无功补偿投切电容器同步控制技术的研究

论文摘要

当今电网中大多采用并联电容器进行无功补偿,这必然涉及到电容器的投切问题。传统的随机投切电容器很容易产生很高的涌流和过电压,给投、切开关和电网用电设备带来损害。采用同步开关技术投切电容器可以有效的抑制开合闸所引起的涌流和过电压。近年来,微电子、电力电子、永磁材料等技术的发展,尤其是永磁机构出现,为实现同步开关技术提供了有利条件。目前永磁机构应用研究多集中在中、高压真空断路器上,而将其与接触器结合应用于低压无功补偿上的研究很少。因此本论文以低压永磁接触器为研究对象,对其在同步投切电容器中的关键技术进行了深入研究。首先,本文利用有限元分析软件Ansys建立永磁机构的模型,并从磁场角度分析了其工作原理；接着利用Matlab可视化仿真工具Simulink工具箱对投切电容器引起的暂态过程进行仿真,验证同步开关技术在抑制投切电容器所引起的涌流和过电压的有效性。并在此基础上提出了永磁接触器同步控制策略；然后,以永磁接触器HFE-12C为例,分析了影响其作时间的主要原因,如控制电压、环境温度等,并针对这些影响因素对低压永磁接触器HFE-12C进行实验研究。分别测得了在不同控制电压、环境温度下其动作时间,为后续对接触器动作时间的预测提供了实验数据；最后,针对控制电压、环境温度与永磁接触器动作时间的非线性映射关系,本文提出了采用BP神经网络算法来预测开关动作时间,建立了以LM学习算法的BP神经网络模型。利用HFE-12C动作时间数据训练网络,得到网络的权值、阈值,并用测试样本对其测试。实验结果表明本文设计的BP神经网络很好的反应了控制电压、环境温度和开关动作时间分散性的映射关系。参与训练的样本,网络对其动作时间预测误差都在±0.1ms以内；未参与网络训练的测试样本,网络对其动作时间预测误差最大也只有0.12ms。这为永磁接触器实现同步控制奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力系统中无功补偿
• 1.2 同步开关技术投切电容器的提出与意义
• 1.3 采用同步开关技术投切电容器发展现状及存在问题
• 1.3.1 同步开关技术投切电容器的发展现状
• 1.3.2 存在的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 永磁机构及其同步控制策略分析
• 2.1 永磁机构及其动作特性的研究
• 2.1.1 永磁机构磁场分布的计算模型
• 2.1.2 永磁机构磁场分布有限元仿真分析
• 2.2 同步投切电容器控制策略的研究
• 2.2.1 投切电容器暂态过程仿真
• 2.2.2 电力开关的同步控制策略
• 2.3 小结
• 第3章 永磁接触器同步控制影响因素的研究
• 3.1 永磁接触器动作时间分散性的影响因素分析
• 3.1.1 控制电压对时间分散性的影响
• 3.1.2 环境温度对合闸时间的影响
• 3.1.3 老化磨损对操动机构动作时间的影响
• 3.2 预击穿对同步关合控制的影响
• 3.3 实验研究和分析
• 3.4 小结
• 第4章 BP神经网络时间预测模型的建模仿真
• 4.1 人工神经网络概述
• 4.2 基于BP神经网络的关合时间预测建模
• 4.2.1 输入输出向量的选择
• 4.2.2 训练样本和测试样本的选取与预处理
• 4.2.3 网络层数以及节点个数的选取
• 4.2.4 网络权值的选取
• 4.2.5 神经网络的学习算法选择
• 4.3 BP神经网络的算法的实现及仿真结果分析
• 4.4 实现同步投切电容器的总体设计方案
• 4.5 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢