摘 要

电能是世界上很重要的一种能源形式，是人类赖以生存和发展的重要物质基础。我国幅员辽阔，地大物博，能源分布不均匀，因此需要例如西电东送工程等大项目将电能由资源丰富的地区送往资源匮乏的地区，这些项目浩大的工程量很容易使电能在传输过程中损耗巨大。因此，为了减少电能的传输损耗以及电网系统的稳定，需要研制一些设备对电网的无功功率进行适当的补偿。

本文研究设计的就是一种能改善电能传输问题的静止无功发生器。本文首先叙述课题背景及FACTS装置的发展历程，然后再研究静止无功发生器的（SVG）的国内外研究现状。其次开始分析静止无功发生器的工作原理，研究无功电流的检测方法，详细分析并比较p-q和两种算法，并选择将算法应用于本次设计。研究学习SVG的控制策略，重点研究了空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的实现算法，为后面的仿真工作打下了基础。最后初步设计基于TI公司的TMS320F28335DSP芯片的硬件电路，并利用Matlab/Simulink对系统各个模块进行搭建及整体系统进行仿真研究验证。

关键词：电网；静止无功发生器；无功检测；Matlab/Simulink仿真

Abstract

Electric energy is a very important form of energy in the world, and it is an important fundamental substance of human life and development. China is a huge country, it has vast land and abundant resources, but resources are spread unevenly across the country. Therefore, it is necessary for large projects such as the west-to-east power transmission project to transfer electric energy from resource-rich regions to resource-poor regions. The huge amount of work of these large projects can easily cause huge loss of electric energy in the transmission process.Therefore, For the sake of decreasing the AC transfer loss off electrical energy and the stability of the grid system, it is necessary to develop some equipment to compensate the reactive power of the grid appropriately.

This thesis studies and designs a static reactive power generator which can improve the problem of power transmission. This thesis first describes the background of the subject and the development of FACTS appliance, and then studies the domestic and foreign study status of static reactive power generator (SVG).Secondly, I started to analyze the working theory of static reactive generator. Studied the detection method of reactive current, analyzed and compared p-q andalgorithms in detail, and selectedalgorithm to be applied in this design.The control strategy of SVG is researched.And focusing on the implementation algorithm of space vector pulse width debugging technology (SVPWM), which lays a foundation for the following simulation work. Finally, the hardware circuit based on TI company's TMS320F28335DSP chip was preliminarily designed, and Matlab/Simulink was used to build each module of the system and to conduct simulation research and verification of the whole system.

Key words: power grid;Static reactive generator;Reactive power detection;Matlab/Simulink

目录

第1章 绪论 1

1.1 柔性交流输电技术及其背景 1

1.2 FACTS装置类型发展 1

1.3 静止无功发生器（SVG）的国内外研究现状 3

1.4 研究内容及预期目标 4

第2章 静止无功发生器（SVG）基本原理及无功检测 5

2.1 SVG的基本原理 5

2.2 无功电流检测方法的分析 7

2.2.1 三相瞬时无功功率理论 8

2.2.2 基于p-q运算方式的无功检测方法 8

2.2.3 基于运算方式的无功检测方法 9

第3章 静止无功发生器（SVG）控制策略 10

3.1 电流的间接控制 10

3.2 电流的直接控制 12

3.3 SVG直流侧电容电压控制 13

3.4 PWM调制电路 13

第4章 静止无功发生器（SVG）硬件电路设计 18

4.1 SVG主逆变电路的设计 18

4.2 控制电路的设计 20

4.2.1 主控芯片 20

4.2.2 采样电路设计 21

4.2.3 调理电路设计 22

4.2.4 同步电路设计 23

4.2.5 驱动电路及保护电路设计 23

第5章 静止无功发生器（SVG）的仿真 24

5.1 SVG主电路的搭建 24

5.2 无功电流检测模块的搭建 25

5.3 控制模块的搭建 26

5.4 锁相模块的搭建 27

5.5 SVPWM驱动模块的搭建 27

5.6 完整的SVG系统仿真运行 30

5.6.1 容性负载的仿真 30

5.6.2 感性负载的仿真 32

5.6.3 仿真结果分析 33

第6章 结论 35

参考文献 36

致谢 38

第1章 绪论

1.1 柔性交流输电技术及其背景

随着我国经济飞速的发展，人们对于电能的依赖程度越来越深，而且电能更是国民经济的重要基础，因此电能的质量问题也成为了电力系统行业和用户共同关注的热点[1]。近些年来，由于分布式能源的大力发展且不断接入电网，一些如光伏发电等能源占比逐渐变大的新能源的大量并网，以及大量非线性用电设备涌入电网，给电网系统带来很多新的电能质量问题，如电压波动、谐波和过电压等严重影响了电力系统的安全。因此，要想维持现代电力系统稳定与经济安全运行，对无功功率进行补偿是很有必要的，研究响应速度快和补偿容量大并且能够连续可调的无功补偿装置用来抑制电网系统电压的波动也就显得尤为重要了。

柔性交流输电技术（FACTS）从被提出来之后不断被各国研究发展应用，如今的技术也被开发的越来越成熟，我国国家电网和南方电网两大电网公司也都是将该技术应用于我国的电网建设。它的基本原理就是将电力电子技术、微处理机技术以及控制技术相结合，然后应用于高压和超高压输变电系统中， 用来降低输变电系统中发生的损耗，从而提高了输电系统效率，电网行业也获取了大量节电效益[2]。

1.2 FACTS装置类型发展

FACTS装置的主要具体装置分类如下表1.1所示。