【導(dǎo)讀】館等場(chǎng)所或在校園網(wǎng)上供校內(nèi)師生閱讀、瀏覽。另外，根據(jù)有關(guān)法規(guī)，同意中國(guó)。國(guó)家圖書(shū)館保存研究生學(xué)位論文。與此同時(shí)，導(dǎo)師在生活。論文的寫(xiě)作過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室的各位兄弟姐妹們給我提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)我的學(xué)習(xí)提供了諸多實(shí)實(shí)在在的幫助，在此一并表示感激。伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出。在工礦企業(yè)的基本建設(shè)期間，導(dǎo)致功率因數(shù)低下，電能質(zhì)量不高，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)?？煽仉娍蛊髂軌蚋鶕?jù)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)情況做出快速響應(yīng)，根據(jù)線。路功率或母線電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功容量，對(duì)電壓波動(dòng)和功率振蕩進(jìn)行有效抑制。高、諧波小、占地面積小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此其獲得了廣泛的使用。內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從理論上對(duì)磁閥式可控電抗器基本原理和基本特性進(jìn)行了研究，分析了無(wú)功補(bǔ)償原理及無(wú)功檢測(cè)方法，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了硬件、軟件設(shè)計(jì)，并在MATLAB平臺(tái)上對(duì)磁閥式可控電抗器進(jìn)行了仿真。能目的，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。該論文中有圖41幅，表12個(gè)，參考文獻(xiàn)53篇。

　　

【正文】 CompensatorSVC（靜止型無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器）已成功應(yīng)用 在系統(tǒng) 諧波、無(wú)功、負(fù)序 的補(bǔ)償和電壓調(diào)整 等 實(shí)例當(dāng)中， 其 表現(xiàn)出來(lái)的快速性 、 多樣性 、可靠 性 、經(jīng)濟(jì) 性 等 顯著 優(yōu)點(diǎn) 很受青睞 ， 可以得到 較好的經(jīng)濟(jì)效益、 突出的 技術(shù)效果， 因而其 發(fā)展 比較迅速 。 Flexible AC Transmission SystemsFACTS（基于靈活交流輸電系統(tǒng)）技術(shù)應(yīng)用 最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置，常 常 以 如 下幾種形式 出現(xiàn) ： TSC 型 SVC（晶閘管投切電容器型）、 SR 型 SVC（飽和電抗器型）、 TCR 型 SVC（晶閘管控制電抗器）等。 伴隨 控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的 迅速 發(fā)展， 容量大、數(shù)字化 的 TCRSVC 得到實(shí)際應(yīng)用 ， 取得的 效果 更好、 可靠性 更高 ， SVC 的發(fā)展較為迅猛 ， 截止到 兩千 年，全球有 上千 套 SVC 在 輸配電和工業(yè) 領(lǐng)域得到應(yīng)用 ， 但是從 我國(guó) 所應(yīng)用的一百 多套 SVC 來(lái)看 ，運(yùn)行 效果欠佳 ， 在 電網(wǎng) 運(yùn)行中容易出現(xiàn) 系統(tǒng)相互 影響： 早期技術(shù) 差 ，自動(dòng)化程度 低下 ， 要求有較高素質(zhì)的 運(yùn)行人員；技術(shù)升級(jí) 受到限制，技術(shù)服務(wù) 落后 。 下表為各種新型無(wú)功補(bǔ)償裝置性能比較 [6] [7] [8]。 表 11 各 種新型無(wú)功補(bǔ)償裝置性能比較 Table 11 Various new reactive pensation device performance parison 型式 TSC TCT TCR MCR SVG 相應(yīng)時(shí)間 10～ 20ms 10ms 10ms ～ 5～ 10ms 限制過(guò)壓 不能 好 好 好 好 分相調(diào)節(jié) 能 能 能 能 不能 提供無(wú)功 分級(jí) 連續(xù)感 連續(xù)感 連續(xù)感 連續(xù)感 1 緒論 5 /容 /容 /容 /容 /容 抑制閃變 可以，但能力 不足 可以 可以 可以 可以 自生諧波 無(wú) 有 有 小 小 噪聲 很小 稍大 較小 稍大 很小 損耗 %～ % %～1% %～% %～1% %～% 控制難度 較大 小 較大 小 非常大 控制靈活性 好 好 好 好 好 線性度 好 好 好 好 好 運(yùn)行維護(hù) 比 較 麻煩 容易 比 較 麻煩 容易 特別麻煩 制作成本 大 比 較大 比 較大 大 特別 大 自一九一六 年， 美國(guó) 人 首先 提出 了 “ 磁放大器 ”的理論以來(lái) ， 先后經(jīng)歷被 俄國(guó)科研人員在運(yùn)用到了 電力系統(tǒng)中 、 英國(guó)研制 出 第一臺(tái)可控電抗器 等過(guò)程。在 一九八六 年 ， 蘇聯(lián) 解體之前便有研究人員推出了“ 可控電抗器磁閥 ” 的 概 念后可控電抗器才 獲得 突破性 的進(jìn)展 ， 極大 改善其性能，因 低價(jià) 、 高能 ， 在 超高壓可控補(bǔ)償 領(lǐng)域 成為首選。從俄羅斯 已運(yùn)行的 多套 MCR 情況來(lái)看，系統(tǒng)能量 損耗 得到 有效減少，電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性 得以增強(qiáng) ，線路運(yùn)行條件 得到 優(yōu)化，開(kāi)關(guān)操作次數(shù)和發(fā)生事故的情況 切實(shí)減少，運(yùn)行費(fèi)用 得到 降低 [9]。 從最早國(guó)內(nèi)的武漢大學(xué)對(duì)其的研究，以及后來(lái)的上海交大、華電、浙大等院校對(duì)其從不同的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探索 。從 近期 來(lái)看， 磁閥式可控電抗器在 各大院校和研究院都 獲得 各方面的應(yīng)用研究，并且已經(jīng)有多套設(shè)備 在 鐵路電力系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、礦山提升系統(tǒng)、冶金工業(yè)、高壓長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)等領(lǐng)域投入 運(yùn)用 ，已然 成為一種成熟的技術(shù)手段。 本文主要內(nèi)容 （ The main content） 本章節(jié)對(duì)課題的時(shí)代背 景和工程背景進(jìn)行了簡(jiǎn)述，并對(duì)所研究的 MCR 的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況及其發(fā)展情況進(jìn)行了介紹。 本課題的主要內(nèi)容為： 第一章，介紹該課題的時(shí)代背景及工程實(shí)際背景情況； 第二章，對(duì) MCR（磁閥式可控電抗器）的工作原理和工作特性進(jìn)行分析； 第三章，對(duì)無(wú)功理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，并探討無(wú)功功率檢測(cè)方法； 第四章，對(duì)提高其響應(yīng)速度的方法和諧波抑制策略進(jìn)行研究； 第五章，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行硬軟件設(shè)計(jì)，并用仿真來(lái)驗(yàn)證分析 MCR 的一些特性； 第六章，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，分析總結(jié)。 工程碩士學(xué)位論文 6 2 磁閥式可控電抗器工作原理及特性 2 Magic Valve Type Controlled Reactor Working Principle and Characteristics 工作原理 （ Working Principle） MCR（ 磁閥式可控電抗器 ） 的主鐵心 在制造時(shí) 分裂為兩 個(gè)芯柱 ：芯 A 和芯B。 令芯柱橫斷面 為 S， A 和 B 的橫斷面均有一面積較小部分 ， 每個(gè)面積減小段所分隔開(kāi)的兩端鐵心上繞有 N/2 匝數(shù) 的線圈 ，在每個(gè)小段繞組 各 設(shè) 一 個(gè)繞組 抽頭 ，使得取值 為 2=NN? ， 每個(gè)鐵心兩端抽頭間用 晶閘管 1K （ 2K ）連接 ，不同鐵芯上的上下兩個(gè)繞組交叉連接后， 與 電源 并聯(lián) ，續(xù)流二極管則橫跨在交叉端點(diǎn)上 [10] [11]。 在其容量?jī)?nèi)，只有較小橫斷面的鐵芯能夠達(dá)到磁路飽和，其余 均 因不飽和 而呈現(xiàn) 線性， 可調(diào)節(jié)較小橫斷面鐵心的飽和度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器容量的調(diào)節(jié) 。 目前， 制造 MCR（ 磁閥式可控電抗器 ） 的工藝簡(jiǎn)單， 經(jīng)濟(jì)可靠 ，可 在對(duì) 無(wú)功功率 進(jìn)行 補(bǔ)償、提高電網(wǎng)的輸電能力、調(diào)整電網(wǎng)電壓、限制過(guò)電壓等 多種 場(chǎng)合 、多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行 廣泛 的 應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)電路 可簡(jiǎn)化 如圖 21 所示。 1K 2KD1 2N s inme E t????b dcef1ki 2ki39。i2 2A芯 芯 B 圖 21 磁閥式可控電抗器結(jié)構(gòu)電路 Figure 21 Structure circuit diagram of magicvalve controlled reactor 對(duì)圖 21 分析可以知道，如果兩個(gè)晶閘管 1K 、 2K 都截止，鐵芯上繞組線圈對(duì)稱，則整個(gè)器件可以視作變壓器空載運(yùn)行。假設(shè)我們?cè)O(shè)定電源 e 為正，那么 1K的電壓為正， 2K 的電壓為負(fù)。如果給以信號(hào)讓 1K 形成通路，那么 a 、 b 等電位，電路的直流控制電壓 ( sinmEt??)以及電流 39。di 、 di 是由電源 e 經(jīng)變比為 ? 的線圈自藕變壓后由匝數(shù)為 2N 的線圈得到。進(jìn)而很容易得出 1K 形成通路時(shí)的等效電路如圖 22(1)所示。同樣可推導(dǎo)出來(lái)，如果 2K 在電源方向?yàn)樨?fù)的時(shí)候形成通路， c 、d 同電位，于是可以得出如圖 22(2)所示的等效電路 [12]。 2 磁閥式可控電抗器工作原理及特性 7 di39。di12N22N12N22N,abcdef39。i39。i ii di39。di12212N22Nef39。i39。iii,cdab (1) 1K 導(dǎo)通等效電路圖 (2) 2K 導(dǎo)通等效電路圖 圖 22 晶閘管導(dǎo)通等效電路圖 Figure 22 Equivalent circuit diagram of thyristor conduction 對(duì)圖 22 進(jìn)行研究后我們知道：發(fā)出信號(hào)使 1K 形成通路所產(chǎn)生的控制回路電流 39。di 、 di 的方向和 2K 形成通路時(shí)的控制回路電流 39。di 、 di 一致，經(jīng)一個(gè)正負(fù)交替的工頻波形周期， 1K 、 2K 輪流形成通路便等價(jià)于全波整流電路，中間轉(zhuǎn)換時(shí)所需的電流由二極管 D 所形成的通路予以支持。改變 1K 、 2K 觸發(fā)角就能夠 讓 控制電流隨之調(diào)整，達(dá)到調(diào)整電抗器鐵芯飽和度的目的，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器容量連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié)。 不難得出： MCR 的工作與控制 回路巧妙的集成在一起 ，結(jié)構(gòu) 變得緊湊而簡(jiǎn)單 [13]。 因此，通過(guò)上面的分析 ， 就可以總結(jié) 出 MCR 與 以往所用 的 電抗器 在 結(jié)構(gòu) 方面異同如下 [14]： 第一、 鐵 芯 的飽和度 都是由 直流控制 ，實(shí)現(xiàn)對(duì) 容量平滑 、 連續(xù) 可調(diào) 。 第二、 MCR 經(jīng)抽頭線圈獲得自耦電壓，經(jīng)晶閘管整流成為直流控制電源，其他飽和電抗器卻需要 單獨(dú) 引入 直流電源 才能實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制 。 正由于其直流 控制電流獲取 途經(jīng)的差異，從而 導(dǎo)致 各自 伏安特性的差異 較大 ， 磁閥式可控電抗器的伏安特性呈現(xiàn) 近似 的 線性 關(guān)系，而傳統(tǒng)可控飽和電抗器 的伏安特性的非線性特征是非常明顯的 。 第三、 磁閥式可控電抗器 的 工作繞組和控制繞組 巧妙的設(shè)置在一起，而傳統(tǒng)可控飽和電抗器工作繞組和控制繞組 卻 是 分離 的，結(jié)構(gòu) 更為復(fù) 雜，損耗也就很自然的較大 。 第四、 磁閥式可控電抗器 稱之為 “ 磁閥 ” 的原因是，其 鐵心 橫斷面中有一較小段 ， 除了橫斷面較小段外的他部分都磁路不 飽和 而成線性 ， 形成了特殊的控制工程碩士學(xué)位論文 8 特性，橫斷面較小段的功能如同閥門(mén)，控制磁路 。 電抗器各工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件及判斷 （ The Transition Conditions and Judgment Between Working States of the Reactor） 要想對(duì)其進(jìn)行運(yùn)用，就必須先了解每個(gè)器件各自的工作狀態(tài)情況 ， 器件所受 電壓、電流以及控制信號(hào) 發(fā)出狀 態(tài)決定了每個(gè)器件的通斷情況 。 因此 ， 需要對(duì) 這些電壓和電流 進(jìn)行 分析， 才能掌握 MCR 在工作中 的 各個(gè) 狀態(tài) 是如何演變的 [11] [14] [15]。 首先定義觸發(fā)角：假設(shè)在其 工作 接線 兩端加 上 sinme E t?? 的 電壓 信號(hào) ， 令從電勢(shì)為零處到給 1K 或者 2K 觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間差 為 t??? ， 那么我們就把 ? 稱之 為 1K 或者 2K 的 觸發(fā)角。 其次，如果 ??? ， MCR 就相當(dāng)于一臺(tái)空載運(yùn)行的變壓器，因?yàn)椴](méi)有有效的觸發(fā)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)晶閘管的通斷，使抽頭繞組形成通路。這個(gè)時(shí)候， 1K 關(guān)斷、二極管 D 通路、 2K 關(guān)斷。 1K 或者 2K 的端電壓正比于電源，比值由 ? 決定，相位相差 180176。 當(dāng) 電源 e 電勢(shì)為 正 的情況下 ， 1K 兩端電壓與電源同 ， 2K 兩端電壓與之相差180176。而形成反向 。若在 t??? 的 時(shí)候 ， 給 1K 發(fā)出 觸發(fā) 信號(hào) ， 這個(gè)時(shí)候它 將形成通路 ，而 2K 關(guān)斷 ，二極管 D 形成通路 。 所以可得到 式 ： 12( ) ( ) 0ttf B f B?? () 當(dāng) 1K 形成通路 后， 二極管 D 關(guān)斷的 時(shí)間 與整個(gè)回路磁性分布情況有關(guān) ， 有可能會(huì)在 1K 形成通路的時(shí)候迅速 關(guān)斷，也可能 會(huì)滯后一段時(shí)間，但關(guān)斷所需要的 時(shí)間 很短 。 在此我們令 從 1K 形成通路的時(shí)候 到 二極管 截?cái)噙@中間的 電角度 滯后量為 0???， 。 當(dāng)中間起續(xù)流作用的二極管 D 關(guān)斷后 ： 1K 形成通路 ， 2K 也將 關(guān)斷 。 當(dāng) 電源為正的時(shí)候 ， MCR 中的 晶閘管 1K 并沒(méi)有關(guān)斷 ， 而 2K 兩端電壓與電源反向 ， 難以形成通路 ，二極管 D 只可能 在 電源為 正時(shí)間段內(nèi)快結(jié)束 的 某一個(gè)時(shí)候形成通路 ， 其 條件 為 ： 12[ ( ) ( ) ] sint t t mf B f B l E tNR ?? ? （ ） 根據(jù)以上分析 ，磁閥式可控電抗器在正弦電壓 的 作用下， 晶閘管 1K 、 2K 、二極管 D 輪流導(dǎo)通的情況如圖 23 所示： 2 磁閥式可控電抗器工作原理及特性 9 s inme E t??0?D導(dǎo)通導(dǎo)通D1K? 1? 1???1K導(dǎo)通D1K導(dǎo)通D導(dǎo)通2K導(dǎo)通2K導(dǎo)通 2KD導(dǎo)通t? 圖 23 磁閥式可控電抗器工作狀態(tài)變化過(guò)程 Figure 23 Working process transformation of MCR 由圖 23 可知， 1K 形成通路 后 ，二極管有兩次構(gòu)成通路的時(shí)間段 ： 一個(gè)是 ? ，另一個(gè)是 1? 。在 ? 期間， 1K 、 二極管 都形成通路的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生于 1K 形成通路 的那一剎那 ， 延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度為 ? ，第二次 1K 、 二極管 都形成通路的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生于電源為正的最后一段時(shí)間 ， 可持有的時(shí)間 為 1? 。兩次 二極管 動(dòng)作的 時(shí)間點(diǎn) 由下式?jīng)Q定： 12sinmEt FFRN? ?? （ ） 明顯可以看出 ， 12()F F N? 越 大 ， 1K 和二極管 D 都形成通路 的時(shí)間 段 就越長(zhǎng)，反之亦然 。 當(dāng)向晶閘管發(fā)出觸發(fā)信號(hào)時(shí)有 =0?? ， 那么 1K 完全形成通路的話 ，=2??， 這個(gè)時(shí)候 MCR 將達(dá)到最大 容量， 12()F F N? 中 沒(méi)有高次 分量， 這個(gè)時(shí)候 1 max==? ? ? ， 同時(shí)可得 ： 4(1 )tgr ???? ? （ ） 對(duì) 比較 大容量 的 MCR 而言 ，其 ? 的取值范圍 一般在 ～ 之間， ? 的