基于MCR無功補(bǔ)償控制器研究論文

1、 PAGE69 / NUMPAGES85工程碩士學(xué)位論文基于MCR無功補(bǔ)償控制器研究Research on the Reactive Power Compensation Controller Based on the MCR中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人完全了解中國礦業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意本人所撰寫的學(xué)位論文的使用授權(quán)按照學(xué)校的管理規(guī)定處理：作為申請(qǐng)學(xué)位的條件之一，學(xué)位論文著作權(quán)擁有者須授權(quán)所在學(xué)校擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即： = 1 * GB3 學(xué)校檔案館和圖書館有權(quán)保留學(xué)位論文的紙質(zhì)版和電子版，可以使用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文； = 2 *

2、GB3 為教學(xué)和科研目的，學(xué)校檔案館和圖書館可以將公開的學(xué)位論文作為資料在檔案館、圖書館等場所或在校園網(wǎng)上供校師生閱讀、瀏覽。另外，根據(jù)有關(guān)法規(guī)，同意中國國家圖書館保存研究生學(xué)位論文。（的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）。作者簽名： 導(dǎo)師簽名：年 月 日 年 月 日中圖分類號(hào) TM474 學(xué)校代碼 10290 UDC 密 級(jí) 公開 中國礦業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文基于MCR無功補(bǔ)償控制器研究Research on the Reactive Power Compensation Controller Based on the MCR作 者 * 導(dǎo) 師 * 申請(qǐng)學(xué)位 工程碩士 培養(yǎng)單位 信息與電氣工程學(xué)

3、院 學(xué)科專業(yè) 控制工程 研究方向 無功補(bǔ)償 答辯委員會(huì)主席 * 評(píng) 閱 人二一二年五月論文審閱認(rèn)定書研究生 * 在規(guī)定的學(xué)習(xí)年限，按照研究生培養(yǎng)方案的要求，完成了研究生課程的學(xué)習(xí)，成績合格；在我的指導(dǎo)下完成本學(xué)位論文，經(jīng)審閱，論文中的觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)、表述和結(jié)構(gòu)為我所認(rèn)同，論文撰寫格式符合學(xué)校的相關(guān)規(guī)定，同意將本論文作為學(xué)位申請(qǐng)論文送專家評(píng)審。 導(dǎo)師簽字： 年 月 日致幾年的工程碩士學(xué)習(xí)生涯轉(zhuǎn)瞬即逝，這繼續(xù)深造、不斷提升自己的求學(xué)之路讓我在各方面都得到了成長與鍛煉，是我人生中非常寶貴的一段時(shí)光。值此論文完成之際，誠摯的向每一位關(guān)心、幫助、支持過我的老師、領(lǐng)導(dǎo)、同學(xué)、同事、朋友、親人致以深深的意！本論

4、文是在導(dǎo)師*副教授的悉心指導(dǎo)下完成的。與此同時(shí)，導(dǎo)師在生活和工作上都對(duì)我給予了極大的關(guān)懷和幫助，在此向他致以衷心的感和崇高的敬意。老師優(yōu)秀的做人品質(zhì)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓創(chuàng)新的精神，高屋建瓴把握全局的能力，忘我的工作精神在潛移默化中給我樹立了典形象，這也是導(dǎo)師授予我最為寶貴的財(cái)富。真誠地感實(shí)驗(yàn)室*等幾位老師在學(xué)習(xí)上對(duì)我的幫助，他們讓我在學(xué)習(xí)期間收獲更多。論文的寫作過程中，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，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。同窗數(shù)載，深情留駐。這份珍貴的情誼，值得我一生珍藏。在攻讀工程碩士期間，單位*等領(lǐng)導(dǎo)給予了我很大的支持、關(guān)心和照顧；同時(shí)，我

5、的家人也給予了巨大的理解和精神上的鼓勵(lì)，才使我能順利地完成學(xué)業(yè)，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！感各位專家、老師在百忙之中評(píng)閱本文。摘 要伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，電能質(zhì)量問題日益突出。如果我們要提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，那么就需要增加無功功率補(bǔ)償裝置。在工礦企業(yè)的基本建設(shè)期間，由于用電負(fù)荷的運(yùn)行不穩(wěn)定，如果采用簡單的電容電抗組合的方式進(jìn)行補(bǔ)償，將導(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)。通過實(shí)踐運(yùn)行，在電力系統(tǒng)中運(yùn)用可控電抗器能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)平滑地對(duì)無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)能夠有效抑制電壓波動(dòng)?？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)無功容量，對(duì)電壓波動(dòng)和功率振蕩進(jìn)行有

6、效抑制。同目前的一些動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置相比，它具有明顯的更廣電壓適用圍、可靠性更高、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。結(jié)合市胡底礦井蒲池變電所技術(shù)改造項(xiàng)目所采用的磁閥式可控電抗器（MCR）對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，本文介紹了無功補(bǔ)償與可控電抗器的國外研究現(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，分析了無功補(bǔ)償原理與無功檢測方法，對(duì)無功補(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。從市胡底煤礦基于磁閥式可控電抗器的無功補(bǔ)償控制器已經(jīng)投運(yùn)的情況來看，能夠切實(shí)對(duì)無功進(jìn)行有效補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，改善電能質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能目的，

7、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。關(guān)鍵詞：MCR；無功補(bǔ)償；控制器；仿真AbstractWith the rapid development of modern industry, the problem of power quality has been outstanding increasingly. If we want to improve the network voltage stability, we must increase the reactive power compensation device. Due to the operation

8、 of the electrical load is not stable, if we use the simple circuit reactance capacitance and combinations to compensate the reactive in industrial and mining enterprises of basic construction period, then power factor will be low, the power quality will not be high, and the enterprise economic burd

9、en will increase. Through the practice operation, power system in the use of controlled reactor to really achieve continuous smoothly adjustment on reactive power, at the same time, it can effectively restrain the voltage fluctuation. Controlled reactor can rapidly make response according to the sit

10、uation disturbance of power system; it can automatically adjust the reactive power capacity according to the line power or bus voltage; it can effectively restrain the voltage fluctuations and power oscillation. Compared with some dynamic reactive compensation device, it has many advantages，such as

11、the broader voltage applied range, the higher reliability, the smaller harmonic, the smaller land area, the more convenient maintenance etc, so it has used widely.Combined with the magnetic valve type controlled reactor on reactive power compensation technology used by the PuChi substation of Hudi c

12、oal mine Jincheng city technical renovation programs, in this paper, the research situation of the reactive power compensation and controlled reactor has been introduced; the basic principle and basic characteristics of magnetic valve type controlled reactor have been researched in theory; the princ

13、iple of reactive power compensation and the methods of reactive detection have been analyzed; the hardware and software of reactive power compensation device has been designed; the magnetic valve type controlled reactor has been simulated on the platform of MATLAB.From the running situation of the c

14、ontroller for the reactive power compensation which based on magnetic valve type controlled reactor of Hudi coal mine Jincheng city, it can compensate the reactive power effectively; it can improve the power factor and the quality of power; it can achieve the purpose of saving energy; and it can inc

15、rease the enterprise economic benefits.There are 41figures, 12 tables and 53 references in the paper.Keywords: magnetic valve type controlled reactor；reactive power compensation；controller；the simulation. 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc320273966 摘 要 PAGEREF _Toc320273966 h I HYPERLINK l _Toc3202

16、73966 目 錄 = 3 * ROMAN III HYPERLINK l _Toc320273968 圖清單 PAGEREF _Toc320273968 h VII HYPERLINK l _Toc320273970 表清單 PAGEREF _Toc320273966 h I PAGEREF _Toc320273972 h X HYPERLINK l _Toc320273972 變量注釋表 PAGEREF _Toc320273972 h X HYPERLINK l _Toc320273974 1緒論 PAGEREF _Toc320273974 h 1 HYPERLINK l _Toc3202

17、73976 1.1課題研究的背景與意義 PAGEREF _Toc320273976 h 1 HYPERLINK l _Toc320273977 1.2工程背景 PAGEREF _Toc320273977 h 2 HYPERLINK l _Toc320273978 1.3國外無功補(bǔ)償方式與補(bǔ)償裝置 PAGEREF _Toc320273978 h 3 HYPERLINK l _Toc320273979 1.4本文主要容 PAGEREF _Toc320273979 h 5 HYPERLINK l _Toc320273980 2磁閥式可控電抗器工作原理與特性 PAGEREF _Toc320273980

18、 h 6 HYPERLINK l _Toc320273982 2.1工作原理 PAGEREF _Toc320273982 h 6 HYPERLINK l _Toc320273983 2.2電抗器各工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件與判斷 PAGEREF _Toc320273983 h 8 HYPERLINK l _Toc320273984 2.3工作特性分析 PAGEREF _Toc320273984 h 9 HYPERLINK l _Toc320273988 2.4控制特性 PAGEREF _Toc320273988 h 16 HYPERLINK l _Toc320273991 2.5響應(yīng)速度 PAGE

19、REF _Toc320273991 h 19 HYPERLINK l _Toc320273992 2.6有功損耗 PAGEREF _Toc320273992 h 20 HYPERLINK l _Toc320273993 2.7小結(jié) PAGEREF _Toc320273993 h 21 HYPERLINK l _Toc320273994 3無功補(bǔ)償?shù)脑砼c分析 PAGEREF _Toc320273994 h 22 HYPERLINK l _Toc320273996 3.1有功功率與無功功率的基礎(chǔ) PAGEREF _Toc320273996 h 22 HYPERLINK l _Toc3202739

20、97 3.2瞬時(shí)無功功率理論 PAGEREF _Toc320273997 h 24 HYPERLINK l _Toc320274000 3.3小結(jié) PAGEREF _Toc320274000 h 28 HYPERLINK l _Toc320274001 4控制策略與優(yōu)化 PAGEREF _Toc320274001 h 29 HYPERLINK l _Toc320274003 4.1無功控制一般方式 PAGEREF _Toc320274003 h 29 HYPERLINK l _Toc320274004 4.2對(duì)傳統(tǒng)無功控制方法的改進(jìn) PAGEREF _Toc320274004 h 31 HYP

21、ERLINK l _Toc320274009 4.3提高響應(yīng)速度 PAGEREF _Toc320274009 h 34 HYPERLINK l _Toc320274013 4.4諧波抑制與策略 PAGEREF _Toc320274013 h 37 HYPERLINK l _Toc320274016 4.5小結(jié) PAGEREF _Toc320274016 h 41 HYPERLINK l _Toc320274017 5控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)與MCR仿真 PAGEREF _Toc320274017 h 42 HYPERLINK l _Toc320274019 5.1硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3

22、20274019 h 42 HYPERLINK l _Toc320274027 5.2軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc320274027 h 47 HYPERLINK l _Toc320274028 5.3 基于MATLAB的MCR仿真 PAGEREF _Toc320274028 h 49 HYPERLINK l _Toc320274029 5.4小結(jié) PAGEREF _Toc320274029 h 55 HYPERLINK l _Toc320274030 6工程應(yīng)用與結(jié)論 PAGEREF _Toc320274030 h 56 HYPERLINK l _Toc320274032 6.1工程應(yīng)

23、用 PAGEREF _Toc320274032 h 56 HYPERLINK l _Toc320274033 6.2結(jié)論 PAGEREF _Toc320274033 h 57 HYPERLINK l _Toc320274034 參考文獻(xiàn)59 HYPERLINK l _Toc320274036 作者簡歷65 HYPERLINK l _Toc320274038 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc320274038 h 66 HYPERLINK l _Toc320274040 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc320274040 h 67Contents TOC o 1-3 h z

24、u HYPERLINK l _Toc320273967Abstract PAGEREF _Toc320273967 h IIHYPERLINK l _Toc320273967Contents= 5 * ROMANVHYPERLINK l _Toc320273969List of Figures= 7 * ROMANVIIHYPERLINK l _Toc320273971List of TablesI= 10 * ROMANXHYPERLINK l _Toc320273973List of Variables= 11 * ROMANXHYPERLINK l _Toc3202739751 Intr

25、oduction PAGEREF _Toc320273975 h 1HYPERLINK l _Toc3202739761.1 The Background and Significance of Research Subjects PAGEREF _Toc320273976 h 1HYPERLINK l _Toc3202739771.2 Engineering Background2HYPERLINK l _Toc3202739781.3 Reactive Power Compensation Methods and Compensation Device at Overseas and Do

26、mestic3HYPERLINK l _Toc3202739791.4 The main content5HYPERLINK l _Toc3202739812 Magnetic Valve Type Controlled Reactor Working Principle and Characteristics6HYPERLINK l _Toc3202739822.1 Working Principle6HYPERLINK l _Toc3202739832.2 The Transition Conditions and Judgment Between Working States of th

27、e Reactor8HYPERLINK l _Toc3202739842.3 The Analysis for Working Characteristic9HYPERLINK l _Toc3202739882.4 Controlling Characteristic PAGEREF _Toc320273988 h 16HYPERLINK l _Toc3202739912.5 Response Speed PAGEREF _Toc320273991 h 19HYPERLINK l _Toc3202739922.6 Active Loss20HYPERLINK l _Toc3202739932.

28、7 Summary21HYPERLINK l _Toc3202739953 The principle and analysis of reactive power compensation22HYPERLINK l _Toc3202739963.1 The Base of Active Power and the Reactive Power22HYPERLINK l _Toc3202739973.2 Instantaneous Reactive Power Theory24HYPERLINK l _Toc3202740003.3 Summary28HYPERLINK l _Toc32027

29、40024 Control Strategy and Optimization29HYPERLINK l _Toc3202740034.1 General Methods of Reactive Power Controlling29HYPERLINK l _Toc3202740044.2 Improving Method for the Traditional Reactive Control31HYPERLINK l _Toc3202740094.3 Improving the Response Speed34HYPERLINK l _Toc3202740134.4 Harmonic Co

30、ntrol and Strategy37HYPERLINK l _Toc3202740164.5 Summary41HYPERLINK l _Toc3202740185 Controlling system Hardware and Software Design and Simulation of MCR42HYPERLINK l _Toc3202740195.1 Hardware and software design42HYPERLINK l _Toc3202740275.2 Software Design47HYPERLINK l _Toc3202740285.3 Simulation

31、 of MCR Based on MATLAB49HYPERLINK l _Toc3202740295.4 Summary55HYPERLINK l _Toc3202740316 The engineering application and conclusion56HYPERLINK l _Toc3202740326.1 The engineering application56HYPERLINK l _Toc3202740336.2 Conclusion57HYPERLINK l _Toc320274035References59HYPERLINK l _Toc320274037Autho

32、r Resume65HYPERLINK l _Toc320274039Declaration of thesis originality66HYPERLINK l _Toc320274041Thesis Data Collection67圖清單圖序號(hào)圖名稱頁碼圖2-1磁閥式可控電抗器結(jié)構(gòu)電路6Figure 2-1Structure circuit diagram of magnetic-valve controlled reactor6圖2-2晶閘管導(dǎo)通等效電路圖7Figure 2-2Equivalent circuit diagram of thyristor conduction7圖2-3

33、磁閥式可控電抗器工作狀態(tài)變化過程9Figure 1-3Working process transformation of MCR9圖2-4MCR的簡化等效電路11Figure 2-4Equivalent circuit diagram of MCR11圖2-5MCR伏安特性12Figure 2-5Current-voltage characters curve of MCR12圖2-6-1諧波電路峰值與飽和度關(guān)系曲線14Figure 2-6-1Peak of harmonic current and curves of saturation relation14圖2-6-2諧波電路峰值與飽和度

34、關(guān)系曲線15Figure 2-6-2Peak of harmonic current and curves of saturation relation15圖2-7觸發(fā)角-磁飽和度關(guān)系曲線17Figure 2-7Relation curves of triggering angle and magnetic saturation17圖2-8觸發(fā)角-基波電流曲線與余弦對(duì)比關(guān)系18Figure 2-8Relation of triggering Angle of alpha base wave current curve and cosine contrast18圖2-9響應(yīng)速度與抽頭比關(guān)系曲線1

35、9Figure 2-9The curve of response speed and tap proportion19圖2-10與抽頭比關(guān)系20Figure 2-10Relations of and tap proportion20圖3-1線路型等值電路圖23Figure 3-1Diagram of type equivalent circuit23圖3-2變壓器型等值電路圖23Figure 3-2Diagram of type equivalent circuit for transformer23圖3-3坐標(biāo)變換24Figure 3-3Three coordinate transforma

36、tion24圖3-4三相電路諧波和無功電流檢測方法26Figure 3-4Methods of detection for three-phase circuit harmonic and reactive current26圖3-5、法檢測框圖27Figure 3-5Diagram of examination for and 27圖3-6改進(jìn)的瞬時(shí)無功檢測方法框圖28Figure 3-6Diagram of improved instantaneous reactive detection method28圖4-1電壓/無功的“九區(qū)圖法”控制30Figure 4-1The voltage/

37、reactive power the nine area chart control30圖4-2幾種改進(jìn)的九區(qū)圖法30Figure 4-2Several improvement “nine area chart”30圖4-3模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)32Figure 4-3Structure of Fuzzy control system32圖4-4模糊PI控制器框圖32Figure 4-4Fuzzy PI controller diagram32圖4-5L-C 振蕩回路35Figure 4-5L-C resonance circuit35圖4- 6直流激磁電路圖36Figure 4-6DC exci

38、ting circuit36圖4-7不同控制電壓下，的變化情況36Figure 4-7Transformation ofunder different control voltages36圖4-8單調(diào)諧濾波器40Figure 4-8Single tuned filter40圖4-9阻抗頻率特性40Figure 4-9Impedance frequency characteristics40圖4-10FC濾波裝置41Figure 4-10FC filtering device41圖5-1MCR+FC系統(tǒng)構(gòu)成42Figure 5-1MCR + FC system structure42圖5-2控制

39、原理框圖43Figure 5-2Control principle block diagram43圖5-3電壓同步信號(hào)調(diào)理電路45Figure 5-3Voltage synchronized signal regulate circuit45圖5-4電壓調(diào)理電路45Figure 5-4Voltage regulate circuit45圖5-5鍵盤模塊46Figure 5-5Keyboard module46圖5-6通訊接口46Figure 5-6Communication interface46圖5-7系統(tǒng)初始化流程47Figure 5-7The system initialization

40、procedure47圖5-8控制策略軟件流程圖48Figure 5-8Control strategy software flow chart48圖5-9單相MCR仿真49Figure 5-9Single-phase MCR simulation49圖5-10=0.03時(shí)，電壓電流仿真波形50Figure 5-10Waveforms of voltage and current, =0.0350圖5-11=0.075時(shí)，電壓電流仿真波形51Figure 5-11Waveforms of voltage and current, =0.07551圖5-12=0.15時(shí)，電壓電流仿真波形52Fi

41、gure 5-12Waveforms of voltage and current, =0.1552圖5-13=0. 3時(shí)，電壓電流仿真波形53Figure 5-13Waveforms of voltage and current, =0.353圖5-14控制電流對(duì)比54Figure 5-14Control current contrast54表清單表序號(hào)表名稱頁碼表1-1各種新型無功補(bǔ)償裝置性能比較4Table 1-1Various new reactive compensation device performance comparison4表2-1各次諧波峰值與基波與飽和度對(duì)應(yīng)關(guān)系16T

42、able 1-2Every harmonic peak and the corresponding relations between over saturation16表4-1的規(guī)則表33Table 4-1Fuzzy rule table of 33表4-2的規(guī)則表33Table 4-2Fuzzy rule table of33表4-3模糊控制表34Table 4-3Fuzzy control table of34表4-4模糊控制表34Table 4-4Fuzzy control table of34表4-5不同移相角下的電流畸變結(jié)果39Table 4-5Results of differe

43、nt moving phase Angle of current distortion39表6-1電壓電流數(shù)據(jù)56Table 6-1Data for voltage and current 56表6-2負(fù)荷狀態(tài)56Table 6-2Load conditions56表6-3電容器狀態(tài)57Table 6-3Capacitor state57表6-4變壓器狀態(tài)57Table 6-4Transformer state57表6-5直流屏參數(shù)57Table 6-5DC panel parameters57變量注釋表二極管誤差變化率電流瞬時(shí)值電流平均值，A電流標(biāo)幺值電流無功分量電流有功分量比例系數(shù)或晶閘管

44、線圈匝數(shù)有功功率W無功功率Var面積, 電壓瞬時(shí)值電壓平均值V導(dǎo)通角, rad磁飽和度電角度抽頭比角頻率功率因數(shù)角功率因數(shù)1緒論1 Introduction1.1課題研究的背景與意義(The Background and Significance of Research Subjects)在我國經(jīng)濟(jì)又好又快的發(fā)展過程中，對(duì)電力需求越來越大的同時(shí)，更對(duì)其系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以與電能的質(zhì)量提出了越來越高的要求。在長時(shí)間實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，在整個(gè)電力行業(yè)形成這樣一種幾近一樣的觀點(diǎn)：要讓電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性以與電能的質(zhì)量得到提高，不僅僅要有合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，還需采取先進(jìn)的調(diào)節(jié)控制手段對(duì)其作為保障。

45、如果在電力系統(tǒng)中能夠采用合理的無功補(bǔ)償裝置，一方面不但能夠?qū)┯秒娤到y(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行提升，而且可以讓系統(tǒng)中設(shè)備容量和功耗降低；另一方面來說，對(duì)負(fù)載端電壓的穩(wěn)定可以起到積極的作用，從而將提高系統(tǒng)供電質(zhì)量，特別是在長遠(yuǎn)距離輸電中的合適地點(diǎn)設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，對(duì)提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善輸電能力的效果是非常顯著的。正因?yàn)樗粌H僅是確保電力系統(tǒng)能夠高質(zhì)量運(yùn)行的一個(gè)主要措施，同時(shí)也是如今電力系統(tǒng)和電氣自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大課題，所以無功補(bǔ)償裝置正在受到日益廣泛的關(guān)注與研究。由于目前超高壓、長距離電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，尤其是超-特高壓輸電線路的建設(shè)，比如：到的1000kV“晉東南-”特高壓交流輸電線

46、路1、800kV糯扎渡送直流工程、500kV溪洛渡送直流工程等，高壓輸電線路對(duì)地的充電容量明顯增加，空載和輕載時(shí)超前無功功率太大，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)線路的末端電壓偏高，切除負(fù)荷過程中所產(chǎn)生的超前電流和過電壓致使電力損耗增大等嚴(yán)重后果。在系統(tǒng)中安裝滯后分量的調(diào)節(jié)裝置，例如，并聯(lián)電抗器能夠限制操作過電壓和工頻過電壓、吸收超前無功。在各種已經(jīng)使用的并聯(lián)電抗器中，某些比較早的、過時(shí)的不可控電抗器長期并入電網(wǎng)，已經(jīng)顯現(xiàn)出來諸多的弊端：首先，在大功率輸電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，向電抗器提供大量無功仍然是不可缺少的，從而導(dǎo)致客戶端系統(tǒng)容性無功的補(bǔ)償增大、資金投入增加就不可避免；其次，輸電成本將因電抗器持續(xù)的有功損耗而勢必增大；

47、最后，等效波的阻抗變大，自然功率值和線路傳輸能力減小了，尤其是線路將會(huì)在傳輸大功率時(shí)將造成很大的附加功耗，與此同時(shí)電壓會(huì)降低?；诖?，投入人力、物力、財(cái)力來研究大容量、快響應(yīng)、調(diào)節(jié)連續(xù)靈活、價(jià)廉物美、后續(xù)維護(hù)簡單的無功補(bǔ)償設(shè)備的課題與技術(shù)顯得越來越迫切與重要，對(duì)新型無功補(bǔ)償技術(shù)的研究和應(yīng)用在較大圍進(jìn)行大力推廣就顯得特別緊迫，任重道遠(yuǎn)。就普通電網(wǎng)來說，因?yàn)橄到y(tǒng)用戶的負(fù)載通常為感性，常采用固定電容器組進(jìn)行就地集中或分散補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)，使得系統(tǒng)損耗降低。然而，要是在運(yùn)行時(shí)負(fù)荷較小，處于低谷期間不切除電容器組的話，多余的容性無功就會(huì)在線路中流動(dòng)，勢必導(dǎo)致電壓波動(dòng)并使得線路損耗增大。可控電抗器

48、能夠平滑調(diào)節(jié)系統(tǒng)容量的性能，極大的改進(jìn)了無功補(bǔ)償系統(tǒng)，使得電網(wǎng)損耗減少、供電質(zhì)量提升，經(jīng)濟(jì)效益增加?？煽仉娍蛊骷瓤梢杂迷诟邏弘娋W(wǎng)中起抑制過電壓的作用，又能夠在配電網(wǎng)中作可調(diào)消弧線圈而對(duì)接地的容性電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，并且，還能在電機(jī)起動(dòng)等過程中抑制因沖擊電流引起的電壓波動(dòng)。與此同時(shí)，由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使得大功率電力電子等大容量變流裝置的使用，一方面在運(yùn)行過程當(dāng)中自身就呈現(xiàn)非線性，需要不少的無功功率進(jìn)行平衡；另一方面，諧波電流將伴隨補(bǔ)償設(shè)備動(dòng)作而產(chǎn)生，功率因數(shù)大大降低，危與整個(gè)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，前些年北美出現(xiàn)的嚴(yán)重電力系統(tǒng)崩潰，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。為改善供電系統(tǒng)

49、質(zhì)量，讓系統(tǒng)和負(fù)荷無功的調(diào)節(jié)變得更容易實(shí)現(xiàn)，節(jié)約能源，改善供電質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，其重要意義是毋庸置疑的。在電力負(fù)荷系統(tǒng)中，大多數(shù)用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)都呈感性，不僅要消耗大量的有功分量，還要吸收大量的無功。要是如此大容量的無功完全由電能輸出端來解決的話，電能接收端功率因數(shù)就必然下降，線損自然而然會(huì)增加，用戶端電壓降低，電力設(shè)備不能充分利用。而無功嚴(yán)重時(shí)，還將導(dǎo)致供電系統(tǒng)崩潰。無功功率增加將導(dǎo)致系統(tǒng)的視在功率以與系統(tǒng)電流增大，將會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行：設(shè)備容量增加；線路壓降；線損增大；發(fā)電機(jī)組效率相對(duì)變低；造成電壓波動(dòng)危與供電系統(tǒng)安全與穩(wěn)定。所以，采取有效的無功補(bǔ)償措施對(duì)確保系統(tǒng)供電安全和穩(wěn)定

50、運(yùn)行是必需的，具體來說，它的作用主要有2：提升系統(tǒng)功率因數(shù)；改善和調(diào)整電壓質(zhì)量；減少電壓波動(dòng)；減少系統(tǒng)諧波；系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性得以提高；增加低頻振蕩的阻尼、抑制同步振蕩。1.2工程背景（Engineering Background）晉煤集團(tuán)胡底礦井與選煤廠擴(kuò)建項(xiàng)目前身為胡底礦井原年產(chǎn)30萬噸建設(shè)項(xiàng)目，2009年在全省煤炭資源整合兼并重組工作中，確定為單獨(dú)保留礦井，根據(jù)國家能源局關(guān)于礦區(qū)總體規(guī)劃要求，將擴(kuò)建為年生產(chǎn)400萬噸礦井，并確定為2010年省重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目包括生產(chǎn)礦井、配套選煤廠與鐵路運(yùn)輸專用線三大主體工程，有井田面積73.04平方公里，3號(hào)煤層地質(zhì)儲(chǔ)量6.13億噸，項(xiàng)目設(shè)計(jì)

51、生產(chǎn)能力400萬噸/年，配套建設(shè)年入洗能力400萬噸的選煤廠與鐵路運(yùn)輸專用線，規(guī)劃占地49.2公頃，估算總投資43.5億元，預(yù)計(jì)2015年竣工投產(chǎn)。胡底煤礦處于建井期間，礦井供電電源一路引自附近蒲池35kV變電站。蒲池35kV變電站裝設(shè)4000kVA主變壓器兩臺(tái)，雙回路供電。為了對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行補(bǔ)償，以往在該變電站的10kV母線上裝備兩臺(tái)容量為1200 kVar的集合式電容器和容量為24kVar的電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。由于礦井用電負(fù)荷小，蒲池35kV變電站對(duì)無功補(bǔ)償采取的集中補(bǔ)償存在如下嚴(yán)重的缺陷：1、這種補(bǔ)償方法不能對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行有效補(bǔ)償，要么欠補(bǔ)，要么過補(bǔ)，補(bǔ)償方案沒有機(jī)會(huì)發(fā)揮作用。2、正是這種落

52、后的補(bǔ)償方案，造成了胡底煤礦每月?lián)?fù)十余萬元的罰款。按照供電部門的要求，若當(dāng)功率因數(shù)達(dá)到0.9時(shí)，這部分費(fèi)用可以全額節(jié)約，當(dāng)功率因數(shù)大于0.9時(shí)，還可以得到相應(yīng)的減收電費(fèi)。3、胡底煤礦處于建井初期，各種負(fù)荷的變化比較頻繁，如果使用傳統(tǒng)的通過改變電容器投入數(shù)量與調(diào)節(jié)主變電壓分接開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)姆桨?，不能平滑?yīng)對(duì)系統(tǒng)感性無功改變，調(diào)節(jié)比較粗略。鑒于以上不足，為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，減少電費(fèi)投資，對(duì)其原有的無功補(bǔ)償方式進(jìn)行技術(shù)改造。1.3國外無功補(bǔ)償方式與補(bǔ)償裝置（Reactive Power Compensation Methods and Compensation Device at Ove

53、rseas and Domestic）較早使用的無功補(bǔ)償裝置，常見的有同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器因其自身難以靈活提供所需無功、調(diào)節(jié)不連續(xù)等缺陷，已不能滿足電力行業(yè)的要求3。在供電系統(tǒng)中，如果輸變電系統(tǒng)設(shè)備和負(fù)載所需要的無功功率都由電能輸出設(shè)備提供，顯然對(duì)于長線路的輸變系統(tǒng)來說是不合適的，所以還是需要根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行就地補(bǔ)償4。同步調(diào)相機(jī)因其勵(lì)磁可以運(yùn)行在過、欠等情況下，可以利用它的這種特性而為系統(tǒng)提供所需的無功功率。在比較早的時(shí)候，它在調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和控制無功功率等領(lǐng)域中起到舉足輕重的作用，由于在運(yùn)行時(shí)損耗和噪音較大，運(yùn)行維護(hù)較為復(fù)雜，響應(yīng)速度較慢，不太適合較大或較小的無功功率調(diào)節(jié)。恰恰并聯(lián)電容價(jià)格

54、低廉，效率較高，運(yùn)行成本較為便宜，在低壓運(yùn)行中主要采用自動(dòng)控制電容器投切的自動(dòng)無功功率裝置，高中壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)主要采用固定并聯(lián)電容器組的方式。然而其對(duì)諧波比較敏感，容易隨之快速增長，易與系統(tǒng)中感性器件產(chǎn)生諧振，加重危害；同時(shí)，因?yàn)槠渥杩购愣ú蛔?，輸出無功電流將隨系統(tǒng)壓降降低，危與系統(tǒng)無功安全，無功補(bǔ)償有級(jí)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)本身使得欠補(bǔ)和過補(bǔ)不可根除。SVG則顯得更為高級(jí)，可實(shí)現(xiàn)小容量器件支撐直流電壓。采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行控制，可按需提供無功，是目前相對(duì)而言更為先進(jìn)的一種現(xiàn)代補(bǔ)償裝置，若是采用PWM或者多重化等控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)輸出電流的諧波成分達(dá)到比較小的水平，但是功能簡單。新出現(xiàn)的有源電力濾波器（Acti

55、ve Power Filter）可以對(duì)系統(tǒng)諧波、無功和負(fù)序電流綜合補(bǔ)償。具有這些特征5：對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；對(duì)無功補(bǔ)償無需貯能元件，對(duì)諧波的補(bǔ)償不用較大容量的貯能元件；可以同時(shí)補(bǔ)償諧波、無功和負(fù)序電流，也能夠?qū)χC波、無功與負(fù)序電流單獨(dú)補(bǔ)償，連續(xù)可調(diào)；不因補(bǔ)償電流過大而出現(xiàn)過載，能正常運(yùn)行在其額定容量；受電網(wǎng)阻抗影響較??；受系統(tǒng)頻率影響小；對(duì)系統(tǒng)諧波源的補(bǔ)償比較靈活多樣。因此，有源電力濾波器比以往諧波、無功和負(fù)序電流抑制方法的補(bǔ)償效果更好，但是，造價(jià)高，設(shè)備多，所涉與到的控制理論還需要不斷的完善，所必需的電力電子應(yīng)用技術(shù)仍需要繼續(xù)發(fā)展。在國外已經(jīng)將其從實(shí)驗(yàn)室原理型轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)應(yīng)用型。國外70年代發(fā)展起

56、來的Static Var Compensator-SVC（靜止型無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器）已成功應(yīng)用在系統(tǒng)諧波、無功、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 Systems-FACTS（基于靈活交流輸電系統(tǒng)）技術(shù)應(yīng)用最廣泛的無功補(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TCR-SVC得到實(shí)際應(yīng)

57、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，但是從我國所應(yīng)用的一百多套SVC來看，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。下表為各種新型無功補(bǔ)償裝置性能比較6 7 8。表1-1 各種新型無功補(bǔ)償裝置性能比較Table 1-1 Various new reactive compensation device performance comparison型式TSCTCTTCRMCRSVG相應(yīng)時(shí)間1020ms10ms10ms0.30.5s

58、510ms限制過壓不能好好好好分相調(diào)節(jié)能能能能不能提供無功分級(jí)/容連續(xù)感/容連續(xù)感/容連續(xù)感/容連續(xù)感/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有有小小噪聲很小稍大較小稍大很小損耗0.3%0.5%0.7%1%0.5%0.7%0.7%1%0.3%0.5%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，美國人首先提出了“磁放大器”的理論以來，先后經(jīng)歷被俄國科研人員在運(yùn)用到了電力系統(tǒng)中、英國研制出第一臺(tái)可控電抗器等過程。在一九八六年，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

59、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。從最早國的大學(xué)對(duì)其的研究，以與后來的交大、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。1.4本文主要容（The main content）

60、本章節(jié)對(duì)課題的時(shí)代背景和工程背景進(jìn)行了簡述，并對(duì)所研究的MCR的國外應(yīng)用情況與其發(fā)展情況進(jìn)行了介紹。本課題的主要容為：第一章，介紹該課題的時(shí)代背景與工程實(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)無功理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，并探討無功功率檢測方法；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)。2磁閥式可控電抗器工作原理與特性2 Magnetic Valve Type Controlled Reactor Working Principle a