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基于对称分量法的矿热炉短网补偿技术的研究

作　者: 赵欣
导　师: 贾文超
学　校: 长春工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 短网无功补偿对称分量法负序电流补偿 MATLAB仿真
分类号: TM714.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
引　用: 1次
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内容摘要

矿热炉具有低电压、大电流而且负荷非线性的特点,在其运行过程中,由于电弧长度急剧变化使电网无功功率大量增加,能耗大,并且会产生电压波动、闪变、三相不平衡、负序电流等问题,导致电网不稳定。因此,进行无功补偿是必然的。文中研究内容来源于国家科技支撑项目矿热炉无功补偿系统,研究对象选择了某厂103号炉的无功补偿装置。本文基于对称分量法,计算出负序电流,进而计算出补偿电纳值,然后用TCR+TSC方法进行无功功率补偿。由于对称分量法只适合线性系统,首先需将采集到的电流进行傅里叶变换,从变换结果中提取出基波分量,针对该分量值采用对称分量法分解出负序分量,计算补偿电纳值,然后利用PWM波控制触发角的大小,实现对负序电流的补偿,上述数据采集和触发角控制由单片机完成,其余计算部分在工控机中进行。硬件部分主要采用工业用高可靠摩托罗拉单片机进行控制,首先通过采样电路将采集到的电压和电流值送入到单片机的A/D转换器中,经A/D模块后,将其转换结果送入到工控机中,工控机计算得到的晶闸管触发角返送给单片机,根据返回值由单片机发出PWM波,经触发电路控制补偿电容的容抗和电感的感抗,从而实现补偿导纳的动态调节。软件部分包括了算法部分和控制部分,由于计算出的电容值和补偿电纳值,需要采用线性方程的逼近方法来确定补偿控制触发角,本文采用三次样条插值,来求解晶闸管的触发角。使用MATLAB软件,进行了晶闸管触发角三次样条插值函数拟合、负序电流补偿和整体补偿电路的计算机仿真。仿真结果证明了采用样条函数计算触发角可有效提高计算精度,通过负序电流补偿仿真实验表明高次谐波得到了有效抑制、电流畸变明显减小。整体补偿电路仿真实验证明了本文采用的补偿方法,具有高的补偿精度。文中完成的内容对下一步实际系统的设计与应用具有一定的借鉴意义。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-15
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 无功补偿装置的发展现状  8-14
    1.2.1 无功补偿装置的发展现状  8-10
    1.2.2 当前无功补偿装置分类  10-13
    1.2.3 矿热炉短网补偿的特点  13-14
  1.3 题目的来源和研究内容  14-15
第二章矿热炉无功补偿原理及控制算法  15-24
  2.1 TCR+TSC补偿装置的补偿原理  15
  2.2 控制算法的研究  15-18
    2.2.1 对称分量法的引出  15-16
    2.2.2 对称分量法的实质  16
    2.2.3 用对称分量法分析不对称三相系统的优点  16-17
    2.2.4 运用对称分量法应注意的事项  17-18
  2.3 检测基波电流与电压的计算方法  18-19
  2.4 补偿电纳的计算  19-20
  2.5 针对补偿电纳的参数计算  20-21
  2.6 补偿电纳的样条插值算法  21-24
第三章矿热炉无功补偿控制系统硬件设计  24-32
  3.1 加入补偿装置的电气系统框图  24-25
  3.2 单片机控制系统硬件电路设计  25-29
    3.2.1 控制电路的总体设计方案  25
    3.2.2 单片机的功能和特点  25-26
    3.2.3 采样电路的设计  26-27
    3.2.4 电流信号转换电路  27
    3.2.5 触发电路的设计  27-29
    3.2.6 电源电路的设计  29
  3.3 数字化控制器的可靠性设计  29-32
    3.3.1 干扰的来源  30
    3.3.2 抗干扰对策  30-32
第四章矿热炉短网补偿装置软件设计  32-39
  4.1 补偿装置程序框架的构成  32
  4.2 补偿装置主程序流程  32
  4.3 初始化程序  32-35
    4.3.1 数模转换器的结构、功能特点和设置  32-34
    4.3.2 脉冲宽度调制模块(PWM)的设置  34-35
  4.4 中断服务程序  35-36
  4.5 补偿导纳及触发角计算程序设计  36-39
    4.5.1 对称分量法求解子程序  36-38
    4.5.2 样条插值算法子程序  38-39
第五章矿热炉短网补偿技术仿真与分析  39-46
  5.1 MATLAB仿真软件简介  39
  5.2 补偿用晶闸管触发角样条插值逼近仿真  39-41
  5.3 负序电流补偿的MATLAB仿真  41-43
    5.3.1 仿真电流模型建立  41-42
    5.3.2 基于对称分量法的基波负序电流计算  42
    5.3.3 负序电流补偿仿真  42-43
  5.4 矿热炉短网补偿效果仿真  43-46
结论与展望  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-52
攻读硕士学位期间发表论文  52-53

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