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磁阀式可控电抗器的装置特性与控制系统的研究

作　者: 张曙
导　师: 陈国柱
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 磁阀式可控电抗器有限元分析磁路虚拟仪器 LabWindows 动态响应速度有源电力滤波器
分类号: TM47
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

磁阀式可控电抗器(Magnetic valve Controllable Reactor-MCR)作为一种新型动态无功补偿装置,近年来受到了越来越广泛的关注。本文对磁阀式可控电抗器本体的设计和控制系统的开发进行了研究,并探索性研究了改善其性能的方法。首先对磁阀式可控电抗器进行了理论研究,推导了其数学模型,根据数学模型得到其在不同时刻的工作过程,并分析得到其工作特性,其中包括谐波特性、控制特性、动态特性、损耗特性等。其次研究了磁阀式可控电抗器本体的设计方法,并设计出一套电压等级为1OkV,容量为600k Var的磁阀式可控电抗器。利用电磁场有限元分析软件Ansoft对设计的参数进行了磁路仿真分析,并利用Matlab进行了电路仿真分析。再次将虚拟仪器技术应用到磁阀式可控电抗器控制器中,以工控机为主要硬件平台,以LabWindows/CVI为软件开发平台,设计并实现了一套完全基于虚拟仪器的磁阀式可控电抗器控制器,并将该控制器拓展应用到晶闸管控制电抗器等类似产品中。最后针对磁阀式可控电抗器运行过程中存在的谐波问题和动态响应速度慢的问题,提出一种快速响应型磁阀式可控电抗器与有源电力滤波器综合运行的系统结构,在综合补偿负载无功功率和谐波的同时,利用有源电力滤波器(Active Power Filter-APF)直流侧储能电容放电来提高MCR的动态响应速度。详细分析了磁阀式可控电抗器加快动态响应速度的原理,并分析了综合运行系统的控制原理。对所提出的综合运行系统,在Matlab中搭建了仿真模型进行仿真验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-21
  1.1 电力系统无功补偿概述  10-12
    1.1.1 无功补偿的概念和意义  10-11
    1.1.2 无功补偿标准  11-12
  1.2 无功补偿装置综述  12-17
    1.2.1 同步调相机  12
    1.2.2 并联电容器  12-13
    1.2.3 晶闸管投切电容器  13
    1.2.4 晶闸管控制电抗器  13-15
    1.2.5 磁阀式可控电抗器  15-16
    1.2.6 静止无功发生器  16
    1.2.7 无功补偿装置对比  16-17
  1.3 磁阀式可控电抗器的发展与现状  17-18
  1.4 虚拟仪器技术  18-19
  1.5 本文主要研究内容  19-21
第二章磁阀式可控电抗器数学建模与工作特性分析  21-31
  2.1 工作原理分析  21-23
  2.2 电磁方程与数学模型  23-27
    2.2.1 磁阀式可控电抗器电磁方程  23-27
    2.2.2 磁阀式可控电抗器各工作状态的转换  27
  2.3 工作特性分析  27-30
    2.3.1 谐波特性  27-28
    2.3.2 控制特性  28-29
    2.3.3 动态特性  29
    2.3.4 损耗特性  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章磁阀式可控电抗器本体设计及仿真  31-41
  3.1 磁阀式可控电抗器关键参数设计  31-32
  3.2 基于Ansoft的磁路仿真研究  32-36
    3.2.1 Ansoft Maxwell及有限元分析简介  32
    3.2.2 磁阀式可控电抗器磁路仿真分析  32-36
  3.3 基于Matlab/Simulink的电路仿真分析  36-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章基于虚拟仪器的磁阀式可控电抗器控制器的设计  41-53
  4.1 控制系统总体框图  41-42
  4.2 控制器硬件设计  42-43
    4.2.1 工控机介绍  42
    4.2.2 数据采集技术  42-43
  4.3 控制器软件设计  43-48
    4.3.1 信号采样和系统无功功率的计算  43-44
    4.3.2 晶闸管触发角α的计算  44-47
    4.3.3 人机界面显示模块  47-48
  4.4 控制器拓展应用  48-51
    4.4.1 手动补偿模式实验  49-50
    4.4.2 自动补偿模式实验  50-51
  4.5 本章小结  51-53
第五章快速响应型磁阀式可控电抗器与APF综合运行系统的研究  53-62
  5.1 综合运行系统结构及工作原理  54-57
    5.1.1 APF原理介绍  54-55
    5.1.2 提高MCR动态响应速度的方法分析  55-56
    5.1.3 综合运行系统结构分析  56-57
  5.2 综合运行系统控制原理  57-59
    5.2.1 APF的控制原理  57-59
    5.2.2 MCR的控制原理  59
  5.3 仿真结果及分析  59-61
    5.3.1 MCR单独运行补偿无功仿真分析  59-60
    5.3.2 MCR和APF综合运行补偿无功和谐波仿真分析  60-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章总结与展望  62-64
  6.1 本文工作总结  62
  6.2 未来工作展望  62-64
附录  64-66
致谢  66-68
硕士在读期间发表论文  68-69
参考文献  69-71

磁阀式可控电抗器的装置特性与控制系统的研究

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