基于新型无功补偿技术MERS电压控制的仿真研究

毕业设计 毕业设计（论文）任务书 题 目： 基于新型无功补偿技术MERS 电压控制的仿真研究 专 业 班 级： 电力 设计（论文）内容及要求： 1.研究内容 从分析MERS的无功补偿基本原理入手，结合电压稳定性理论，建立采用MERS的数学模型，重点研究MERS的无功补偿控制理论和基于MERS的电压控制策略两个方面的内容，最终提出基于MERS的电压控制方法，并进行仿真验证。建立完整的MERS无功补偿控制理论，解决电压稳定性问题。 1.1MERS的基本工作原理与控制方式。 1.2 MERS串联补偿和并联补偿对比分析。 1.3 构建MERS的数学模型。 1.4 基于MERS电压控制策略的研究。 1.5建立MERS电压控制仿真平台。 1.6 结合电压稳定性问题，对仿真结果进行分析。 2. 设计要求 2.1独立完成设计的全部内容。 2.2独立撰写毕业设计论文一篇（不少于15000字）。 2.3毕业设计论文符合学校规定的论文格式。 2.4毕业设计的有关资料存入磁盘（或刻录光盘）。 3. 进度安排 2013年12月～2014年1月：资料收集、整理，撰写文献综述和开题报告。 2014年2月：MERS串联补偿和并联补偿对比分析。 2014年3月：MERS数学模型的建立。 2014年4月：MERS电压控制策略的研究。 2014年5月：构建MERS电压控制仿真平台，分析对电压稳定性作用程度的仿真结果，得出结论。撰写、修改毕业设计论文。 2014年6月：毕业设计答辩。 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 基于新型无功补偿技术MERS电压控制的仿真研究 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型　 理论研究型 起止时间 一、 设计（论文）依据及研究意义： 1．论文的依据 （1）我国的经济水平在迅速发展；而与此相对应的电力需求增加的比例更大；要求进一步增加电力的装机容量；普遍的功率因数较低；系统的各种损耗也随之增加；造成了网线损耗较大。 （2）合理的选择无功补偿装置可以最大限度的减少电网的损耗和提高电网的质量；无功补偿已成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一。 （3）国际上出现了一种新型的无功补偿装置 —— 磁能回收（恢复）开关MERS(Magnetic Energy Recovery Switch)，该装置结构简单，运用一些基本的控制方法即可实现连续可调的无功功率补偿。 （4）MATLAB的仿真平台让这些理论得以能够进行试验仿真。 2．研究意义 将MERS电压控制统无功补偿相结合，将会进一步减少电网的损耗，提高电网的质量。 3. 参考文献 （1）王大志.电力系统无功补偿原理与应用，电子工业出版社，2013.1.1. （2）张利生.电网无功控制与无功补偿[M].北京：中国电 力出版社，2012. 二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 1.研究内容 (1)MERS的基本工作原理与控制方式; (2)MERS串联和并联补偿对比的分析； (3)构建MERS的数学模型； (4)基于MERS电压控制策略的研究； (5)建立MERS电压控制仿真平台； (6)结合电压稳定性问题，对仿真结果进行分析。 2.技术方案 从分析MERS的无功补偿基础原理入手，结合电压稳定性的理论，建立采用 MERS的数学模型，重点研究MERS的无功补偿控制理论的基于MERS的电压控制策略两个方面的内容。 3. 预期目标 最终提出基于MERS的电压控制方法，并进行仿真验证。建立完善的MERS无功补偿控制理论，解决电压稳定性问题。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 1. 论文研究重点 (1)研究MERS的无功补偿控制理论的基于MERS的电压控制策略两个方面的内容； (2)构建MERS的数学模型，建立MERS电压控制仿真平台； (3)结合电压稳定性问题，对仿真结果进行分析。 2. 论文研究难点 (1)如何有机的结合MERS无功补偿理论与MERS电压控制策略两方面； (2)论文中间方法应用及其可行性分析 四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1. 研究方法：定性研究分析 2. 进度安排 2013年12月—2014年1月：资料收集、整理，撰写文献综述和开题题告； 2014年2月：MERS串联补偿和并联补偿对比分析： 2014年3月：MERS数学模型的建立： 2014年4月：MERS电压控制策略的研究; 2014年5月：构建MERS电压控制仿真平台，分析对电压稳定性作用程度的仿真结果，得出结论。撰写、修改毕业设计论文； 五、 进行设计（论文）所需条件： 1. 相关必要的资料的收集和整理； 2. 相关系列论文的参考和分析； 3. MATLAB的相关知识的学习及其灵活的运用； 4. 相关的实验操作。 六、 指导教师意见： 签名： 年 月 日 摘要：本文介绍了基于新型无功补偿技术MERS电压控制仿真的研究，这种技术中运用了一种新型的控制开关：MERS（磁能恢复开关）。首先通过对比分析并联型半桥式MERS和串联型全桥式MERS文的结构形式、工作模式、控制方法和运行方式，选择串联型全桥式MERS为研究对象。然后，着重分析并研究了带有串联型全桥式MERS的电路。最后，在SIMULINK仿真环境下，构建了以MERS可控串联补偿电路为基础的模型，并对其进行了仿真，仿真结果表明：通过调节MERS上开关器件的导通与关闭，就能适时改变电容在电路的有效电抗，使电容和电感之间产生谐振，达到提高电路输入功率因数，改善无功功率的补偿，获得对电压的控制的目的。 关键词：无功补偿技术 磁能恢复开关 串联补偿 并联补偿 Abstract：In zhe paper,it introduces a new type of reactive power compensation technology by MERS voltage control,in this technology ,it use a new type of control switch: Magnetic Energy Recovery Switch.First,it introduces two types of MERS (one is parallel half bridge type,the other is series bridge type) by mainly comparative analysis from the following three aspects:the structure form,the work mode,the control method and operation mode.By analyzing these I eventually have chose the MERS of series bridge type as the object of study.Then,I have detailedly analysed and researched circuit which using the series bridge type MERS.Finally, I build the model of based on the MERS compesation circuit, and simulation it in SIMULINK.Show that by using semiconductor switches in circuit to make resonance between inductance and capacitor,so PF is inprove ,reactive power compensation is improve and the voltage can be control. Keywords: Reactive Power Compensation technology Series compensation Magnetic Energy Recovery Switch Parallel compensation 目录 1、绪论 1 1.1 本课题的研究背景和意义 1 1.2无偿技术的发展和MERS的结构 2 1.2.1 无功功率补偿技术 2 1.2.2 无功补偿技术的发展 3 1.2.3 磁能恢复开关（MERS） 4 1.3 目前无功补偿的不足 5 2、电力电子开关概述及其投切方式 6 2.1 电力电子开关技术 6 2.2 电力电子补偿技术分类 6 2.3 投切方式的选取 7 3、串联MERS与并联MERS对比分析 9 3.1 串联型磁能恢复开关（MERS） 10 3.1.1 串联MERS的结构形式 10 3.1.2 工作模式 12 3.1.3 控制方法和运行方式 17 3.2 并联磁能恢复开关 19 3.2.1 并联MERS的结构形式 19 3.2.2 半桥并联MERS工作模式 21 3.2.3 半桥并联MERS控制方法和运行方式 22 4、串联型全桥式MERS的电压控制 25 4．1 向量分析全桥串联MERS在电路的工作原理 25 4．2 系统运行特性分析 28 4.2.1 电容的选择 28 4.2.2 电容最大电压的求取 29 4.2.3 全桥式串联MERS软开关特性 31 5、串联型全桥式MERS在单相电路中的设计与仿真 34 5.1 系统主电路的设计 34 5.1.1 开关管和二级管的选取 34 5.1.2 直流电解电容的选取 35 5.2 全桥串联MERS中控制系统的设计 35 5.3 全桥串联MERS系统的建模与仿真 37 5.3.1 simulink 简介 37 5.3.2 全桥串联MERS系统建模 37 5.3.3 仿真结果 37 全文总结 41 参考文献 43 致 谢 45 vii 1、绪论 1.1 本课题的研究背景和意义 随着国家经济水平的迅速发展，国内的电能需求量也随着快速地增加，用电高峰期时可能会出现了电力供应不足的情况，这就要求电力部门要加快电力方面的建设，使得电力跟上经济的发展。其中增加电力系统的容量是解决电力不足的一个有效措施，但是随着电力系统容量的增大,电力系统中的损耗也随之增加，成为了另一个新问题。 经过有关单位的调查和分析，这个新问题中的损耗是由于为了弥补输电过程中功率损耗造成的；这样就需要增加更大的设备容量才能达到要求，但新问题并没有得到解决，只会造成更大的电力资源的浪费。在电力系统正常运行中，有功功率和无功功率的损耗是不可避免的，但可以找到相应的措施来尽量的减少它，符合走可持续发展道路的要求。 无功功率无论是在系统的输电网络还是配电网络中的存在会造成系统额外的损耗以及影响供电的质量。在系统中加入合理的无偿装置可以有效地处理好由于系统中混入无功功率带来的问题。以前由于受到技术方面的影响，并没有很好地解决这类问题；如今，随着电力电子技术的高速发展，各类器件的出现，以及力电子技术在无功补偿装置中取得的成绩，较好地减少系统中的无