面向冲击性负荷的TSC型无功补偿装置研究与设计

论文摘要

由于冲击性负荷自身的非线性以及电力电子变流器在其控制系统中的应用,将导致配电网功率因数的降低,同时向电网注入大量谐波。谐波的存在会造成电动机的振动和发热加剧,降低其工作效率和使用寿命。冲击性负荷还会引起电网电压和频率的波动,继而可能引发继电保护误动,降低供电可靠性。无功补偿和谐波抑制技术作为治理上述问题的主要手段,已在实际工程中取得了良好的应用效果。针对冲击性负荷的无功冲击,研制可实现快速准确跟踪特性的无功补偿装置,具有较大的应用价值。在查阅文献的基础上,本文首先总结了冲击性负荷的特点和危害。针对面向冲击性负荷的无功补偿装置,就其补偿准确性和动作快速性这两个主要问题,从检测算法、控制策略以及硬件实现等方面进行了研究,经对比分析确定在工程设计中采用TSC型就地补偿方案。在理论分析的基础上,就面向冲击性负荷的TSC型无功补偿装置开展了设计分析,重点是考虑冲击性负荷对控制系统设计的影响。在设计控制系统时,基于瞬时无功功率理论实现谐波环境下无功检测的准确性和快速性,同时采用带电压修正的无功功率控制方法,既可保证控制的快速性又提高了控制系统的稳定性。通过对等容电容器组的循环投切,可有效延长补偿装置的使用寿命,而且,基于晶闸管电子开关的控制手段,可实现电容器组的无冲击、无涌流准确可控投切。仿真结果验证了设计方案的有效性。最后,本文进行了控制系统的样机开发和测试。在样机设计中,使用32位定点高速数字信号处理器芯片DSP2812作为核心控制器,实现数据信息的快速采集计算以及控制指令信号的生成。同时,还设计开发了配合控制器工作的信号预处理电路、频率跟踪电路以及控制信号的隔离驱动电路。在软件编程上以嵌入式C语言作为主体,采用汇编语言和C语言混合编程,可兼顾快速性与可读性；采用CCS调试环境,便于执行程序的监控和数据信息的图形化显示。进一步完成了试验平台的搭建与试验方案设计,并对控制系统样机的工作性能进行测试。测试结果表明,在可能的冲击负荷范围内,补偿装置的控制系统样机均能正确动作,响应时间小于两个工频周波,可有效实现对冲击性负荷的快速跟踪补偿。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩写说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 无功补偿装置发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 冲击性负荷无功补偿装置整体设计
• 2.1 冲击性负荷的特点
• 2.2 设计需要考虑的问题
• 2.3 补偿装置整体结构
• 2.4 主电路接线方式的选择
• 2.5 主电路构成器件选型
• 2.5.1 串联电抗器选择
• 2.5.2 电容器选择
• 2.5.3 晶闸管选择
• 2.6 补偿装置保护配置
• 2.6.1 TSC型无功补偿装置的常见故障类型
• 2.6.2 电容器保护
• 2.6.3 晶闸管保护
• 2.6.4 其它保护
• 2.7 本章小结
• 第三章 补偿装置控制系统设计
• 3.1 无功功率检测算法
• 3.1.1 正弦情况下的无功定义和计算
• 3.1.2 谐波环境下的无功定义和计算
• 3.1.3 两类无功检测算法的对比
• 3.2 电容器分组及投切策略分析
• 3.2.1 电容器分组方式
• 3.2.2 电容器组投切策略
• 3.3 电容器投切时刻分析
• 3.4 系统电量检测位置的选择
• 3.5 TSC型补偿装置设计方案Matlab仿真
• 3.5.1 补偿装置仿真整体结构
• 3.5.2 投切控制仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 控制系统的软硬件实现
• 4.1 硬件系统设计
• 4.1.1 硬件系统整体结构
• 4.1.2 信号预处理模块
• 4.1.3 控制器模块
• 4.1.4 频率跟踪模块
• 4.1.5 控制信号隔离驱动和过零检测模块
• 4.1.6 硬件设计时防止电磁串扰的措施
• 4.2 软件系统设计
• 4.2.1 主程序
• 4.2.2 AD采样中断服务子程序
• 4.2.3 AD和事件管理器设置子程序
• 4.2.4 事件管理器捕获中断服务程序
• 4.2.5 投切控制子程序
• 4.3 本章小结
• 第五章 控制系统样机测试
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.2 试验方案及结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 参考文献
• 学位论文评阅及答辩情况表