TSC高低压动态无功补偿装置综合控制器的研制

摘要

晶闸管投切电容器(TSC)是一种广泛应用于配电系统的静止无功补偿装置,具有运行时谐波小、运行损耗低的优点。针对目前低压380V及高压10kV TSC控制器不统一,低压控制器无法直接使用于高压控制器的问题,本文提出TSC型高低压动态无功补偿装置综合控制器的研究。 本文主要研究工作如下： (1)介绍了无功补偿装置的作用和国内外研究的现状,重点分析了当前晶闸管投切电容器系统中存在的主要问题,论述了高低压动态无功补偿综合控制器研究的必要性。 (2)从晶闸管投切电容的基本原理出发,分析了晶闸管投切开关、触发时刻、电容的编码方式和谐波放大等对系统的影响,在已有低压TSC动态无功补偿装置基础上,对10kV高压无功补偿系统进行了仿真分析,为综合控制器的设计奠定了理论研究基础。 (3)设计出适合于TSC型高低压动态无功补偿装置的综合控制器,具体对控制器的中央控制单元、交流采样电路、人机接口电路和隔离触发电路等硬件电路分别进行了优化设计,使控制器具有通用的输入输出接口,实现了电容器的过零投切和相关的保护；重点改进了电量参数计算的方法,根据电网信号的特点,结合低压TSC动态无功补偿装置软件编程的经验,对傅立叶级数离散化算法进行了合理简化,使算法能够在半个周波内完成采样,实时快速准确计算当前电网信号的基波分量、无功功率和电流谐波总畸变率等参数；投切电容采用综合控制,按功率因数确定补偿容量,并具有谐波、过压、欠压和小电流等多重控制和保护；用户可以根据具体情况手动修改控制器相关参数,从而使控制器适用高低压甚至多种电压等级TSC的控制。 (4)为提高高压情况下电容器的可靠性,控制器结合二进制编码和等值编码的优点,改进了电容的编码方式,实现了电容器的循环投切,使各个电容器得到平均利用,延长了电容器的使用寿命,提高了装置的可靠性。

目录

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第一章绪论

1.1无功补偿研究背景和意义

1.1.1无功补偿的作用

1.1.2国内电网功率因数现状

1.2无功补偿装置的发展

1.2.1无功补偿装置的类型

1.2.2 TSC功率补偿的方式

1.3 TSC应用中主要存在的问题

1.3.1算法实时性和准确性

1.3.2晶闸管耐压问题

1.3.3控制器统一性

1.4本课题主要研究内容

1.5本章小节

第二章系统原理及仿真

2.1 TSC型无功补偿装置基本原理

2.1.1投切开关的分类

2.1.2投入时刻对电容涌流的影响

2.1.3电容器的分组投切

2.1.4电容器谐波电流放大

2.2 TSC系统仿真

2.2.1系统总体设计

2.2.2无功功率计算模块

2.2.3电容投切模块

2.2.4过零触发脉冲产生模块

2.2.5仿真波形

2.3本章小结

第三章硬件电路及参数设计

3.1控制器系统设计

3.1.1控制器总体结构

3.1.2核心控制芯片

3.2交流采样电路设计

3.2.1高压检测电路

3.2.2低压信号调整电路

3.3人机接口和参数设置

3.3.1键盘设计

3.3.2显示设计

3.3.3参数设置与存储

3.4测频电路

3.5投切开关

3.5.1触发电路

3.5.2保护电路

3.6本章小结

第四章系统软件设计

4.1软件系统结构

4.1.1软件基本功能模块

4.1.2主程序流程

4.2交流信号采样算法

4.2.1交流采样基本原理

4.2.2交流采样算法比较

4.2.3傅立叶级数离散化算法及其简化

4.3捕获电网频率

4.4投切控制

4.4.1按功率因数确定补偿容量

4.4.2循环投切

4.4.3投切相关保护

4.5参数校正

4.6本章小结

第五章综合控制器实验研究

5.1概述

5.2实验波形及数据

5.3本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢