基于新型整流变压器的TCR+TSC型SVC装置研究

论文摘要

随着现代电力网输送功率、电压等级、输送距离的不断加大,电压跌落和电网损耗也将不断加大。此外,现代各种工业迅猛发展,新型用电设备不断出现,其中大量非线性负载和感性负载的使用导致了一系列的电网质量问题,如电压和电流波形畸变、功率因数降低、电能损耗增大等。无功补偿和谐波抑制无疑是解决这类问题的有效措施。但机械投切电容器组的无功补偿方式不能连续调节无功补偿量的大小,只能分级补偿。由于存在机械分合装置,可靠性降低,且难以准确控制投切时间,可能造成投切困难。故该方式不太适合于动态无功补偿。静止无功补偿装置（Static Var Compensator, SVC）无机械触点、响应速度快、可实现连续和动态无功补偿,是目前较为理想的动态无功补偿装置。新型整流变压器具有特殊结构,能够配合滤波器实现无功补偿和谐波屏蔽功能,是化工、冶金、轧钢等领域的一种理想整流变压器,有着很好的工程应用前景。本论文基于新型整流变压器的结构特点,提出由晶闸管控制电抗器TCR （Thyristor Controlled Reactor）+晶闸管投切电容器TSC （Thyristor Switched Capacitor）组成的SVC结构,针对SVC的一些关键技术和实现方法展开较为深入的研究。论文深入研究了动态无功补偿的机理,介绍了TCR和TSC的基本原理和结构,研究了TCR和TSC的控制策略,介绍了一种基于对称分量法的SVC补偿算法。提出了基于新型整流变压器的SVC总体结构。设计了以TMS320F2812为控制核心的TCR+TSC型SVC控制器,包括硬件和软件两大部分。硬件电路由信号采集电路、DSP控制电路、光电触发电路和保护电路等组成。软件包括主程序、信号处理程序、同步触发程序和无功补偿控制算法程序等。针对35kV/10888kVA的新型整流变压器及其滤波系统,设计了10kV的SVC,建立了全系统的MATLAB/Simulink仿真模型,进行了较为深入的仿真研究。开发了380V,51kVarTCR+2×51kVarTSC的SVC实验平台,给出了实验结果。仿真和实验结果表明基于新型整流变压器的SVC具有较好的无功补偿效果,可以达到预期的控制目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.1.1 供电质量三要素
• 1.1.2 无功补偿对改善电压供电质量的作用
• 1.1.3 SVC的主要应用领域
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 无功补偿装置的发展历程
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 目前无功补偿的不足与发展趋势
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 TCR+TSC型SVC理论分析与原理研究
• 2.1 无功补偿的理论分析与原理研究
• 2.1.1 无功补偿的一般原理
• 2.1.2 无功动态补偿的基本原理
• 2.2 晶闸管控制电抗器（TCR）
• 2.2.1 TCR的基本工作原理
• 2.2.2 TCR主要接线方式和配置类型
• 2.2.3 TCR的控制系统
• 2.3 晶闸管投切电容器（TSC）
• 2.3.1 TSC的基本工作原理
• 2.3.2 TSC投入时刻选择
• 2.3.3 TSC的控制系统
• 2.4 基于TCR+TSC的SVC原理研究
• 2.4.1 TCR+TSC型SVC的补偿原理
• 2.4.2 TCR+TSC型SVC的控制系统
• 2.5 基于新型整流变压器的TCR+TSC型SVC工作原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 控制系统的控制策略及无功算法研究
• 3.1 控制系统控制策略分析
• 3.1.1 TCR控制策略分析
• 3.1.2 TSC控制策略分析
• 3.1.3 TCR+TSC控制策略分析
• 3.2 无功功率算法研究
• 3.2.1 瞬时无功功率理论概述
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的检测算法
• 3.2.3 基于瞬时无功功率理论的无功补偿算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 无功补偿控制器的设计
• 4.1 控制器原理分析
• 4.2 控制器硬件设计
• 4.2.1 控制器硬件系统设计
• 4.2.2 CPU主板电路设计
• 4.2.3 信号采集电路设计
• 4.2.4 晶闸管触发电路设计
• 4.2.5 BOD保护电路设计
• 4.3 控制器软件设计
• 4.3.1 信息显示模块
• 4.3.2 数据管理模块
• 4.3.3 主程序的设计
• 4.3.4 AD采样程序的设计
• 4.3.5 同步触发程序的设计
• 4.3.6 无功补偿控制算法的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 模型的建立及结果分析
• 5.1 模型搭建与仿真结果分析
• 5.1.1 Matlab/simulink平台介绍
• 5.1.2 仿真模型搭建
• 5.1.3 仿真结果分析
• 5.2 实验平台搭建与实验结果分析
• 5.2.1 实验平台搭建
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录