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《长沙理工大学》 2015年
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矿热炉混合型动态无功补偿关键技术研究

覃晔  
【摘要】:矿热炉在生产过程中会消耗大量的无功,且由于其电弧放电的不规则性,容易给电网带来谐波污染、电压波动、闪变、电压跌落以及三相功率不平衡等一系列电能质量问题。因此,对矿热炉进行无功补偿和电能质量治理刻不容缓。矿热炉是冶炼铁合金工业不可或缺的重要设备,对矿热炉进行升级改造能为钢铁企业带来更高的效益,具有重要的经济意义。论文首先分析了矿热炉的基本结构和电气特性,对矿热炉变压器、短网及炉体的基本电气参数进行了分析研究,建立起了矿热炉供电系统的数学模型。介绍了目前主要的混合型无功补偿装置种类,并根据矿热炉工作的基本情况研究设计了一种混合型动态无功补偿装置FC-TSC-STATCOM的主电路拓扑结构。详细介绍了FC、TSC以及STATCOM的工作原理及工作特性。对FC采用了循环投切控制,从理论上使得每个FC电力电容器的投切次数均等。对TSC型SVC采用了晶闸管过零投切控制,并在检测环节上加入了一个微分环节,使TSC的投切更加安全可靠,防止在投切过程中发生投切振荡的问题,延长了TSC的工作寿命,同时通过对每相TSC的分别控制降低了矿热炉短网的三相不平衡度。对STATCOM采用了直接电流控制策略,运用瞬时无功理论,保证STATCOM能够快速跟踪矿热炉负载的无功变化,及时抑制电压的波动与闪变。在混合控制上,探讨了一种基于系统规则判断的协调控制方法,在Matlab/Simulink仿真软件平台上搭建了整体仿真模型,以验证各种控制方法有效性,仿真实验证明所述控制方法的可靠、有效。最后对混合型动态无功补偿装置FC-TSC-STATCOM的各补偿装置进行了容量分配,同时对装置进行了软硬件设计。
【关键词】:矿热炉 无功补偿 混合型动态无功补偿装置 DSP
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TF33;TM761
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第一章 绪论11-19
  • 1.1 课题研究目的及意义11-12
  • 1.2 矿热炉对电能质量的影响12-14
  • 1.2.1 短网功率因数低12
  • 1.2.2 短网电压波动与闪变12-13
  • 1.2.3 短网谐波电流及电压波形畸变13
  • 1.2.4 短网电压三相不平衡13-14
  • 1.3 矿热炉无功补偿的主要类型14-16
  • 1.3.1 电力电容器14-15
  • 1.3.2 无源滤波器15
  • 1.3.3 静止无功补偿器15-16
  • 1.3.4 静止同步无功补偿器16
  • 1.4 国内外矿热炉无功补偿研究现状概述16-17
  • 1.5 课题主要研究工作17-19
  • 第二章 矿热炉的电气特性分析19-29
  • 2.1 矿热炉的电气构成19-20
  • 2.2 矿热炉变压器等效电路与电气参数20-21
  • 2.3 短网等效阻抗21-24
  • 2.3.1 等效电阻22-23
  • 2.3.2 等效电抗23-24
  • 2.4 矿热炉负载等效电阻24-26
  • 2.5 矿热炉供电系统建模分析26-27
  • 2.6 本章小结27-29
  • 第三章 矿热炉混合型无功补偿装置的主电路29-41
  • 3.1 混合型无功补偿装置的主要类型29-32
  • 3.1.1 FC+SVC组合29-30
  • 3.1.2 FC+STATCOM组合30
  • 3.1.3 FC+TSC+STATCOM组合30-31
  • 3.1.4 APF+SVC组合31-32
  • 3.2 FC-TSC-STATCOM型动态无功补偿装置的整体结构32-34
  • 3.3 工作原理34-36
  • 3.3.1 FC和TSC型SVC的工作原理34
  • 3.3.2 STATCOM的工作原理34-36
  • 3.3.3 FC-TSC-STATCOM的工作原理36
  • 3.4 工作特性分析36-40
  • 3.4.1 FC工作特性36-37
  • 3.4.2 TSC型SVC工作特性37-38
  • 3.4.3 STATCOM工作特性38-39
  • 3.4.4 FC-TSC-STATCOM工作特性39-40
  • 3.5 本章小结40-41
  • 第四章 FC-TSC-STATCOM的控制系统41-63
  • 4.1 FC的投切控制41
  • 4.2 TSC型SVC的控制41-48
  • 4.2.1 控制方法41-44
  • 4.2.2 仿真分析44-48
  • 4.3 TSC的分相控制48-51
  • 4.3.1 控制方法48-50
  • 4.3.2 仿真分析50-51
  • 4.4 STATCOM的控制51-56
  • 4.4.1 控制方法51-52
  • 4.4.2 仿真分析52-56
  • 4.5 FC-TSC-STATCOM混合型动态无功补偿协调控制56-60
  • 4.6 总体控制仿真分析60-61
  • 4.7 本章小结61-63
  • 第五章 混合型动态无功补偿装置的整体设计63-77
  • 5.1 主电路设计63-66
  • 5.1.1 FC电力电容器接线设计63
  • 5.1.2 TSC电容器分组方式设计63-64
  • 5.1.3 STATCOM连接电抗器与直流电容器设计64-66
  • 5.2 FC-TSC-STATCOM混合型动态补偿装置容量分配设计66-69
  • 5.2.1 容量计算所需参数66-67
  • 5.2.2 容量计算67-69
  • 5.3 控制系统设计69-76
  • 5.3.1 硬件电路设计69-73
  • 5.3.2 软件电路设计73-76
  • 5.4 本章小结76-77
  • 总结与展望77-79
  • 参考文献79-84
  • 致谢84-85
  • 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)85-86
  • 附录B(攻读学位期间获奖情况)86

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