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负荷补偿用静止无功补偿器的研究

作　者: 刘艳村
导　师: 文习山
学　校: 武汉大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: SVC 闪变滤波晶闸管阀瞬时无功理论
分类号: TM761.1
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着我国国民经济的迅速发展,越来越多具有运行功率因数低、非线形、非对称性和冲击性等特点的工业用电设备和民用电设备接入配电网中,由此产生了功率因数低,电压波动和闪变,电压三相不平衡,高次谐波污染等诸多的电能质量问题,其中最典型的负荷就是冶金行业的交流电弧炉和连轧机组。在能够很好地综合解决这些电能质量问题的各种电气设备中,TCR(Thyristor Controlled Reactor,简称TCR)+FC(Fixed Capacitor,简称固定电容器组)型静止无功补偿器(Static Var Compensator,简称SVC)是其中性能价格比相对很高的一种,它能够自动跟踪负荷的运行变化,通过连续控制晶闸管的导通角来快速调整并联电抗器的输出容量的大小,对提高负荷的功率因数、稳定和平衡系统电压、降低流向系统的高次谐波电流、平衡不对称三相负荷等有显著效果。目前,在西方国家,SVC已是一种技术相对比较成熟的产品了。国内虽有很少数的供货商,但在产品技术方面和性能方面与国外相比,仍有较大差距。作者在所在的工作单位——广东顺特电气有限公司从事负荷补偿用TCR+FC型SVC的研究和开发工作。本文就作者在近三年中的研究和开发的成果——SVC的工程设计,其中主要是SVC的动态补偿容量的计算和无源滤波器组的参数设计,晶闸管阀的参数和结构设计,触发和散热措施,基于瞬时无功理论的控制策略的研究、数字控制硬件平台的可靠实现,以及在PSCAD平台的仿真和模拟试验的结果等做出详细说明。交流电弧炉和轧钢机组的运行会给配电网带来很大的无功冲击,造成配电网的电压发生闪变。为解决这些冲击性负荷带来的电压闪变问题的SVC的动态补偿容量的大小主要取决于其最大无功波动量和SVC的响应速度。当SVC的补偿率为100%,响应时间为20ms时,对电压闪变毫无抑制作用。而如果SVC的响应时间超过20ms,则SVC的补偿率越高,其运行会使得电压闪变越严重。本文在对交流电弧炉和轧钢机组两种负荷的电气特性分析的基础上,给出了各自的具体的SVC容量计算方法,并举出实例来说明。在SVC中,常用的三种无源滤波器形式为:单调谐式,二阶高通式和C型高通式。单调谐滤波器通频带窄,滤波效果好,损耗小,易调谐,是使用最多的一

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-13
引言  13-14
第一章绪论  14-23
  1.1 本文的研究目的和意义  14-17
    1.1.1 电能质量问题  14-15
    1.1.2 负荷补偿  15-17
  1.2 SVC的基本类型  17-22
    1.2.1 TCR  18-20
    1.2.2 TSC  20-21
    1.2.3 TCR+FC  21-22
  1.3 本文的主要工作  22-23
第二章 SVC的工程设计  23-52
  2.1 电压波动、电压闪变和谐波的概念  23-28
    2.1.1 电压波动  23-24
    2.1.2 电压闪变  24-26
    2.1.3 谐波  26-28
  2.2 典型负荷的电气特性  28-30
    2.2.1 交流电弧炉  28-29
    2.2.2 连轧机组  29-30
  2.3 SVC的容量计算  30-41
    2.3.1 响应时间、补偿率和改善率的定义  30-31
    2.3.2 交流电弧炉的运行参数估算  31-32
    2.3.3 交流电弧炉补偿用SVC的容量计算  32-35
    2.3.4 连轧机组补偿用SVC的无功补偿容量计算  35-41
  2.4 SVC的滤波设计  41-52
    2.4.1 无源滤波器种类  41-42
    2.4.2 滤波器特性分析  42-47
    2.4.3 滤波电容器的安全性能校验  47-49
    2.4.4 实例  49-52
第三章晶闸管阀的设计  52-67
  3.1 晶闸管  52-55
    3.1.1 晶闸管的电气参数  52-54
    3.1.2 晶闸管的热参数  54-55
  3.2 晶闸管阀  55-64
    3.2.1 基本概念  55-57
    3.2.2 吸收电路和均压电路  57-61
    3.2.3 驱动电路  61-63
    3.2.4 检验项目  63-64
  3.3 晶闸管阀的散热  64-67
    3.3.1 不同冷却方式的比较  64-65
    3.3.2 循环水冷却设备  65-67
第四章 SVC的控制策略研究  67-95
  4.1 SVC的基本控制功能  67-68
  4.2 针对不平衡负荷补偿的开环控制算法  68-83
    4.2.1 基于C.P.Steinmetz平衡化原理的负荷补偿原理  68-72
    4.2.2 基于瞬时无功理论的控制算法  72-76
    4.2.3 基于负荷基波序电流的控制算法  76-80
    4.2.4 基于单相无功功率的控制算法  80-83
  4.3 针对平衡负荷补偿的开环控制算法  83-85
  4.4 信号检测  85-90
    4.4.1 基于滑动窗口傅氏算法的仿真  85-88
    4.4.2 低通滤波器对SVC控制特性的影响  88-90
  4.5 负荷补偿的闭环控制算法  90-92
  4.6 SVC辅助控制功能的设计  92-95
第五章 SVC的控制硬件实现  95-101
  5.1 国外著名供货商的SVC控制系统简介  95-97
  5.2 SVC的控制硬件设计  97-101
    5.2.1 SIMADYN-D控制器  98-99
    5.2.2 脉冲发生器  99-101
第六章 PSCAD仿真和模拟试验  101-120
  6.1 模拟试验平台和仿真模型的搭建  101-105
  6.2 SVC的仿真分析  105-114
    6.2.1 电压.电流特性  105-106
    6.2.2 SVC投入时的响应  106-108
    6.2.3 开环控制下的扰动试验  108-110
    6.2.4 开环和闭环控制下的扰动试验  110-112
    6.2.5 不平衡补偿试验  112-114
  6.3 SVC的模拟试验  114-120
    6.3.1 控制硬件的性能测试  114-115
    6.3.2 SVC的稳态性能测试  115-116
    6.3.3 SVC的动态性能测试  116-118
    6.3.4 不平衡控制下SVC的补偿精度验证  118-120
第七章结论  120-122
参考文献  122-128
致谢  128-129
在读期间的工作成果  129
在读期间发表的论文  129

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