基于接触器过零投切控制的智能无功补偿装置研究

摘要

本文以矿山负载变化不剧烈条件下高压电网动态无功补偿为研究背景，进行接触器投切电容器组无功补偿装置的负面效用抑制研究。所作研究可有效控制电容器在投切瞬间产生的浪涌电流和电压闪变的不利影响，确保满足系统无功补偿条件下实现电网的安全稳定运行。给出了基于接触器过零投切控制的智能无功补偿装置研究方案，构建了智能无功补偿硬件控制电路，并给出相关控制策略。论文主要工作如下：
　　基于接触器同步投切电容器工作原理分析，给出电容器组在星形中性点接地、星形中性点悬浮和三角型连接方式下的智能投切策略。通过非同步投切暂态过程的理论推导，研究环境温度等因素对接触器响应时间的影响规律，给出不同电流畸变率条件下电抗率设计规则，为控制接触器过零投切提供理论参考。
　　鉴于抑制补偿装置负面效应对接触器过零投切的迫切要求，设计以 ARM STM32F103VBT6为控制核心的接触器投切控制器，建立包括信号调理电路、电压过零点检测电路、温度检测电路、电压举升电路和数据存储电路的硬件控制平台。为计算系统无功及相关投切控制的给出奠定了硬件分析基础。
　　充分考虑电网对过压与无功补偿的精度要求，基于瞬时无功功率理论开发电压与电流采样信号检测算法；研究基于改进滑窗迭代算法分析，有效降低电压与电流检测信号的累积误差；基于控制系统的软件算法设计及系统拓扑分析，给出基于改进九域法的电容器组投切控制策略。
　　构建接触器同步投切电容器硬件实物平台。通过实验给出特定环境温度条件下接触器响应时间的变化规律；以接触器响应时间为参考量，开发基于C语言的接触器过零投切控制算法；仿真与实验结果表明，所做研究可有效控制电容器过零投切，大大降低接触器投切瞬间的暂态冲击，从而验证了所提方案的有效性和可行性。

目录

基于接触器过零投切控制的智能无功补偿装置研究

RESEARCH ON INTELLIGENT REACTIVE POWER COMPWNSATOR BASED ON CONTACTOR SWITCHED CAPACITOR AT THE ZREO-CROSSING POINT

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2 无功补偿装置的发展

1.2.1同步调相机(SC)

1.2.2并联电容器

1.2.3静止无功补偿器(SVC)

1.2.3静止无功发生器(SVG)

1.3 同步开关技术国内外研究现状

1.4 本课题主要研究内容

第2章 接触器同步投切电容器工作原理

2.1接触器同步投切电容器系统结构及基本原理

2.2电容器组同步投切方案

2.2.1电容器组非同步投切暂态分析

2.2.2电容器组同步关合方案

2.2.3电容器组同步关断方案

2.3接触器工作特性分析

2.3.1影响接触器响应时间因素分析

2.3.2接触器响应时间测定

2.4 电流畸变条件下补偿通道电抗率设计

2.5 本章小结

第3章 无功补偿装置的硬件设计

3.1 控制系统的总体设计

3.2 STM32F103VBT6的结构与特点

3.3基于STM32F103VBT6的控制电路板

3.3.1信号调理电路

3.3.2参考电压过零点检测电路

3.3.3 STM32F103VBT6电路

3.3.4 温度检测电路

3.3.5 驱动电路

3.3.6 数据存储电路

3.4 本章小结

第4章 无功补偿装置的控制算法与软件设计

4.1控制系统的软件设计流程

4.2基于瞬时无功功率理论的控制算法设计

4.3基于滑窗迭代算法的相电压基波信号提取

4.4电容器投切控制策略设计

4.5本章小结

第5章 仿真及实验结果分析

5.1仿真背景分析

5.2仿真及结果分析

5.3实验及结果分析

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢