電力電子裝置

1、目錄無(wú)功功率發(fā)生器（7000VA）設(shè)計(jì)21 無(wú)功補(bǔ)償裝置概述21.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤鸵饬x21.2阻抗補(bǔ)償方案51.2.1 晶閘管投切電容器TSC51.2.2 晶閘管控制電抗器TCR61.2.3晶閘管控制串聯(lián)電容器TSC71.3 電壓源變流器型補(bǔ)償方案71.3.1 無(wú)功功率發(fā)生器81.3.2 開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器92靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）的設(shè)計(jì)92.1 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)主電路102.2 無(wú)功電流檢測(cè)電路132.3 無(wú)功控制電路143 系統(tǒng)仿真及分析153.1 系統(tǒng)仿真模型153.2 仿真結(jié)果與分析17結(jié)束語(yǔ)21參考文獻(xiàn)22無(wú)功功率發(fā)生器（7000VA）設(shè)計(jì)1 無(wú)功補(bǔ)償裝置概述1.1

2、無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤鸵饬x 自二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，也因需求的不斷增大，其規(guī)模也越來(lái)越大。而各行各業(yè)，對(duì)電力的需求和依賴變得越來(lái)越強(qiáng)烈，使得電力系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。在保證電能質(zhì)量的前提下，如何保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行及提高用電效率是目前面臨的一個(gè)重大而迫切的問(wèn)題。電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，它們?cè)谀芰哭D(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過(guò)純電感或純電容電路時(shí)并沒(méi)有能量消耗，僅在用電負(fù)荷和電源之間往復(fù)交換，由于這種交換功率不對(duì)外做功，因此稱為無(wú)功功率。無(wú)功功率反映了內(nèi)部與外部往返交換能量的情況，它

3、并不像有功功率那樣表示單位時(shí)間所做的平均功率，但是它和有功功率一樣是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定，保證電能質(zhì)量和安全運(yùn)行必不可少的。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率不足，致使用電設(shè)備沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立和維持正常的電磁場(chǎng)，就會(huì)造成設(shè)備的端電壓下降，不能保證電力設(shè)備在額定的技術(shù)參數(shù)下工作，從而影響用電設(shè)備的正常工作。具體表現(xiàn)在以下三方面：（1）降低有功功率，使電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備容量不能得到充分利用。在額定電壓和額定電流下，由可以看出，若功率因數(shù)降低，則有功功率隨之降低，是設(shè)備容量不能充分利用。（2）增加輸、配線電路中的有功功率和電能損耗。設(shè)備功率因數(shù)降低，在線路輸送同樣有功功率時(shí)，線路中就會(huì)流過(guò)更多的電流，是線路

4、中的有功功率損耗增加。（3）是線路的電壓損失增加。使負(fù)載端的電壓下降，有時(shí)甚至低于允許值，從而嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)及其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。特別是在用電高峰季節(jié)，功率因數(shù)太低，會(huì)出現(xiàn)大面積的電壓偏低?；谏鲜銮闆r，在電力系統(tǒng)中經(jīng)常要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長(zhǎng)距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可限制無(wú)功功率在電網(wǎng)中傳輸，相應(yīng)減小了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)根據(jù)分級(jí)就地和便于調(diào)整電壓的原則進(jìn)行配置。集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為

5、主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合；并且與配電網(wǎng)建設(shè)改造工程同步規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、同步投運(yùn)。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔镁唧w體現(xiàn)在以下四方面：（1）提高電壓質(zhì)量配電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置，與電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量關(guān)系十分密切。合理安裝補(bǔ)償設(shè)備可以改善電壓質(zhì)量。由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此，越靠近線路末端裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置效果越好。（2）降低電能損耗安裝無(wú)功補(bǔ)償主要是為了降損節(jié)能，如輸送的有功功率為定值，加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后功率因數(shù)由 提高到，因?yàn)?，?fù)荷電流與成反比，又由于，線路的有功損失與電流的平方成正比。當(dāng)升高，負(fù)荷電流降低，即電流降低線路有功損耗就成倍降低。反之當(dāng)負(fù)

6、荷的功率因數(shù)從1降低到時(shí)，電網(wǎng)元件中功率損耗將增加的百分?jǐn)?shù)為，計(jì)算公式如下： （3）提高發(fā)供電設(shè)備運(yùn)行效率1)在設(shè)備容量不變的條件下，由于提高了功率因數(shù)可以少輸送無(wú)功功率，因此可以多輸送有功功率?？啥嗨偷挠泄β士捎上率接?jì)算，其中為補(bǔ)償前的有功功率 2)如需要的有功不變，則由于需要的無(wú)功減少，所需配電變壓器容量也相應(yīng)減少。即： 可減少的供電設(shè)備容量占原容量的百分比為，即： 3)安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可使發(fā)電機(jī)多發(fā)有功功率。系統(tǒng)采取無(wú)功補(bǔ)償后，使無(wú)功負(fù)荷降低，發(fā)電機(jī)即可少發(fā)無(wú)功，多發(fā)有功，充分達(dá)到銘牌出力。(4)減少用戶電費(fèi)支出1)可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。2)可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功

7、功率造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。 無(wú)功功率補(bǔ)償可在高壓輸電線路進(jìn)行，也可在配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，一半選擇后者。早期的無(wú)功補(bǔ)償是利用同步調(diào)相機(jī)和電容補(bǔ)償裝置。同步調(diào)相機(jī)是專門用來(lái)嘗試無(wú)功功率的同步電機(jī)，在對(duì)勵(lì)磁電流大小的調(diào)節(jié)，就能調(diào)節(jié)無(wú)功功率的大小。但同步調(diào)相機(jī)油機(jī)械噪音、成本高等缺點(diǎn)。電容補(bǔ)償則利用并聯(lián)電容器來(lái)吸收系統(tǒng)容性電流，相當(dāng)于為負(fù)載提供感性電流，至今仍是主要的無(wú)功補(bǔ)償方式之一。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了開關(guān)型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，主要有阻抗補(bǔ)償和開關(guān)變換電路補(bǔ)償兩種方案。1.2阻抗補(bǔ)償方案1.2.1 晶閘管投切電容器TSC a）單相結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 b）電壓電流特性圖1-1晶閘管投切電容器T

8、SC(thyristor switched capacitor)電路如圖1-1所示，通過(guò)控制晶閘管開關(guān)在電網(wǎng)上投切并聯(lián)電力電容器C，改變電網(wǎng)負(fù)載的總阻抗性質(zhì)。其中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的。因此，當(dāng)電容器投入時(shí)，TSC的電壓電流特性就是該電容的伏安特性，即如圖1-1（b）中OA所示。電容器C從電網(wǎng)吸收容性電流，相當(dāng)于為電網(wǎng)提供感性電流，從而補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功，負(fù)載無(wú)功功率的大小是隨機(jī)變化的，因此一般設(shè)置多個(gè)小容量的TSC，根據(jù)情況分級(jí)投切，才能得到較好的補(bǔ)償效果。其電壓電流特性按照投入電容器組數(shù)的不同可

9、以是圖1-1（b）中的OA、OB或OC。當(dāng)TSC用于三相電路時(shí)，可以是連接，也可以是Y連接，每一項(xiàng)都可以設(shè)計(jì)成分組投切的。盡管這種方法的調(diào)節(jié)是有限的，但補(bǔ)償電流不含諧波。 電容器的分組投切在較早的時(shí)候大多是用機(jī)械斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即投切電容器，和機(jī)械斷路器相比，晶閘管的操作壽命幾乎是無(wú)限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切時(shí)的沖擊電流和操作困難。另外與TCR相比，TSC雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但具有運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點(diǎn)。1.2.2 晶閘管控制電抗器TCR （）單相（）三相圖1-2晶閘管控制電抗器TCR TCR(thyristor controlled rea

10、ctor)電路如圖所示TCR采用相控原理，其有效移相范圍為90°180°。當(dāng)觸發(fā)角=90°時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角=180°，此時(shí)電抗器吸收的無(wú)功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式和中可知：增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量。所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)延遲角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。  在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用晶閘管控制電抗變壓器。這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接

11、，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與晶閘管連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無(wú)功補(bǔ)償。由于單獨(dú)的TCR只能吸收無(wú)功功率，而不能發(fā)出無(wú)功功率，因此可以將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (TCR+FC)和TCR與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (TCR +MSC)。這種具有 TCR型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用廣泛。1.2.3晶閘管控制串聯(lián)電容器TSC圖1-3 晶閘管控制串聯(lián)電容器TSC 晶閘管控制串

12、聯(lián)電容器TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)由串聯(lián)補(bǔ)償電容器和與其并聯(lián)的晶閘管控制的電抗器組成，在實(shí)際中一般用幾個(gè)基本TCSC模塊串聯(lián)而成以得到所需的電壓等級(jí)和工作特性。TCSC基本思想是通過(guò)控制TCSC并聯(lián)支路的晶閘管的觸發(fā)延遲角控制電抗器來(lái)部分抵消串聯(lián)電容以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償電容值的連續(xù)調(diào)節(jié)。TCSC可以控制為合適的電容或者電抗，從而通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸線的阻抗來(lái)調(diào)節(jié)線路的功率潮流傳輸。然而TCSC存在一些缺點(diǎn)：第一，由于TCSC的等效阻抗是通過(guò)控制其晶閘管導(dǎo)通延時(shí)角來(lái)調(diào)節(jié)，所以其晶閘管是部分導(dǎo)通的，這樣會(huì)在線路

13、中注入低次諧波電壓;第二，TCSC的阻抗調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，在 其最小等效容性阻抗 和最小等效感性阻抗 間存在一個(gè)不可控區(qū)，若TCSC是由基本單元串聯(lián)而成，則它的阻抗不可控區(qū)將很大，使TCSC無(wú)法完全對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制。一般系統(tǒng)傳輸線路中分設(shè)多個(gè)TCSC元件，協(xié)調(diào)調(diào)控有效減小整個(gè)系統(tǒng)阻抗不可控區(qū);第三，TCSC只實(shí)現(xiàn)對(duì)線路阻抗的補(bǔ)償，而不改變線路感性性質(zhì)，所以TCSC只可調(diào)節(jié)潮流大小而不改變潮流方向;第四，串聯(lián)電容與傳輸 線路電抗會(huì)在次同步頻率點(diǎn) =(電 網(wǎng) 頻 率 ) ( 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩諧

14、振頻率 ) 發(fā)生次同步諧振，所以實(shí)際應(yīng)用要防止與系統(tǒng)發(fā)生同步諧振，常在電感支路中串聯(lián)一個(gè)小電阻R，阻尼電力系統(tǒng)的此同步諧振。1.3 電壓源變流器型補(bǔ)償方案 電壓源變流器型補(bǔ)償是利用電力電子開關(guān)組成變換器，向電網(wǎng)提供負(fù)載需要的無(wú)功功率，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。變換器可以和電網(wǎng)并聯(lián)，向電網(wǎng)注入無(wú)功電流，也可以串聯(lián)在電網(wǎng)中，補(bǔ)償基波電壓。1.3.1 無(wú)功功率發(fā)生器（a)電壓型橋式電路（b）電流型橋式電路 圖1-4 無(wú)功功率發(fā)生器無(wú)功功率發(fā)生器為并聯(lián)型，電路結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，它是以電容C的充電電壓作為直流電源的三相全橋電壓型逆變器，其輸出經(jīng)電感L（電抗）并聯(lián)接至三相交流電網(wǎng)，輸出電流滯后

15、電感上電壓，對(duì)開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制，使得逆變器輸出電壓跟蹤電網(wǎng)電壓，如果大于，逆變器輸出電流比滯后的，如果小于，逆變器輸出電流反向。因此，調(diào)控逆變器輸出電壓的大小，可以方便地改變向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率的大小和性質(zhì)。無(wú)功功率發(fā)生器的控制與有源逆變類似，電路結(jié)構(gòu)如圖1-4(b)所示，不同的是其輸出無(wú)功功率。為了維持逆變器的直流電壓源（電容C的電壓）恒定，要求電網(wǎng)向其輸入少量的有功功率，以補(bǔ)償開關(guān)損耗和線路損耗?？梢圆捎脽o(wú)功電流和直流電壓的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)輸出電壓的相位，使輸出電流除含有無(wú)功電流外，還有一定的負(fù)有功電流。PWM電壓源變流器型無(wú)功功率發(fā)生器和早期采用的“旋轉(zhuǎn)式無(wú)功同步補(bǔ)償機(jī)”一樣，可以連續(xù)

16、調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率，因此它又稱為先進(jìn)的靜止型無(wú)功功率發(fā)生器ASVG（advanced static var generator）。它是電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。1.3.2 開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器圖1-5 PWM開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器基于PWM變換器的串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器如圖1-5所示，變換器輸出電壓與負(fù)載電流相差，將無(wú)功功率串聯(lián)注入電網(wǎng)，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。這種方案既能連續(xù)調(diào)控，又能雙向補(bǔ)償（升高電壓或降低電壓都能實(shí)現(xiàn)），且不會(huì)引發(fā)LC振蕩，是一項(xiàng)先進(jìn)的調(diào)控電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓、補(bǔ)償線路感抗、增強(qiáng)電力系統(tǒng)傳輸功率極限、增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)。這種PWM開關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器被稱為靜止串聯(lián)同步電壓

17、補(bǔ)償器SSSC（static synchronous series compensatory）。2靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）的設(shè)計(jì)圖2-1 SVG結(jié)構(gòu)圖 靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）的工作原理就是通過(guò)電抗器或電容器直接把三相橋式電路連到電網(wǎng)上，通過(guò)調(diào)節(jié)三相橋式電路交流側(cè)電流或電壓的幅值和相位，就可以是該電路發(fā)生需要的容性或感性無(wú)功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。根據(jù)其工作原理，SVG由主電路、無(wú)功檢測(cè)電路和PWM控制電路三部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。2.1 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)主電路 由于SVG正常工作時(shí)就是通過(guò)電力電子開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電

18、壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波時(shí)SVG可以等效地被視為幅值和相位均可控的與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過(guò)交流電抗器連接到電網(wǎng)上。這樣，SVG的工作原理可用圖2-2所示的等效電路來(lái)說(shuō)明。設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出交流電壓分別用相量和表示，則連接電抗 X 上的電壓即為和的相量差, 而連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。這個(gè)電流就是 SVG 從電網(wǎng)吸收的電流。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。（a）單相等效電路（

19、b） 工作向量圖圖2-2 SVG等效電路及工作原理 ( 不考慮損耗)在圖2-2（a）的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒(méi)有考慮其損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況下，只需使與同相，僅改變的幅值大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90°, 并且能控制該電流的大小。如圖2-2（b）所示,當(dāng)大于時(shí) ,電流超前電壓90°，SVG吸收容性的無(wú)功功率；當(dāng)小于時(shí)，電流滯后電壓90°，SVG吸收感性的無(wú)功功率。 （a） 單相等效電路圖（b）電流超前 （C）電流滯后 圖2-3 SVG單相等效電路圖考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗（

20、如管壓降、線路電阻等）, 并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則SVG的實(shí)際等效電路如圖2-3（a）所示，其電流超前和滯后工作的相量圖如圖2-3（b）所示。用向量和分別表示電網(wǎng)電壓和SVG輸出電壓，由KVL可知： （2-1）由于連接電抗的作用，和之間不再是，而是比少了角。通過(guò)調(diào)節(jié)與的相位差和的幅值來(lái)控制SVG是發(fā)生容性無(wú)功還是感性無(wú)功，當(dāng)且時(shí)SVG發(fā)出感性無(wú)功功率，當(dāng)且時(shí)發(fā)出容性無(wú)功功率。 電壓型SVG直流側(cè)采用直流電容，它的電壓值和電容值的選擇會(huì)影響SVG系統(tǒng)的補(bǔ)償容量。在本次課設(shè)中，相電壓=220V，直流側(cè)電壓，TCR額定輸出功率=7000 Var，令負(fù)載阻抗角為45度，即，由 （2

21、-2）得 ，又因?yàn)?（2-3）所以 與交流系統(tǒng)的連接電感具有調(diào)節(jié)SVG裝置跟蹤期望補(bǔ)償電流的能力，電感值越大，跟蹤效果越慢，值越小就會(huì)形成發(fā)生電流和期望電流較大的超調(diào)量，會(huì)使系統(tǒng)振蕩，并且電流電壓波形也會(huì)有毛刺，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，因而根據(jù)能量守恒定律： （2-4）忽略電阻，可得出：（2-5）式（2-5）中，為逆變器輸出電流的最大值。所以，可得出。2.2 無(wú)功電流檢測(cè)電路圖2-4 基波無(wú)功分量和諧波分量電流的檢測(cè)電路系統(tǒng)環(huán)流器換流產(chǎn)生的諧波，其功率因數(shù)可定義如下： （2-6）式（2-6）中，、為基波電流有效值及其與基波電壓的相位差；為總電流有效值。根據(jù)公式（2-6）：諧波和基波相移是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕?/p>

22、影響因子。故應(yīng)在裝置允許的范圍內(nèi)，將除了基波有功分量以外的所有諧波和基波無(wú)功都補(bǔ)償?shù)?。為了使SVG產(chǎn)生的無(wú)功電流能更好地跟蹤待補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流，基于 、的無(wú)功電流的檢測(cè)方法，對(duì)基波無(wú)功電流和諧波電流進(jìn)行檢測(cè)。將a、b、c三相靜止坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)派克變換（park transform）形成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，以更好地控制功率流動(dòng)。其控制算法的原理框圖如圖2-4所示：圖3中的變量如式（2-7）、式（2-8）及式（2-9）所示：（2-7）式（2-7）中，；基波有功分量：(2-8)式（2-8）中，基波無(wú)功和諧波分量之和：2.3 無(wú)功控制電路圖2-5 電流滯環(huán)控制工作原理示意圖采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流

23、電路有以下特點(diǎn)：（1） 硬件電路簡(jiǎn)單；（2） 屬于實(shí)時(shí)控制紡織，電流反應(yīng)快；（3） 不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；（4） 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多。相比電流間接控制，電流直接控制響應(yīng)速度和控制精度更優(yōu)。電流直接控制就是對(duì)電流波形的瞬時(shí)值采用跟蹤型PWM控制技術(shù)進(jìn)行反饋控制。滯環(huán)比較控制是跟蹤型PWM控制技術(shù)的一種，其跟蹤效果好，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。滯環(huán)比較控制的輸入是補(bǔ)償電流指令值和主電路逆變器發(fā)出電流值之差。逆變器開關(guān)的開合是通過(guò)差值控制的。其比滯環(huán)最小控制值小時(shí)，控制功率開關(guān)在電流減小狀態(tài)；比滯環(huán)最大

24、控制值大時(shí)，則在電流增大狀態(tài)，此時(shí)發(fā)出電流就會(huì)根據(jù)指令電流的軌跡在滯環(huán)寬度帶內(nèi)跟蹤，使逆變器輸出電流能夠較好的跟蹤補(bǔ)償電流指令值。3 系統(tǒng)仿真及分析3.1 系統(tǒng)仿真模型無(wú)功發(fā)生器系統(tǒng)仿真模型如圖3-1所示： 其子模塊C32C變換如圖3-2所示：圖3-2 C32C子模塊電路圖其子模塊C23C變換如圖3-3所示：圖3-3 C23C子模塊電路圖3.2 仿真結(jié)果與分析補(bǔ)償前A相電流與電壓的波形如圖3-4所示：圖3-4補(bǔ)償前A相電壓電流波形圖補(bǔ)償后A相電流與電壓的波形如圖3-5所示：圖3-5 補(bǔ)償后A相電流與電壓波形示意圖 從圖3-4與圖3-5的波形圖中可以看出，在補(bǔ)償前，電壓與電流的相角差恒定，在補(bǔ)償

25、后，電壓與電流的相角差逐漸減小，直至電壓與電流相位相同。說(shuō)明無(wú)功發(fā)生器發(fā)出無(wú)功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功損耗，提高供電質(zhì)量。 補(bǔ)償后，無(wú)功功率發(fā)生器發(fā)出的電壓與電流如圖3-6所示：圖3-6無(wú)功發(fā)生器發(fā)出的電壓與電流 從圖3-5可以看出，無(wú)功功率發(fā)出的電壓為380V，電流為12.5V，其所測(cè)的都為幅值。根據(jù)可以算出，無(wú)功功率發(fā)生器發(fā)出的無(wú)功功率為：。與設(shè)計(jì)容量基本相同。 圖3-7 補(bǔ)償前的電流畸變率和電網(wǎng)傳輸?shù)挠泄εc無(wú)功功率 圖3-8 補(bǔ)償后的電流畸變率和電網(wǎng)傳輸?shù)挠泄εc無(wú)功功率由上述測(cè)出的電流畸變率與電網(wǎng)傳輸?shù)挠泄τ跓o(wú)功功率，根據(jù)式（3-1）、式（3-2）、式（3-3）：（3-1）（3-2）（3-3） 可以算出補(bǔ)償前的功率因數(shù)，補(bǔ)償后的功率因數(shù)，從計(jì)算結(jié)果中可以看出，無(wú)功功率發(fā)生器明顯改善了功率因數(shù)，使電網(wǎng)輸送電壓的質(zhì)量提高。 結(jié)束語(yǔ)本次課程設(shè)計(jì)基本完成了題目的要求，首先介紹了各種無(wú)功補(bǔ)償裝置，再根據(jù)SVG的設(shè)計(jì)步驟對(duì)無(wú)功功率發(fā)生器進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后用Matlab仿真實(shí)現(xiàn)其功能，通過(guò)對(duì)仿真后波形圖的觀察，發(fā)現(xiàn)無(wú)功功率發(fā)生器減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的傳輸，減少了傳輸損耗，提高了功率因數(shù)，也改善了電網(wǎng)供電的電壓質(zhì)量。在本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于要使用Matlab中的simulink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的前期，我們要進(jìn)行simulink的仿真學(xué)習(xí)