摘 要

近年来，无功补偿对提高全网经济效益和改善电能质量显得至关重要。因此，设计具有动态调节功能的无功补偿装置就显得尤为重要，这可以显著地增加国家电网的效益，优化供电质量。可变电抗器在无功补偿领域的作用越来越大，应用前景也越来越好。

本文以意在设计基于可变电抗器的无功补偿装置，构建了基于可控电抗器的无功补偿装置的总体拓扑结构。改变电抗器的阻抗，就需要改变一次侧绕组的电流，而一次绕组电流的变化又与二次侧绕组电流息息相关，二次侧的电流变化需要依赖电力电子功率变换器的改变来实现，所以对智能控制器的调节就显得尤为重要^[1]。

在研究电力系统中的无功补偿时，对无功功率的检测采集要求十分高，把采样得到的无功功率经过一系列处理后再和给定的三角波生成了所需的PWM输出脉冲来触发晶闸管，通过PWM脉冲的占空比来控制晶闸管的导通角度大小，从而实现可变电抗器根据实际补偿需求调节自身阻抗，最终实现动态无功补偿的目的。

最后，根据设计的总体方案，给出了一些具体的功能电路的电路图，并对Simulink做出介绍，完成了对可变电抗器智能控制器部分的相关建模。

关键词：可控电抗器 无功补偿 智能控制器 晶闸管触发

Abstract

This year, reactive power compensation to improve the economic efficiency of the whole network and improve the quality of power is essential.Therefore, the design of dynamic adjustment function of the reactive power compensation device is particularly important, which improve the quality of power supply, improve the economic efficiency of the power grid has an important role. Controlled reactor has become an important device for reactive power compensation, with very good application prospects.

In this paper, we design a reactive power compensation device based on variable reactor to construct the overall topology of reactive power compensation device based on controllable reactor.Using intelligent controller control power electronic power converter, to change the current secondary winding side of the reactor current, and then change the current of a winding to achieve variable impedance.

As the controllable reactor for reactive power compensation, the need for real-time accurate measurement of reactive power.The adjusted reactive power and the given triangular wave generate the desired PWM output pulse to trigger the thyristor.Through the PWM pulse duty cycle to control the thyristor conduction angle size, in order to achieve the variable reactor according to the actual compensation needs to adjust their own impedance, and ultimately achieve the purpose of dynamic reactive power compensation.

Finally, according to the overall scheme of the design, some circuit diagrams of the specific functional circuits are given, and Simulink is introduced, and the related modeling of the intelligent controller part of the variable reactor is completed.

Key words: controlled reactor reactive power compensation smart controller Thyristor trigger

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状及发展 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 无功补偿装置的总体设计方案 4

2.1 几种主要无功补偿装置介绍 4

2.1.1 并联电容器 4

2.1.2 静止无功补偿装置 4

2.1.3 静止无功发生器 5

2.1.4 可变电抗器 5

2.2 几种主要可控电抗器的介绍 6

2.2.1 传统机械可调电抗器 6

2.2.2 晶闸管控制电抗器 6

2.2.3 磁通式可控电抗器 7

2.3 确定无功补偿装置设计方案 8

2.3.1 TSC型方案 8

2.3.2 TCR与MSC混合型方案 9

2.3.3 本文采用的设计方案 11

第3章 补偿装置的控制设计及运行特性 13

3.1 无功补偿器的整体拓扑结构 13

3.2 控制策略及运行特性 14

3.2.1 功率变换器完全关断 14

3.2.2 功率变换器旁通 15

3.2.3 功率变换器部分导通 16

3.3 采样分析及脉冲生成 17

3.3.1 采样分析 17

3.3.2 PWM脉冲生成 18

第4章 控制电路硬件及仿真模型的建立 19

4.1 DSP芯片简介 19

4.2 硬件控制原理图 19

4.2.1 调理输入信号 19

4.2.2 信号同步电路 21

4.2.3 脉冲输出放大 22

4.3 控制器建模及系统电路图 23

4.3.1 关于Matlab/Simulink的基础介绍 23

4.3.2 控制器部分电路建模图形 24

4.3.3 主电路图 25

总结与展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

伴随着现代工业和电力工业的不断发展，电能的传输容量和距离也日渐增大，用户对电能的质量要求就变得越来越高。近几年来，由于电弧炉、轧钢机、大型可控硅装置的应用以及存在大功率冲击性负载的原因，导致系统功率因数降低，电网谐波变大^[2]。电能质量的下降会对用电设备的安全和经济运行都造成严重影响，使人民的生活质量降低。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要的意义。

电网中的大多数元件和负载都需要消耗无功功率，而存在于电力系统中的无功主要是来源于发电机，如若这些无功功率都是需要由发电机来提供，并且进行长远距离的运输是不合理的，也是不可能的。因此，为了能够实现就地无功补偿，我们要在需要无功补偿的地方设置无功补偿装置。

1.2 国内外研究现状及发展

在我国的电力系统使用中，同步电动机和同步发电机是常见的控制方法，除此之外，还包括并联电容器和同步调相机，最为普遍的还是静止无功补偿装置^[3]，而这也是本文的研究重点。

随着科学技术的进步，静止无功补偿技术也在飞速发展，在无功补偿领域也发生了数次革命。较早的开始应用于电力系统中的无功补偿装置是基于机械式投切的无源补偿装置，他是一种响应速度较慢的装置^[4]。随后在上世纪70年代初开始，在国外的配电系统领域，出现了一种无源快速的无功补偿装置，它就是基于晶闸管投切的静止无功补偿器。直至90年代末期，一种新的以电压源换流器为基础而研发出来的动态无功补偿装置被逐渐接纳，并凭借其快速的响应能力而被广泛应用^[5]。