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电容器谐振过电压保护装置开发

作　者: 王兆生
导　师: 程新功
学　校: 济南大学
专　业: 控制工程
关键词: 谐振分析电容器保护 DSP开发人机交互
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要

随着经济的快速发展，电力电子设备和非线性负荷使用的逐年增加，电网中的谐波污染越来越严重，与此同时电力公司为了补偿无功功率、改善功率因数而大量增加使用电容器组。谐波对于无功补偿电容器的运行存在不利的影响。一方面电容器会在某一谐波条件下与系统内部感性元件相互作用产生谐振，从而引起过电压而无法正常运行甚至遭到破坏，另一方面电容器可能放大谐波从而使电网谐波污染更为严重。本文基于谐波与谐振的基本原理，分析了电容器谐振产生的条件与谐振频率的计算，并使用实际电网等值模型进行了谐振分析。从电容器谐波电流放大、电容器阻抗放大、谐波对电容运行参数的影响三个理论方面分析了谐波对于电容器的危害。电容器谐波的保护方面，根据国家标准（GB/T11024.12001）从电容器谐波限值、电容器谐波过载能力、电容器谐波过电压保护整定等方面进行了分析，并提出单次谐波、总谐波下电容器谐波过电压保护计算公式。讨论了对电容器谐波过电压的抑制，首先要从电力系统中存在的谐波源开始，减少系统中的谐波含量，进而减少谐波对电容器的影响；其次针对电容器的特点，配置合理的电容器参数（包括串联电抗器），减少电容器谐波电流的注入，进而提高电容器运行的可靠性。电容器保护装置选用DSP作计算核心，使用FPGA作数据采集控制。外围设计了谐波采集与调理电路、FPGA单元电路与通信接口电路。DSP模块使用了eZdspTMS320F2812最小系统，在其基础上开发计算、通信程序。基于阿尔泰ARM8019工业级嵌入式板卡开发了人机交互程序，能够方便录入电网设备参数、设置各项保护限值，能够实现当前线路及电容器运行参数、历史数据、历史保护动作查询等功能，可以选择设备不同的运行方式，离线条件下，设备调节信息需人工确定不直接下发；在线模式下，设备调节信息不经人工确认直接下发。最后将本装置测量的数据与标准电能质量分析仪测量数据进行对比，分析装置正常工作情况下测量精确性。将装置计算的谐波电压与理论分析的值进行对比，分析装置正常工作情况下计算精确性。人工对系统的调节准确性与灵敏性进行测试，验证装置保护动作的有效性与精确性。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 选题的背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
    1.2.1 电容器谐波问题研究现状  12
    1.2.2 电容器保护问题研究现状  12-13
  1.3 本文所做的主要工作  13
  1.4 本章小结  13-15
第二章电容器谐振特性与过载保护  15-41
  2.1 谐波及谐振表示  15-18
    2.1.1 谐波的表示与特性  15-16
    2.1.2 电容谐振产生原因与分类  16-18
  2.2 谐振分析  18-24
  2.3 谐波对电容器危害分析  24-28
    2.3.1 谐波电流的放大及判别区间  24-25
    2.3.2 谐波阻抗的放大  25-26
    2.3.3 谐波对电容运行参数的影响  26-28
  2.4 电容器谐振过载保护  28-36
    2.4.1 电容器谐波限值  28-33
    2.4.2 电容器谐波过载能力分析  33-34
    2.4.3 电容器过电压保护的整定计算  34-35
    2.4.4 电容器的谐波保护分析  35-36
  2.5 电容器谐振保护措施  36-39
    2.5.1 谐波滤波器设计  36-37
    2.5.2 抑制电容器谐波过载的措施  37-39
  2.6 本章小结  39-41
第三章电容器谐振过电压保护系统硬件设计  41-54
  3.1 硬件系统架构设计  41
  3.2 主处理器模块  41-42
  3.3 谐波采集与调理电路模块设计  42-44
  3.4 电压跟随电路设计  44-45
  3.5 AD 转换模块设计  45-46
  3.6 多路转换开关  46-47
  3.7 FPGA 控制模块设计  47-48
  3.8 通信模块硬件设计  48-52
    3.8.1 485 转换电路  50-51
    3.8.2 232 转换电路  51-52
  3.9 人机交互模块硬件  52-53
  3.10 本章小结  53-54
第四章电容谐振过电压保护系统软件设计  54-68
  4.1 系统软件架构  54
  4.2 电容器保护设备工作流程  54-55
  4.3 人机界面  55-59
    4.3.1 主监控界面  55-56
    4.3.2 历史数据查询界面  56-57
    4.3.3 限值参数设定界面  57
    4.3.4 设备参数设置界面  57-58
    4.3.5 谐波含量查询  58-59
  4.4 通信模块软件设计  59-63
    4.4.1 MODBUS 通信协议  59-61
    4.4.2 通信模块执行流程  61-63
  4.5 数据库模块  63-65
  4.6 谐波计算子程序设计  65-66
  4.7 本章小结  66-68
第五章系统调试结果分析  68-73
  5.1 系统运行  68
  5.2 谐波含量测量精度测试  68-70
  5.3 谐波数值计算精度测试  70-72
  5.4 谐振保护动作灵敏性测试  72
  5.5 本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79

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