低压无功补偿控制系统硬件设计研究课题论文.doc

4第一章绪论1.1选题的背景与意义近年来，世界各国由于电压崩溃引起的大面积停电故障引起了各地的强烈反响[1]。8.14的美加大停电持续了长达72小时，给美国造成了十分重大的经济损失与社会反响，这次事故人们深深意识到电网运行要有足够的无功容量，对于无功容量来讲，无法以远距离传输为依托。就当前电力市场的情况来看，建立统一的规范制度是十分必要的，借助于统一的规定，对发电商和运营商形成激励机制，使其能够以保障系统稳定、安全运行进行考虑，对整个系统输送足够的无功备用。在90年代，由于我国在此方面的技术相对较为落后，出现了多次电压事故。在每次事故中，都导致我国经济严重损失，同时还对正常生产活动、民众生活等造成不同程度的影响。由此可见，电网安全与民生、社会和谐发展密切相关，因此，保障电网安全运行对于维护社会和谐、保障经济稳定具有重要作用。在早期，为解决无功问题，采取的方法主要是为电网装配。应用最为广泛的装置有两种，一是，二是。通常情况下，是将装置装配于电网系统的高压一端，由此对问题进行解决。因为并联电容器的使用极为普遍，因此，至今其依然是较为常用的补偿手段。而对于同步补偿器来讲，其核心部位为同步电机，在正常工作过程中，励磁电流出现变化，电机输出的电流随之改变，以此保障系统的安全运行。但是同步补偿器成本较高，安装复杂，维护困难，使其在推广和使用环节中受到制约。随着我国经济的迅猛发展，民众生活质量的提高，用电量大幅增长，由此给电力负荷带来了新的要求。面对新的形式，电网必须进行升级和优化，而在升级的过程中，又必须重视各方面的因素，避免电力事故的出现。基于多次电压崩溃事故给人们带来的警示作用，当前，无功问题是学术界的重点研究课题，同时也是社会各界共同关注的问题。随着社会的不断发展，电能设备的增多，诸多电力电子设备在电力系统、家用电器以及交通领域中得到了广泛应用，然而，需要注意的是，对于众多电子设备来讲，其自身的功率因数较低，但是在整个系统输出的总电量中，此部分设备消耗的功率占比较大，同时当无功功率增加，电流将会增大，在此情况下，当设备损耗增加，电能损耗率提高，最终导致功率因数和系统电压降低。低压动态无功补偿装置设计涵盖多个方面的内容，包括控制信号采样、软件设计等。在本次研究中，以深入剖析系统为切入点，对无功检测的内容和原理进行深入探究，并根据控制方法，制定控制方案，并以此为基础，对整体电路进行具体设计，最终完成对整个硬件系统的设计。1.2低压无功补偿装置的发展状况为提高系统的稳定性和安全性，解决无功功率有害性问题，人们开发了多种无功补偿技术，以此实现对电力系统的优化。最常见的方式是利用同步发电机、并联电容等实现对无功功率的控制。由于它们在技术上及经济上的优点，这些装置在我国及其他发展中国家仍然被广泛的使用[2]。最初时，为解决无功功率补偿问题，大多采用无源形式。对于此种方法来讲，主要是将具备一定容量的电容器以串联或并联的方式装配到系统的母线中。同步补偿器是一种并联补偿设备的同步机。而对于同步调相机来讲，其优点在于当系统电压出现降低的情况，可通过改变的方式实现电网电压的稳定运行。从功能层面来看，同步调相机主要是将转速得到某个程度，并与系统同步运行，以此实现功能的正常发挥。当电机同步运行后，结合实际情况的需要，调正电机的磁场，使其输出或者系统无功功率。除此功能之外，其还拥有调相的功能，然而，其弊端也尤为明显，即响应速度慢，功率损耗大，维护工作困难，且难以满足非线性负载变化的要求。静止无功补偿器可视为一个具备调节功能的并联电纳。SVC最主要的功能是能够保障端电压安全稳定的运行，因此对于SVC来讲，需要根据系统变换功率不断的对自身进行调节，另外，该补偿器还可快速做出响应。传统SVC对调节系统形态和优化暂态性能发挥了积极的作用，加上该技术的日益成熟，因此，在电力系统中得到了广泛的使用。然而，由于是借助于可控硅晶闸管实现换相控制活动的正常进行，一旦出现变动，极有可能出现逆变情况，而且需要以大电感为依托，由此才能产生感性和容性无功。根据现有情况来看，不管何种补偿方式都有难以克服的弊端，因此，人们亟待新的补偿方式出现。1.2.1国外情况相对于调相机来讲，SVC是借助于电容器和电抗器实现无功补偿的设备。1967年，全球首批SVC于英国生产完成，在试用成功后，得到全球范围内的关注，随后，苏联、瑞士、西德等也开始对此类设备进行研制，并在全国范围内推广使用。与调相机相比，SVC的性能更为强大。同时，SVC还能应用于多个领域，比如：铁道、冶金等，当前，SVC已经成为调整电压、限制过电压、优化系统运行条件的重要装置。依据无功的属性和补偿方式，装置可分为六种：固定容性、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+可变感性。就可变感性而言，可划分为直流励磁饱和、自