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基于正交铁心可控电抗器的研究和开发

张旺福  
【摘要】:可控电抗器作为重要的电力设备,在改善电能质量,减小损耗,提高电力系统的稳定性中发挥着重要的作用。可控电抗器主要有机械调节式、晶闸管控制式和磁控式三种,而磁控式电抗器(MCR)因其耐压等级高,控制简单等特点得到广泛的应用。磁控式电抗器的研究起步较早,其中以磁阀式可控电抗器(MVCR)最为成熟,且已经在高压和特高压领域得到初步应用,但在实际制造和应用中仍然存在一些问题,如铁心结构复杂、控制精度低、自身谐波含量大、响应时间慢、噪声大等。 正交铁心可控电抗器(FOC-CR)作为磁控式电抗器的一种,因其铁心结构简单,自身谐波含量小和近似线性的控制特性为国内外学者所关注。它克服了MVCR的一些缺点,因而展现出更好的发展前景。本文对正交铁心可控电抗器的研究也被浙江省科技厅基金批准为资助项目(LY13E070004)。 本文研究了正交铁心可控电抗器基本结构和工作原理,建立了相应的等效磁路模型和基本数学方程。在此基础上,提出了一种采用奇次多项式拟合铁心磁势和磁通关系以构建正交铁心可控电抗器数学模型的方法。通过在Matlab/Simulink下编写S-函数,建立了其仿真模型,经实验样机和仿真模型的测试比较,验证了该方法的正确性,为正交铁心可控电抗器的优化设计提供了一种参考。在实际工程应用方面,以电力系统无功补偿为背景,提出了基于正交铁心可控电抗器的动态无功补偿方法,研究了相应的控制策略,制定了实验无功补偿装置的整体设计方案。最后,开发了一套以DSP (TMS320F2812)为主控芯片,正交铁心可控电抗器和FC滤波器为补偿设备的单相无功补偿实验装置,其中包括了相关硬件电路和软件的设计和开发。用户可通过PC机上的Matlab/GUI界面控制补偿设备的实际输出无功功率,以满足线路中无功的需求。实验结果表明,该无功补偿装置具有反应速度快、控制准确的特点,为大容量无功补偿系统的开发打下了实验和理论基础。


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