基于可控电抗器的无功电压综合补偿
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摘要
在电力系统中，电压的波动和无功功率的过剩和不足会严重影响供电质量。通过合理有效的补偿，可以在保持电压合格的基础上，最大限度的保持无功功率的平衡。也就是说，通过无功电压综合补偿，可以大大提高供电质量。
本文首先从理论上阐述了变电站无功电压综合控制的目标及原理。根据传统九区图法的特点，设计了相应的控制规则。随后，本文提出了上述无功电压综合补偿的一个实现—固定电容器+磁阀式可控电抗器(Fixed Capacitor+Magnetic-Valve Thyristor Controlled Reactor-FC+MCR)型的静止无功补偿器。本文详细分析了MCR的原理，在此基础上得出了MCR的各种特性。另外又提出了MCR的一种新的结构—三相六柱MCR，并分析了其磁通分布和优化接线方式。
对于实际应用的MCR，要求能够自动控制。本文采用以单片机为核心的设计控制器的方案。包括检测电路、控制电路、触发电路、键盘显示电路和通信电路等。检测电路用于检测变压器二次侧的电压和电流并获取同步信号；控制电路根据相应的控制策略，对检测信号和给定输入量进行计算，给出控制信号；触发电路根据控制信号输出的控制信号产生相应触发角的晶闸管触发脉冲；键盘可用来输入各种控制指令，显示电路可以直观的输出系统的各种状态；通信电路提供与控制站的数据交换，以便实现电力系统的集中控制。
本文的最后，对所提出的补偿器模型进行了仿真和实验验证。仿真和实验的结果与上述理论分析是一致的。这说明本文所提出的补偿理论的正确性和切实可行。
In power system, the voltage pulsation and deficiency or surplus of reactive power will have a great effect on the quality of electric power supply. Through the appropriate and effective way of compensation, we can keep the balance of reactive power in the maximum degree by the maintenance of acceptable voltage. That's to say, quality of power supply can be improved greatly by the synthetic compensation of reactive power and voltage.
At first, the paple does some theoretical expounding on the control objective and the principle of the substation synthetic compensation of reactive power and voltage. According to the characteristic of nine-area diagram.the corresponding control ordination is designed. Subsequently the paple presents the realization of the synthetic compensation of reactive power and voltage mentioned above, which is so called FC + MCR (Fixed Capcitor + Magnetic-Valve Controllable Reactor), and is one of the SVC (Static Var Compensator). This paple analyzes the principle of MCR in detail, and derives the characteristics. In addition, a new structure of MCR - Three phrase hexastyle MCR. It's magnetic flow distribution is analysed and mode of connection is optimized.
This paper presents a controller with an SCM (Single Chip Microcomputer) as the core, which can automatically control the practical MCR. It consists of measure circuit, control circuit, trigger circuit, keyboard, display circuit and communicating circuit. The measuring circuit is to measure the secondary voltages ang currents of transformer and capture the synchronous signal; the control circuit is to calculate the control outputs with the measured signal and the input parameter according the relevant control scheme; the trigger circuit products the pulses to trigger the thyristors with the control outputs; user can input control instruction with the keyboard, and the display circuit can show states of the system intuitionisticly; communicating circuit provides the data to control station, this can realize the concentrative control.
At the end of paper, simulator and experimental research are carried out for the compensator model; the results accord with the theoretical analyses done before. So the compensator is proved to be accurate in theory and feasible in practice.
本文首先从理论上阐述了变电站无功电压综合控制的目标及原理。根据传统九区图法的特点，设计了相应的控制规则。随后，本文提出了上述无功电压综合补偿的一个实现—固定电容器+磁阀式可控电抗器(Fixed Capacitor+Magnetic-Valve Thyristor Controlled Reactor-FC+MCR)型的静止无功补偿器。本文详细分析了MCR的原理，在此基础上得出了MCR的各种特性。另外又提出了MCR的一种新的结构—三相六柱MCR，并分析了其磁通分布和优化接线方式。
对于实际应用的MCR，要求能够自动控制。本文采用以单片机为核心的设计控制器的方案。包括检测电路、控制电路、触发电路、键盘显示电路和通信电路等。检测电路用于检测变压器二次侧的电压和电流并获取同步信号；控制电路根据相应的控制策略，对检测信号和给定输入量进行计算，给出控制信号；触发电路根据控制信号输出的控制信号产生相应触发角的晶闸管触发脉冲；键盘可用来输入各种控制指令，显示电路可以直观的输出系统的各种状态；通信电路提供与控制站的数据交换，以便实现电力系统的集中控制。
本文的最后，对所提出的补偿器模型进行了仿真和实验验证。仿真和实验的结果与上述理论分析是一致的。这说明本文所提出的补偿理论的正确性和切实可行。
In power system, the voltage pulsation and deficiency or surplus of reactive power will have a great effect on the quality of electric power supply. Through the appropriate and effective way of compensation, we can keep the balance of reactive power in the maximum degree by the maintenance of acceptable voltage. That's to say, quality of power supply can be improved greatly by the synthetic compensation of reactive power and voltage.
At first, the paple does some theoretical expounding on the control objective and the principle of the substation synthetic compensation of reactive power and voltage. According to the characteristic of nine-area diagram.the corresponding control ordination is designed. Subsequently the paple presents the realization of the synthetic compensation of reactive power and voltage mentioned above, which is so called FC + MCR (Fixed Capcitor + Magnetic-Valve Controllable Reactor), and is one of the SVC (Static Var Compensator). This paple analyzes the principle of MCR in detail, and derives the characteristics. In addition, a new structure of MCR - Three phrase hexastyle MCR. It's magnetic flow distribution is analysed and mode of connection is optimized.
This paper presents a controller with an SCM (Single Chip Microcomputer) as the core, which can automatically control the practical MCR. It consists of measure circuit, control circuit, trigger circuit, keyboard, display circuit and communicating circuit. The measuring circuit is to measure the secondary voltages ang currents of transformer and capture the synchronous signal; the control circuit is to calculate the control outputs with the measured signal and the input parameter according the relevant control scheme; the trigger circuit products the pulses to trigger the thyristors with the control outputs; user can input control instruction with the keyboard, and the display circuit can show states of the system intuitionisticly; communicating circuit provides the data to control station, this can realize the concentrative control.
At the end of paper, simulator and experimental research are carried out for the compensator model; the results accord with the theoretical analyses done before. So the compensator is proved to be accurate in theory and feasible in practice.
引文
1 陆孟君 李海均 李志恒，城乡电力网无功补偿技术，水利电力出版社，1992年
2 许业清，实用无功功率补偿技术，中国科技大学出版社，1998年
3 韩祯祥，电力系统自动控制，水利电力出版社，1994年
4 陈珩，电力系统稳态分析，水利电力出版社，1995年
5 T．J．E．米勒，电力系统无功功率控制，水利电力出版社，1990年
6 王兆安 杨君 刘进军，谐波抑制和无功功率补偿，机械工业出版社，1998年
7 胡铭 陈珩，有源滤波技术及其应用，电力系统自动化，2002．2：66—77
8 Hirofumi Akagi, New trends in active filters for power conditioning, IEEE Transctions on Power Applications, VOL.32, NO.6, November/December 1996:1312-1322
9 Hirofumi Akagi, Trends in active power line conditioners, IEEE Transactions on Industry Applications, VOL.9,NO.3,May 1994:263-268
10 P.Verdelho and G.D.Marques, An active power filter and unbalanced current compensator, IEEE Transactions on Industrial Electronics, VOL.44,NO.3,June 1997:321-328
11 卞利钢，基于有源电力滤波器的单相无谐波磁阀式可控电抗器的研究，武汉大学硕士学位论文，2002年5月
12 靳龙章，丁毓山，电网无功补偿实用技术，中国水利电力出版社，1997年
13 陈柏超编，新型可控饱和电抗器理论及应用，武汉：武汉水利电力大学出版社，1999年10月
14 D.A.Deib and H.W.Hill and W.Shepherd, AC/DC control for thyristor-controlled reactors for reactive power compensation, Industrial Electronics, Control and Instrumentation, 1994. IECON '94, 20th International Conference on, VOL.1,5-9 September 1994:355-359
15 L.Gyugyi, Reactive power generation and control by thyristor circuits, IEEE Trans.on Ind.App., VOL. 1A-15,NO.5,September 1979:521-532
16 L.Gyugyi and R.Taylor, Characteristics of static thyristor controlled shunt compensators for power transmission systems, IEEE TransPort Power App. And Syst. VOL.PAS-99, NO.5,Sept/Oct 1980:1795-1804
17 Feng Guihong and Wang Fengxiang and Wang Jin, Design principles of magnetically controlled reactor, Electrical Machines and System, 2001. Proceedings of the Fifth International Conference on, VOL.1.18-20, Aug.2001 : 212-214
18 Liu Hong and Yin Zongdong and Chen Weixian and Chen Jianye, Research on voltage regulation of magnetic valve controlled reactor based onthyristor, Power System Technology '1998, Proceedings, POWERCON'98, 1998, International Conferenceon, VOL.1, 18-21
Aug. 1998:664-667
19 Yin Zhongdong and Wong Manchung, Research on the magnetic valve thyristor controlled reactor, Power Electronics Specialists Conference, 1998.PESC 98 Record.29th Annual IEEE, VOL.2:17-22, May 1998, Pages: 2131-2136
20 王志凯，变电站电压／无功综合控制的研究及其有载调压监控装置的研制，福州大学硕士学位论文，2002年12月
21 刘晨晖，电力系统无功功率分布与电压调节，中国地质大学出版社，1993年
22 阳月令，变电站电压无功综合控制的研究，湖南大学硕士学位论文，2002年12月
23 孙涵芳，Intel 16位单片机，北京航空航天大学出版社，1996年
24 汪建，MCS—96系列单片机原理及应用技术，华中科技大学出版社，1999年1月
25 马明建 周长城，数据采集与处理技术，西安交通大学出版社，1998年
26 徐爱钧编，智能化测量控制仪表原理与设计，北京：北京航空航天大学出版社，1995年11月
27 钱建华，电气化铁路的磁阀式可控电抗器动态无功补偿系统，电工技术，2003．2：15-17
28 王福瑞，单片微机测控系统设计大全，北京航空航天出版社，1998年
29 曾亚波，单片机无功补偿控制器的设计，电测与仪表，2001．5：8-11
30 王德江 任国臣 王景南，可控电抗器晶闸管导通角德单片机控制，电工技术杂志，2001．12：33-34
31 康华光，电子基础数字部分—4版，高等教育出版社，2000年六月
32 Mark Nelson，串行通信开发指南，北京：中国水利水电出版社，2000年9月
33 袁涛 孙腾椹，PL／M—96程序设计语言及其应用，清华大学出版社，1990年8月
34 王幸之，单片机应用系统抗干扰技术，北京：北京航空航天大学出版社，2000年
35 马伟明著，电力电子系统的电磁兼容，武汉：武汉水利电力大学，2000年1月
36 黄治清 李群湛 贺建闽，电压-无功补偿控制器的可靠性设计，铁道学报，1997．4：35-39
37 贾新章 武岳山，OrCAD／Pspice 9实用教程，西安电子科技大学出版社，1999年
2 许业清，实用无功功率补偿技术，中国科技大学出版社，1998年
3 韩祯祥，电力系统自动控制，水利电力出版社，1994年
4 陈珩，电力系统稳态分析，水利电力出版社，1995年
5 T．J．E．米勒，电力系统无功功率控制，水利电力出版社，1990年
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7 胡铭 陈珩，有源滤波技术及其应用，电力系统自动化，2002．2：66—77
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11 卞利钢，基于有源电力滤波器的单相无谐波磁阀式可控电抗器的研究，武汉大学硕士学位论文，2002年5月
12 靳龙章，丁毓山，电网无功补偿实用技术，中国水利电力出版社，1997年
13 陈柏超编，新型可控饱和电抗器理论及应用，武汉：武汉水利电力大学出版社，1999年10月
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18 Liu Hong and Yin Zongdong and Chen Weixian and Chen Jianye, Research on voltage regulation of magnetic valve controlled reactor based onthyristor, Power System Technology '1998, Proceedings, POWERCON'98, 1998, International Conferenceon, VOL.1, 18-21
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19 Yin Zhongdong and Wong Manchung, Research on the magnetic valve thyristor controlled reactor, Power Electronics Specialists Conference, 1998.PESC 98 Record.29th Annual IEEE, VOL.2:17-22, May 1998, Pages: 2131-2136
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22 阳月令，变电站电压无功综合控制的研究，湖南大学硕士学位论文，2002年12月
23 孙涵芳，Intel 16位单片机，北京航空航天大学出版社，1996年
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30 王德江 任国臣 王景南，可控电抗器晶闸管导通角德单片机控制，电工技术杂志，2001．12：33-34
31 康华光，电子基础数字部分—4版，高等教育出版社，2000年六月
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33 袁涛 孙腾椹，PL／M—96程序设计语言及其应用，清华大学出版社，1990年8月
34 王幸之，单片机应用系统抗干扰技术，北京：北京航空航天大学出版社，2000年
35 马伟明著，电力电子系统的电磁兼容，武汉：武汉水利电力大学，2000年1月
36 黄治清 李群湛 贺建闽，电压-无功补偿控制器的可靠性设计，铁道学报，1997．4：35-39
37 贾新章 武岳山，OrCAD／Pspice 9实用教程，西安电子科技大学出版社，1999年