本文關(guān)鍵詞：磁控電抗器動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 磁控電抗器 動(dòng)態(tài)特性 場(chǎng)路耦合 無功補(bǔ)償

【摘要】：磁控電抗器(Magnetically Controlled Reactor—MCR)作為一種通過晶閘管控制直流電流來改變鐵心的磁飽和程度,實(shí)現(xiàn)可變電感值輸出的靜止無功補(bǔ)償裝置,較傳統(tǒng)靜止無功補(bǔ)償裝置具有控制簡(jiǎn)單,可連續(xù)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì),但其在損耗,響應(yīng)時(shí)間,控制特性,諧波特性等方面仍存在優(yōu)化空間。本文對(duì)磁控電抗器的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)過渡過程進(jìn)行研究,并研究了改善其性能的方法。從電路基本原理入手,推導(dǎo)了磁控電抗器的電磁方程及數(shù)學(xué)模型,研究了磁控電抗器的控制特性,響應(yīng)特性,損耗等動(dòng)態(tài)特性。利用m語言編寫了磁控電抗器分析計(jì)算軟件,能夠?yàn)楣こ虒?shí)際設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。從電磁場(chǎng)理論出發(fā),利用有限元仿真軟件ANSYS Maxwell與Simplorer結(jié)合的場(chǎng)路耦合法對(duì)電抗器樣機(jī)進(jìn)行建模,研究了磁控電抗器的損耗特性。由仿真得出磁通密度分布場(chǎng)圖,驗(yàn)證了磁控電抗器左右兩鐵心柱在一個(gè)工頻周期內(nèi)交替飽和。通過對(duì)仿真結(jié)果中的磁力線場(chǎng)圖進(jìn)行分析,研究了影響電抗器損耗的因素,對(duì)比分析了幾種改進(jìn)鐵心結(jié)構(gòu)的電抗器模型的仿真結(jié)果,說明了采用內(nèi)部分段磁閥結(jié)構(gòu)能夠改善邊緣效應(yīng)及減少橫向漏磁分量的出現(xiàn),同時(shí)也是減小損耗的可行性措施。在Matlab/Simulink仿真軟件中建立了普通電抗器模型,仿真驗(yàn)證了其響應(yīng)特性。針對(duì)響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng),設(shè)計(jì)了由脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation—PWM)整流器構(gòu)成的快速勵(lì)磁電路,使得在勵(lì)磁過程中,磁控電抗器的直流控制電壓能夠迅速增大,并仿真驗(yàn)證了快速勵(lì)磁電路的響應(yīng)速度優(yōu)于普通電抗器的自耦勵(lì)磁方式,其響應(yīng)時(shí)間由0.28s縮短為0.12s.最后,針對(duì)電氣化鐵路無功不足,建立了基于磁控電抗器的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果表明,補(bǔ)償裝置投入后網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)明顯提高,但動(dòng)態(tài)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。由于有源濾波器(Active Power Filter—APF)的直流側(cè)電容放電能夠增大MCR的直流控制電壓,從而縮短響應(yīng)時(shí)間,提出了使用磁控電抗器和小容量APF結(jié)合的綜合補(bǔ)償系統(tǒng)來優(yōu)化MCR的響應(yīng)特性。仿真結(jié)果說明了MCR的響應(yīng)時(shí)間能夠由10個(gè)工頻周期減少為3個(gè)工頻周期,驗(yàn)證了該綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：磁控電抗器 動(dòng)態(tài)特性 場(chǎng)路耦合 無功補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM47
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-16
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 2 磁控電抗器的數(shù)學(xué)建模16-36
• 2.1 基本工作原理16-17
• 2.2 數(shù)學(xué)模型17-24
• 2.2.1 磁控電抗器鐵心磁化曲線分析17-20
• 2.2.2 磁控電抗器工作狀態(tài)20-21
• 2.2.3 磁控電抗器基本方程21-23
• 2.2.4 等效電路及模型23-24
• 2.3 磁控電抗器動(dòng)態(tài)工作特性24-31
• 2.3.1 諧波含量與磁飽和度的關(guān)系24-27
• 2.3.2 控制角與工作電流的關(guān)系27
• 2.3.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)過渡過程27-30
• 2.3.4 有功損耗與抽頭比關(guān)系30-31
• 2.4 仿真計(jì)算軟件31-34
• 2.4.1 理論計(jì)算與模塊劃分31-32
• 2.4.2 分析計(jì)算軟件界面32-34
• 2.5 小結(jié)34-36
• 3 磁控電抗器場(chǎng)路耦合建模及磁場(chǎng)仿真36-50
• 3.1 本體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的選定及幾何建模36-40
• 3.1.1 幾何模型搭建37
• 3.1.2 模型材料設(shè)定37-39
• 3.1.3 邊界條件及激勵(lì)源設(shè)定39
• 3.1.4 網(wǎng)絡(luò)劃分及求解設(shè)置39-40
• 3.2 Simplorer-Maxwell場(chǎng)路耦合仿真40-43
• 3.2.1 導(dǎo)入Maxwell模型及求解設(shè)置40-41
• 3.2.2 磁場(chǎng)分布及仿真結(jié)果分析41-43
• 3.3 鐵心結(jié)構(gòu)優(yōu)化43-48
• 3.3.1 多級(jí)磁閥式44-45
• 3.3.2 外部分段磁閥式45-46
• 3.3.3 內(nèi)部分段磁閥式46-48
• 3.3.4 仿真結(jié)果對(duì)比48
• 3.4 小結(jié)48-50
• 4 磁控電抗器快速響應(yīng)設(shè)計(jì)50-62
• 4.1 磁控電抗器電路仿真50-53
• 4.1.1 不同繞組抽頭比驗(yàn)證50-51
• 4.1.2 不同晶閘管控制角驗(yàn)證51-53
• 4.2 改變響應(yīng)速度的措施53-55
• 4.2.1 改變繞組抽頭比53
• 4.2.2 增加直流控制電壓53-54
• 4.2.3 電容充放電54-55
• 4.3 快速勵(lì)磁電路55-61
• 4.3.1 快速勵(lì)磁電路原理56-58
• 4.3.2 快速響應(yīng)電路仿真及優(yōu)化效果分析58-61
• 4.4 小結(jié)61-62
• 5 基于磁控電抗器的無功補(bǔ)償研究62-80
• 5.1 概況62-63
• 5.2 基于磁控電抗器的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)仿真63-70
• 5.2.1 牽引變壓器仿真63-64
• 5.2.2 無功電流檢測(cè)64-66
• 5.2.3 求解晶閘管導(dǎo)通角a66-68
• 5.2.4 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)仿真模型68-69
• 5.2.5 仿真結(jié)果與分析69-70
• 5.3 運(yùn)用小容量APF快速勵(lì)磁70-78
• 5.3.1 APF仿真模型及控制算法72-73
• 5.3.2 諧波電流檢測(cè)73-75
• 5.3.3 仿真結(jié)果與分析75-78
• 5.4 小結(jié)78-80
• 6 結(jié)論與展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 附錄86-90
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果90-94
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集94

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