基于LabVIEW的配电网铁磁谐振过电压研究

论文摘要

在中性点不接地的配电网中,为了监视三相对地电压,变电站和发电机的母线上通常都接有电磁式电压互感器。由于电磁式电压互感器的铁心具有非线性励磁特性,在暂态冲击下,如果其电感与线路对地电容满足参数匹配,将可能导致系统发生铁磁谐振。铁磁谐振不仅会造成系统过电压,还可能造成电压互感器烧毁甚至爆炸,严重威胁着配电网的安全稳定运行。因此,研究电力系统铁磁谐振的产生机理、进行理论和仿真分析以及探索有效的消谐措施对电力系统的安全稳定运行有着重要的实际意义。文章首先对铁磁谐振过电压的产生机理进行了理论分析,随后建立了一个10kV简化配电网系统的等值数学模型,并利用MATLAB/Simulink仿真工具箱中内建的饱和变压器模型搭建了一个10kV简单配电网系统的铁磁谐振数字仿真模型,分别探究了线路对地电容、互感器高压侧直流电阻、励磁电阻以及互感器励磁特性等因素对铁磁谐振的影响。仿真结果表明,线路对地电容值的大小主要决定了系统在故障后可能激发的铁磁谐振的类型；互感器高压侧直流电阻、励磁电阻以及互感器励磁特性则主要决定了铁磁谐振发生与否以及产生的铁磁谐振的剧烈程度。接下来对基于LabVIEW的电能质量监测系统进行了功能的扩展,在其原有功能的基础上,利用LabVIEW软件,以小波变换作为核心检测算法,编程实现了对铁磁谐振过电压这一暂态电能质量问题的检测分析。扩展后的电能质量监测系统不仅可以监测众多传统电能质量指标,还可以对系统中突发的铁磁谐振过电压的谐振类型以及谐振发生时刻进行准确检测定位,提高了整套监测系统的实用性和性价比。最后分别对电压互感器高压侧中性点串接非线性电阻和串接单相PT、系统中性点经消弧线圈接地以及开口三角绕组接阻尼电阻这四种消谐措施搭建了相应仿真模型,结合仿真结果,分析了每种消谐措施的优缺点。然后基于PT开口三角绕组接入阻尼电阻进行消谐的原理,设计了一套基于LabVIEW的智能消谐系统。该智能消谐系统能够自动判断系统运行状态,在铁磁谐振发生以后,可以迅速启动消谐装置,消谐效果良好。最终将本文设计的基于LabVIEW的智能消谐系统与进行了功能扩展的基于LabVIEW的电能质量监测系统容纳为一体,实现多功能一体化,可有效降低自动化变电站等电力系统重要监测节点的配置成本,具有广阔的应用前景和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 铁磁谐振的模拟试验研究
• 1.2.2 铁磁谐振的仿真分析
• 1.2.3 铁磁谐振检测与辨识方法
• 1.2.4 铁磁谐振消谐措施及消谐装置
• 1.3 LabVIEW及其在电力系统中的应用
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 铁磁谐振机理及仿真
• 2.1 铁磁谐振机理分析
• 2.1.1 铁磁谐振等效电路
• 2.1.2 工频谐振过电压
• 2.1.3 谐波谐振过电压
• 2.2 铁磁谐振仿真模型的建立
• 2.2.1 PT仿真模型的建立
• 2.2.2 PT励磁特性参数的求取
• 2.2.3 系统数学等值模型的建立
• 2.2.4 系统仿真模型的建立
• 2.3 仿真结果分析
• 2.3.1 线路对地电容对铁磁谐振的影响
• 2.3.2 PT高压侧直流电阻对铁磁谐振的影响
• 2.3.3 PT励磁电阻对谐振的影响
• 2.3.4 PT励磁特性对铁磁谐振的影响
• 2.4 小结
• 第三章 基于LabVIEW的铁磁谐振过电压检测
• 3.1 基于LabVIEW的电能质量监测系统简介
• 3.2 铁磁谐振检测算法及程序设计
• 3.2.1 小波变换检测铁磁谐振过电压的原理
• 3.2.2 小波变换检测铁磁谐振分析案例
• 3.2.3 基于LabVIEW的铁磁谐振过电压检测程序设计
• 3.3 小结
• 第四章 铁磁谐振消谐措施仿真与消谐系统设计
• 4.1 PT高压侧中性点串接非线性电阻消谐
• 4.2 PT高压侧中性点串接单相PT消谐
• 4.3 系统中性点经消弧线圈接地消谐
• 4.4 PT开口三角绕组接阻尼电阻消谐
• 4.5 基于LabVIEW的智能消谐系统设计
• 4.5.1 基于LabVIEW的智能消谐系统原理
• 4.5.2 智能消谐系统各模块具体构成
• 4.6 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表