矿井电网中MSC动态无功补偿系统的研究

论文摘要

由于矿井电网系统在整个电力系统中所占据的比重越来越大,保证矿井电网安全、可靠地运行成了保障电力系统运行质量的一大要事。矿井中非线性负荷的大量使用,使谐波和无功大量注入电网,对电网造成了一定的威胁。为了避免无功冲击对矿井电网产生的影响,特研究了一套动态无功补偿系统来对电网的无功量进行补偿。机械投切并联电容器(MSC)是众多动态无功补偿方式中的一种。虽然现在的无功补偿多采用晶闸管控制方式,但是,采用高压真空接触器来动态投切并联电容器组,利用了高压真空接触器寿命长、操作频繁、体积小、重量轻、不爆炸、不污染环境、价格低和良好开断性能的优点,并以它特有的优势逐渐被广大用户所接受。选用DSP作为整个系统的核心控制器,其高效的运算控制能力与高压真空接触器的完美结合,使整个系统具备了控制简单、性能可靠、功能强大、操作方便和价格便宜等特点。本文主要针对矿井电网的非线形负荷对矿井电网进行无功补偿,主要做了以下工作:首先分析了国内外无功补偿的发展趋势和研究现状,确定了研究的意义;接着介绍了瞬时无功功率理论和基于ip、iq运算方式的无功电流实时检测及其在MSC中的应用;详细叙述了矿井提升机负荷对矿井电网的影响和对大功率负荷的动态实时补偿方案;重点研究了机械投切选相控制的具体方法,并在此基础上运用神经网络对系统进行自适应补偿。文章的结尾还用Matlab对该系统建立了仿真数学模型,为MSC的控制及进一步研究奠定了基础。MSC虽然在国外已有应用,但在国内的应用却寥寥无几。随着近年来技术的不断发展,国内的几个大型项目也在逐渐接受这种补偿方式,但是大多集中在低压领域。本文所研究的系统刚好填补了国内此项技术在高压领域的空白,相对于传统的动态无功补偿装置来说,此系统更具有可靠性强、损耗少、成本低的优点,给企业和国家都带来了巨大的经济效益。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外无功补偿的研究现状和发展趋势
• 1.3 本论文主要研究内容和方法
• 2 动态无功补偿原理和检测方法的研究
• 2.1 动态无功补偿的原理
• 2.2 动态无功补偿装置中无功补偿容量的确定
• 2.3 动态无功补偿中的无功电流检测方法
• 2.3.1 瞬时无功功率理论
• 2.3.2 基于p、q 运算方式的无功电流实时检测
• 2.3.3 基于ip、iq 运算方式的无功电流实时检测
• 2.4 本章小结
• 3 提升机负荷对矿井电网影响的分析
• 3.1 矿井提升机主电路概况
• 3.2 提升机工作过程中有功和无功变化的分析与计算
• 3.2.1 提升机的工作特点
• 3.2.2 提升机无功冲击负荷的简化计算
• 3.3 冲击性负荷对电网影响的综合分析
• 3.3.1 功率因数
• 3.3.2 电压波动
• 3.4 本章小结
• 4 矿井电网的动态无功补偿方案的设计
• 4.1 MSC 控制系统
• 4.1.1 主电路分析
• 4.1.2 系统变量的检测及算法
• 4.1.3 控制目标的选取及控制策略
• 4.2 矿区负荷补偿量Q 的确定
• 4.3 并联电容器分组
• 4.3.1 等容量分组
• 4.3.2 不等容量分组
• 4.3.3 实际分组情况
• 4.4 高压真空接触器的选择
• 4.5 本章小结
• 5 选相投切控制方法的研究
• 5.1 选相投切的基本原理
• 5.2 选相投切算法的实现
• 5.2.1 电压、电流过零点检测
• 5.2.2 基于神经网络的合分闸动作时间预测
• 5.3 本章小结
• 6 动态无功补偿控制器的设计
• 6.1 系统的总体结构
• 6.2 控制器硬件设计
• 6.2.1 主控芯片的选择
• 6.2.2 系统采样电路
• 6.2.3 输入和输出信号的控制
• 6.2.4 保护电路
• 6.2.5 人机接口
• 6.2.6 串口通信
• 6.3 控制器软件设计
• 6.3.1 DSP 混合编程与开发环境
• 6.3.2 主程序流程设计
• 6.3.3 数据采样与控制流程设计
• 6.3.4 串行通信子程序
• 6.3.5 投切过程控制
• 6.3.6 “并联电容器自动投切监控系统”界面设计
• 6.4 本章小结
• 7 仿真实验
• 7.1 系统仿真
• 7.1.1 MATLAB 概述
• 7.1.2 初始系统仿真模型的建立
• 7.1.3 动态无功补偿控制系统模型的建立
• 7.1.4 动态无功补偿仿真结果分析
• 7.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集