磁饱和可控电抗器设计与应用研究

论文摘要

随着智能电网建设逐渐升温,超(特)高压电网不断发展,电网的稳定、安全及可靠运行愈发受到重视,而无功功率的平衡是中心议题,新型无功补偿装置的研制和应用自然就成了当前电力系统需要解决的重大关键技术课题,磁饱和可控电抗器正是在这一背景下诞生和发展的。磁饱和可控电抗器结构简单,损耗小,对电网谐波污染小,适用电压等级广,表现出极强的生命力,具有重要的研究价值。论文主要做了以下几个方面的工作：(1)介绍了目前无功补偿设备的发展现状,阐述了基于磁阀式可控饱和电抗器的无功补偿设备,分析了磁饱和可控电抗器的基本结构和工作原理,根据其五种工作状态和相应的电路拓扑结构,推导出相应的电磁方程；(2)在电磁方程基础上,推导出磁饱和可控电抗器等效物理模型,并基于该等效物理模型,设计了一台单相小容量磁饱和可控电抗器的样机。(3)介绍了Tabu优化算法,并将其应用到磁饱和可控电抗器的优化设计。通过优化变量和优化参数的选择、约束条件及约束函数的确定以及对连续变量离散化等系列步骤,对磁饱和可控电抗器进行优化设计,使得优化方案的成本较原方案成本有所降低,优化效果显著。(4)引入等效电流概念,推导求得磁饱和可控电抗器的电磁方程的简约形式,并由此得到其等效电路。基于MATLAB/PSB平台,建立其仿真模型,对其进行包括动态性能、谐波特性、控制特性在内的运行特性仿真分析。(5)采用TI公司的高性能TMS320F2812DSP32位芯片为控制电路的核心,开发一套控制系统。通过控制系统,控制铁心饱和程度,改变电抗值的大小,以实现对用户无功的连续、平滑补偿。本文对磁饱和可控电抗器进行了理论分析和应用研究,通过对磁饱和可控电抗器进行MATLAB仿真分析,结果表明,磁饱和可控电抗器谐波污染小,在线无功补偿响应速度快,可实现无级调节无功输出,使得基于磁饱和可控电抗器无功电压补偿系统在各个行业都有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 电力系统无功补偿的意义
• 1.1.2 常见无功补偿装置
• 1.1.3 磁阀式可控电抗器与磁饱和式可控电抗器
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 磁饱和式可控电抗器的应用场合及功能
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 磁饱和可控电抗器数学模型
• 2.1 磁饱和可控电抗器结构及工作原理
• 2.1.1 基本结构
• 2.1.2 工作原理
• 2.2 工作状态及状态间转换
• 2.3 等效物理模型
• 2.3.1 等效磁路系统
• 2.3.2 等效物理模型
• 2.3.3 等效物理模型的数学形式
• 2.4 本章小结
• 第3章 磁饱和可控电抗器仿真分析
• 3.1 仿真平台介绍
• 3.2 磁饱和式可控电抗器的等效电路
• 3.2.1 简化数学模型
• 3.2.2 等效电路
• 3.3 仿真模型
• 3.3.1 构建仿真模型
• 3.3.2 模型参数设置
• 3.3.4 模型仿真
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.4.1 动态性能
• 3.4.2 不同触发角下工作电流分析
• 3.4.3 谐波特性
• 3.4.4 控制特性
• 3.4.5 伏安特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁饱和可控电抗器的设计与实现
• 4.1 磁饱和可控电抗器本体设计
• 4.1.1 可控电抗器运行状态分析
• 4.1.2 设计流程
• 4.1.3 设计算例
• 4.2 优化设计方案
• 4.2.1 Tabu优化算法基本原理
• 4.2.2 优化设计的数学模型
• 4.2.3 优化参数的选择
• 4.2.4 约束条件与约束函数
• 4.2.5 优化设计变量的选择
• 4.2.6 连续变量的处理方法
• 4.2.7 约束处理方法
• 4.2.8 优化设计实例
• 4.3 控制系统设计与实现
• 4.3.1 控制系统原理分析
• 4.3.2 硬件设计
• 4.3.3 软件设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 1.工作总结
• 2.今后研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表的学术论文目录）