基于磁通可控原理的新型消弧线圈设计与研究

论文摘要

近年来,由于城市配电网络规模的不断发展,以及城网中大量使用电缆,使得系统的接地电容电流大大增加,系统单相接地故障时接地电弧不能自动熄灭,越来越多的瞬时单相接地故障不能自动消除。为了解决这一问题,我国现在普遍采用中性点经消弧线圈接地的补偿方式。中性点经消弧线圈接地后,有效地减小了流过故障点的电容电流,减小了弧光接地过电压,有利于电弧熄灭。本文在总结前人有关消弧线圈接地系统技术及方案的基础上,根据磁通可控原理,设计了一种新型消弧线圈。通过控制变压器二次侧电流实现变压器一次侧等效电抗的调节,二次侧电流的跟踪控制由单相电压型PWM逆变器实现。本文讨论了电压型PWM逆变器的电流跟踪控制方法和直流母线电压控制策略,得出了一种适用于本系统的控制方案。在上述原理的基础上提出了一个完整的消弧线圈工程设计思路。根据具体的项目要求,设计了一套500kVA适合于工业应用的消弧线圈。文中给出了主电路器件参数选择方法,对系统软硬件设计方面的关键部分做了分析。对于试验中存在的电磁干扰和消弧线圈投入成功率不高等关键问题,进行了详细的分析,并且结合试验波形探索性地分析了电磁干扰以及投入成功率不高产生的原因,提出了解决方法。针对500kVA消弧线圈装置进行了完整的三相试验,试验结果表明,该新型消弧线圈装置具备电容检测精度高、补偿范围广、响应速度快,谐波电流小等一系列特点。可以预见这种新型消弧线圈在我国城网改造中有着广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 消弧线圈跟踪补偿技术综述
• 1.2.1 消弧线圈跟踪补偿技术的现状
• 1.2.2 电网分布电容的测量方法
• 1.3 本文完成的工作
• 2 消弧线圈接地系统分析
• 2.1 稳态分析
• 2.1.1 系统发生金属性单相接地时的稳态特征
• 2.1.2 系统发生非金属性接地的稳态特征
• 2.2 暂态分析
• 2.3 谐振接地原理
• 2.3.1 减小接地故障电流
• 2.3.2 降低故障相恢复电压的初速度
• 2.3.3 正常运行时的中性点位移电压
• 3 基于磁通可控消弧线圈的原理和控制策略
• 3.1 磁通可控的可调电抗器原理
• 3.2 磁通可控原理消弧线圈的系统结构和配置
• 3.3 电网电容电流的检测方法
• 3.3.1 电容电流检测原理
• 3.3.2 检测信号处理的算法
• 3.4 基于磁通可控原理的消弧线圈的控制策略
• 3.4.1 三角波比较的PWM 控制方式
• 3.4.2 单逆变桥的多重化技术——单极倍频SPWM 技术
• 3.4.3 消弧线圈补偿电流的控制方法
• 4 基于磁通可控原理的消弧线圈的工程设计
• 4.1 消弧线圈系统总体结构
• 4.2 消弧线圈本体设计
• 4.3 消弧线圈二次侧所接逆变器主要器件参数设计
• 4.3.1 开关器件的选型
• 4.3.2 直流侧电容的选择
• 4.3.3 辅助元器件的选择
• 4.4 消弧线圈运行状态转换的设置
• 4.5 扫频的设计与计算
• 4.6 DSP 模块的硬件设计
• 4.7 软件系统设计
• 4.7.1 程序流程图
• 4.7.2 中断服务程序
• 5 实验和结果分析
• 5.1 试验接线图
• 5.2 试验项目及其结果
• 5.2.1 不同中性点偏压下的补偿试验
• 5.2.2 电阻接地试验
• 5.2.3 金属性接地试验
• 5.3 试验中出现的问题及改进措施
• 5.3.1 PWM 信号噪声的抑制
• 5.3.2 PWM 逆变器传导电磁干扰
• 5.3.3 消弧线圈投入时对直流母线充电的影响
• 6 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献