分列运行的矿井供电网母线倒闸匹配装置的研究

论文摘要

目前,煤矿矿井35KV/6KV变电所母线都采用了分列运行的供电方式,当对电源进线或者变压器进行检修时,就常常需要进行倒闸操作将6KV侧母线的分列运行方式改变为母线的并列运行方式,这种母线运行方式变换过程会引起进行电源转换的线路出现长时间停电问题,对煤矿这样一个特殊的供电系统来说,这种长时间停电问题会严重影响煤矿的生产效益。对此,本文提出一种可以在两条母线之间直接进行不停电合闸的操作装置——倒闸匹配控制器。由于在分列运行的两条母线之间直接带电合闸势必会引起环流问题,所以倒闸匹配控制器的主要目的就是抑制或者消除这个环流。而这个环流的大小与合闸的两条母线的参数(两侧的电压值,两侧电压的相角差,两侧系统的电压频率)有关,FACTS技术的应用则可以解决这个问题。为此,本文先研究了三种典型的FACTS控制装置,分别是STATCOM、 SSSC和UPFC。通过分析得到SSSC装置的拓扑结构和控制方式上与本文提出的倒闸匹配控制装置最为相近,并以此为参考,提出本文研究的倒闸匹配控制装置的串联拓扑结构,并对这种拓扑结构的输出电压向量的控制方式进行了探讨研究。这里,倒闸匹配控制装置的主要任务是输出一个电压向量,而这个电压向量是两侧母线的电压向量之差,所以,可以将倒闸匹配控制装置的输出进行细化,分为输出幅值的控制和相角的控制。空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术是一种用在电机调速上跟踪磁链轨迹的算法,该算法具有直流侧电压利用率高,谐波输出低的特点,而被用来作为本控制装置的PWM控制算法。最后为了验证本文所提出的这种倒闸匹配控制装置能够解决两条母线之间直接带电合闸引起的环流问题,在MATLAB仿真工具中的SIMULINK环境下,对整个系统的拓扑结构进行了仿真。通过仿真分析验证了本文所提出的倒闸装置的可行性和正确性。最后本文还对整个倒闸匹配控制装置的检测部分做了硬件实现,以ATmage128单片机为主控芯片,对两侧母线的参数进行了测量,为了便于观察、记录和控制相关参数,还开发一款LED液晶显示触摸屏,可以直接在这个屏上进行相关参数的观察,记录和设定等操作,具有良好的人机接口。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 解决的方案
• 1.5 研究内容与工作安排
• 2 基于FACTS技术的控制装置及其原理
• 2.1 基于FACTS技术的STATCOM静止同步补偿器简介
• 2.2 基于FACTS技术的SSSC静止同步串联补偿器简介
• 2.3 基于FACTS技术的UPFC统一潮流调节器简介
• 2.4 本章小结
• 3 “倒闸匹配器”控制器的工作原理和拓扑结构研究
• 3.1 SSSC控制装置的研究
• 3.1.1 SSSC装置的数学模型
• 3.1.2 SSSC的控制系统
• 3.2 倒闸匹配器控制装置的拓扑结构
• 3.2.1 倒闸匹配控制器的工作原理
• 3.2.2 倒闸匹配控制器拓扑结构的确定
• 3.2.3 锁相环（PLL）原理介绍
• 3.3 本章小结
• 4 基于SVPWM的控制算法的研究和系统仿真
• 4.1 基于空间矢量电压脉宽调制（SVPWM）控制算法研究
• 4.1.1 SVPWM控制原理
• 4.1.2 SVPWM控制的基本步骤
• 4.1.3 SVPWM算法的MATLAB仿真实现
• 4.2 倒闸匹配控制器拓扑结构的系统仿真
• 4.2.1 倒闸匹配控制器中输出的参考电压的确定
• 4.2.2 倒闸匹配控制器系统拓扑结构仿真参数确定
• 4.2.3 倒闸匹配控制器系统仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 倒闸匹配控制器检测部分的硬件实现
• 5.1 检测装置的硬件电路设计
• 5.2 检测装置的软件部分设计
• 5.3 实验
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集