摘 要

随着电力电子器件和非线性器件的应用，以及用户对电能质量要求的不断提高，电能质量无功补偿问题日益重要。利用静止无功发生器动态无功补偿的研究是电力电子领域的研究领域之一。但目前对静止无功发生器的研究主要集中在传输系统的无功功率补偿方面，而控制方法则是基于间接电流控制。静态无功发生器在低压配电系统中的应用，或在国内的工业相对较少的负载补偿。而该技术还不成熟，国内外几家大型生产商和研究机构对此方面都有比较成熟的产品，但价格昂贵。

本文的研究目的是基于低压配电系统或工业负荷补偿，并采用直接电流控制的静止无功发生器的控制方法。

在本文中，静止无功发生器（SVG）是深度分析和研究。首先，现有的无功补偿装置相比，和SVG的优势进行了分析。基于SVG的动态补偿原理，基于直接电流控制的静止无功发生器的特点进行了分析，补偿性能进行了探讨，并基于D Q项目坐标系下的数学推导。然后总结了间接电流控制和直流控制的典型控制方法，分析了这些控制方法的优缺点，提出了电压环、电流环和锁相环控制策略，以及控制策略的误差分析和研究，并给出了模拟调制器和数字控制装置的设计方法。最后给出了静态无功发生器的主电路结构和相应参数的设计方法。

关键词：无功补偿；静止无功发生器；直接电流控制；间接电流控制

Abstract

With the use of power electronic devices and nonlinear devices, as well as the continuous improvement of the power quality requirements of users, the problem of reactive power compensation in power quality is becoming more and more important. The study of dynamic reactive power compensation by using static var generator is one of the active research fields in the field of power electronics. But at present, the research of static var generator mainly focuses on the reactive power compensation of transmission system, and the control method is based on the indirect current control. The static var generator application in low voltage distribution system or load compensation for industry relatively less in the domestic. And the technology is not mature, and several large domestic and foreign manufacturers and research institutions in this regard have relatively mature products, but the price is expensive.

The research purpose of this paper is based on the low voltage power distribution system or industrial load compensation, and the control method using the direct current control of static var generator.

In this paper, the static var generator (SVG) is analyzed and studied in depth. At first, the existing reactive power compensation devices are compared, and the advantages of SVG are analyzed. Based on the dynamic compensation principle of SVG, the characteristics of the static var generator based on direct current control are analyzed, the compensation performance is discussed, and the mathematical deduction based on the D Q project coordinate system is given. And then, the thesis summarizes the typical control methods of indirect current control and direct current control, analyzes the advantages and disadvantages of these types of control methods, and puts forward the voltage loop, the combination of current loop and phase-locked loop control strategy, and errors of the control strategy of regulating device design for the analysis and research, and gives the analog modulator, and a digital control device design method. At last, the paper gives the design method of the main circuit structure and the corresponding parameters of the static var generator.

KeyWords：reactive compensation；SVG；direct-current control；indirect-current control

目录

第1章 绪论 1

1.1 背景分析 1

1.2 无功补偿器件发展状况 1

1.3 静止无功发生器(SVG)最新发展方向 3

1.4 静止无功发生器(SVG)研究意义 3

1.5 本文的研究内容 4

第2章 SVG工作原理和数学模型 5

2.1 无功功率的定义 5

2.1.1 正弦电路的无功功率 5

2.1.2 非正弦电路的无功功率 7

2.2 静止无功发生器（SVG） 8

2.2.1 工作原理 8

2.2.2 数学模型 11

第3章 SVG无功电流检测 15

3.1无功电流检测方法概述 15

3.2基于瞬时无功功率理论的检测方法 16

3.2.1 p-q检测法 16

3.2.2 检测法 18

第4章 控制算法分析 20

4.1 电流的间接控制 20

4.2 电流的直接控制 21

4.2.1 滞环比较法 21

4.2.2 三角波比较法 22

4.3改进型的直接控制方法研究 22

4.3.1 SVG解耦 22

4.3.2 直流侧电压控制 24

4.3.3 SVPWM调制 24

第5章 SVG系统软硬件设计 28

5.1 SVG系统硬件总体框图 28

5.2 SVG系统主电路设计 29

5.3 控制电路设计 30

5.4 检测电路的设计 31

5.5 信号调理电路设计 32

5.6 功率驱动电路设计 33

5.7保护电路设计 34

5.8 SVG系统软件设计 34

5.8.1 主程序设计 34

5.8.2 A/D采样及PI控制程序设计 36

5.8.3 SVPWM输出程序设计 36

第6章 SVG控制系统仿真分析 38

6.1 SVG仿真模型建立 38

6.1.1 无功检测模块 38

6.1.2 系统控制模块 41

6.1.3系统整体仿真结构图 42

6.2仿真结果分析 43

第7章 总结与展望 45

7.1全文总结 45

7.2研究展望 45

参考文献 46

第1章 绪论

1.1 背景分析

随着现代电力电子技术的飞速发展，特别是近年来电力电子设备在电力系统、工业部门和家电行业广泛使用，它不仅使电能质量受到严重影响，甚至危及电力系统的安全运行，对国民经济造成严重损害；同时，各种精密设备对电能质量、自动化和智能化生产工艺的质量也提出了更高的要求，因此电力部门和用户对电能质量的提高提出了更高的要求希望电源电压、频率稳定、波形良好。但是，近年来，低压配电网的非线性、非对称性和冲击负荷迅速增加，导致电网电能质量的恶化：

(1) 非线性负载产生的无功功率和谐波电流都被渗透到中、高压配电系统中，增加了系统的损耗。