基于PWM变流器的消弧接地补偿装置的研究

论文摘要

本文针对谐振接地系统中消弧线圈的电感和电网对地电容串联谐振的问题,研究了一种基于PWM变流器的新型消弧接地补偿装置。论文采用MATLAB/Simulink对中压电网、PWM变流器及其控制系统搭建模型并进行了仿真,从主电路的拓扑结构的选择和运行控制策略两个方面进行了初步研究和理论分析。其中,运行控制包括直流侧电容预充电、测量电网对地参数、投入和退出控制。并采用DSP芯片TMS320F2812PGFA为核心控制芯片和IPM模块PM30CSJ060为功率单元设计了一台最大补偿电流为30A的消弧接地补偿装置,同时对硬件和软件进行了介绍。理论分析和仿真结果表明,采用成熟的电力电子理论和技术改造传统的消弧线圈具有一定的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 课题研究的发展现状
• 1.2.1 PWM 变流器的发展现状
• 1.2.2 中压电网接地方式及消弧线圈的发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 新型消弧接地补偿装置控制策略的分析和仿真研究
• 2.1 中压电网存在的矛盾和主电路拓扑的选择
• 2.1.1 中压电网存在的矛盾
• 2.1.2 PWM 变流器原理
• 2.1.3 主电路拓扑的选择
• 2.1.4 补偿机理的物理解释
• 2.2 直流侧电容预先充电
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 控制系统设计
• 2.2.3 直流侧电容预充电仿真
• 2.2.4 单相接地时不改变接地方式的证明
• 2.3 对地电容的在线检测
• 2.3.1 注入电流测量对地电容的原理
• 2.3.2 MATLAB 建模仿真分析
• 2.4 补偿装置的投入控制策略
• 2.4.1 根据零序电压计算得到补偿电流的原理
• 2.4.2 以最大的接地电容电流作为补偿电流的策略
• 2.4.3 PWM 变流器稳态工作时直流电压的维持
• 2.4.4 补偿装置的投入控制策略及结论
• 2.5 补偿装置的退出控制策略
• 2.5.1 在故障消失后，继续输出最大补偿电流的情况
• 2.5.2 在故障消失后，输出补偿电流按指数规律衰减
• 2.5.3 电弧重燃的情况
• 2.5.4 考察过补偿对故障消失后特征的影响
• 2.5.5 故障消失后退出控制策略
• 2.6 五次谐波电流的补偿
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于 DSP 和 IPM 的硬件电路和软件设计
• 3.1 基于DSP 和IPM 的硬件电路设计
• 3.1.1 中央处理器TMS320F2812PGFA
• 3.1.2 前端处理电路
• 3.1.3 同步信号及锁相倍频电路
• 3.1.4 功率电路设计
• 3.2 控制系统软件设计
• 3.2.1 软件系统的结构、语言及数据格式
• 3.2.2 初始化和主程序流程
• 3.2.3 中断服务子程序
• 3.2.4 指令电流的运算和直流侧电压控制
• 3.2.5 PWM 脉冲输出
• 3.3 本章小结
• 第四章 新型消弧接地补偿装置实验系统
• 4.1 PWM 变流器设计
• 4.2.1 交流侧电感设计
• 4.2.2 直流侧电容设计
• 4.2 配电网模拟系统的搭建
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论和今后工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况