前的电网侧三相电流，就可以确定补偿容量。 为实现上述无功补偿方案，本文研制一套低压TSC动态无功补偿装置。主电路采用三角形角内接法，控制器选择ARM芯片LPC1766，并以其为核心搭建硬件平台，包括电网信号采集处理模块、电容投切控制、晶闸管触发、人机界面等电路模块；同时软件方面，完成参数采集及计算、电容控制投切、故障保护、界面显示、信息存储等功能。最后通过仿真和实验平台，验证TSC补偿方案和装置的可行性。实验结果表明，该装置能很好的改善电网三相无功不平衡的情况，并做到快速准确的无功补偿。