高压静态滤波及无功补偿用控制器关键技术研究

论文摘要

电力系统中的谐波和无功功率是影响电压稳定和产生电能损耗的一个重要因素。随着直流电弧炉在冶金行业所占比例的不断增加,其对电能质量的影响日趋严重,本文在分析直流电弧炉系统对电能质量影响的基础上,设计了一种TCR+TSC混合型动态滤波与无功补偿装置用控制器,该控制器以LPC2368作为主控芯片,选用ATT7022C作为电气测量参数变换电路,以FFT算法对原始数据进行处理,实现了对直流电弧炉系统的谐波分析。为了抑制无功补偿电容合闸时的涌流,采用晶闸管阀过零触发投切电容器组,通过控制晶闸管阀导通角a的大小来调节电抗器电流的大小防止功率因数的过补偿。为方便对控制系统的操作与管理,本控制器还设计了人机交互模块和数据存储电路。软件部分采用模块化的设计思想对数据分析、投切控制、故障保护、数据存储、通讯和人机交互等程序分别设计。控制器采用FFT算法进行参数分析,以基于电压校准的无功功率控制方式对电容器组进行投切,并在电网电压或谐波畸变率超过设定值时,逐级退出电容器组和电抗器,实现保护。控制器还从硬件与软件两方面着手,采取了合适的抗干扰措施。最后,通过在某13kA/60V直流电弧炉补偿系统中的应用,对控制器的部分性能做了实际检测。实验结果表明,本控制器的可应用于直流电弧炉系统实现功率因数的较好补偿,且设计合理、计算精度高、响应速度快,具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 谐波与无功功率的危害
• 1.3 滤波及无功补偿技术的发展现状简介
• 1.4 谐波抑制及无功补偿补偿技术的发展趋势
• 1.5 论文的主要内容及章节安排
• 第二章 直流电弧炉系统谐波及功率因数现状浅析
• 2.1 电弧炉系统的工作过程简介
• 2.1.1 交流电弧炉工作过程简析
• 2.1.2 直流电弧炉工作过程简析
• 2.2 直流电弧炉的特点
• 2.3 直流电弧炉对电能质量的影响
• 2.3.1 电网电压波动和闪变
• 2.3.2 电网电压波形畸变
• 2.3.3 功率因数降低
• 2.4 本章小结
• 第三章 谐波抑制与功率因数补偿的常用方法
• 3.1 功率因数补偿的原理与常用方法
• 3.1.1 功率因数补偿的原理
• 3.1.2 功率因数补偿的常用方法
• 3.2 谐波检测和分析方法的选择
• 3.2.1 谐波检测和分析方法简介
• 3.2.2 FFT算法的实现
• 3.3 无功补偿控制量的选择
• 3.3.1 恒压控制方式
• 3.3.2 恒功率控制方式
• 3.3.3 按无功功率控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 直流电弧炉系统谐波抑制及无功补偿用控制器的方案设计
• 4.1 直流电弧炉系统谐波抑制及无功补偿的特殊性
• 4.2 直流电弧炉系统静态滤波及无功补偿装置的总体方案设计
• 4.3 滤波及无功补偿装置所应达到的性能指标
• 4.3.1 谐波抑制与无功补偿所要达到的目标
• 4.3.2 补偿装置所要达到的性能指标
• 4.4 控制器硬件结构总体设计
• 4.4.1 控制器硬件原理框图
• 4.4.2 控制系统功能简介
• 4.5 控制器的软件框图
• 4.6 本章小结
• 第五章 控制系统硬件电路设计
• 5.1 控制系统硬件结构概述
• 5.1.1 测量芯片简介
• 5.1.2 主控制芯片ARM7-LPC2368简介
• 5.2 电源电路
• 5.3 参数测量与处理电路
• 5.4 投切控制模块电路设计
• 5.4.1 TSC驱动及保护模块
• 5.4.2 TCR驱动及保护模块
• 5.5 人机接口
• 5.6 数据存储电路
• 5.7 硬件电路抗干扰设计
• 5.8 本章小结
• 第六章 控制系统软件设计
• 6.1 主控电路板的软件设计
• 6.1.1 主程序
• 6.1.2 数据采集模块软件设计
• 6.1.3 参数运算模块
• 6.1.4 故障保护模块
• 6.1.5 投切控制模块
• 6.1.6 通讯模块
• 6.1.7 数据存储模块
• 6.2 驱动及保护电路板的设计
• 6.3 人机交互电路板的软件设计
• 6.4 软件抗干扰设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 设计结果检验及调试结果
• 7.1 实验系统简介
• 7.1.1 实验系统具体情况
• 7.1.2 补偿装置具体设计
• 7.1.3 补偿装置的控制量及控制方式的选取
• 7.2 原始参数与补偿和滤波后的结果
• 7.2.1 根据设计的模拟结果
• 7.2.2 补偿装置投入运行后的实际效果
• 第八章 总结与展望
• 8.1 课题结论
• 8.2 存在问题及应继续研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要