高压大容量磁控开关无功补偿装置研究

摘要

随着我国工业的不断发展，工矿企业负荷对电网电能质量的影响越来越受到人们的关注。工业用电中存在着很多感性负荷，这些感性负荷需要消耗大量的无功功率，且负荷的波动较大，因此给这样的用电负荷进行动态无功补偿对电网电压和电能质量都有着重要的意义。此外，随着太阳能、风能等新能源的快速发展和应用，其发电量不恒定、易产生谐波、对无功功率有需求的特点，使新能源发电对动态无功补偿也有很大的需求。
　　在35kV高压配电领域，不论是传统的SVC还是新颖的SVG补偿设备，都需要采用多阀组级联的方式才能运行，级联数甚至达到40以上，这大大降低了设备运行的可靠性。为此，本文以多绕组变压器模型为基础，设计了一种新的动态无功补偿装置。该装置将晶闸管和多绕组变压器相结合，构成投切电容器的开关组件，即磁控开关。这种新的无功补偿方式既可以满足高电压等级下的直接补偿，又实现了单台装置大容量补偿。
　　文章中详细介绍了磁控开关无功补偿装置的补偿支路设计、硬件结构和控制系统。以可编程控制器为核心的控制系统会对母线采样信号、保护信号、器件运行情况等做出逻辑判断，并发出相应指令，使装置能够安全可靠地自动运行。针对这样的设计，文章通过仿真验证和样机实验两个阶段对设计方案进行了测试和验证。其中，仿真验证部分采用 EMTDC/PSCAD电磁暂态软件进行电路搭建，并对装置阻尼电阻和晶闸管同步触发问题进行了相应的研究。在此基础上，研制了35kV-2100kVar实验样机，并对装置的空载合闸、投入补偿和退出补偿进行了多次实验。实验结果证明装置具有结构简单、运行可靠、过渡过程短暂而平稳、不产生谐波等特点。

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1. 绪 论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 高压无功补偿装置研究现状

1.3 本文的主要工作

2. 多绕组磁控开关原理及数学模型

2.1 磁控开关原理

2.2 变压器模型

2.3 三绕组磁控开关无功补偿装置原理

2.4 本章小结

3. 硬件电路设计

3.1 装置主电路设计

3.2 补偿支路设计

3.3 晶闸管

3.4 阻尼电阻设计

3.5 开关器件

3.6 保护设备

3.7 本章小结

4. 控制系统的设计

4.1 功率因数检测

4.2 可编程逻辑控制

4.3 保护策略

4.4 晶闸管触发系统

4.5 分组投切策略

4.6 本章小结

5. 装置仿真研究及样机实验

5.1 仿真软件介绍

5.2 装置仿真研究

5.3 阻尼电阻研究

5.4 晶闸管同步触发研究

5.5 样机实验

5.6 与其他高压无功补偿装置的对比

5.7 本章小结

6. 全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献