可变电抗器建模与仿真.pdf

武汉理工大学硕士学位论文可变电抗器建模与仿真姓名：蔡珊珊申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：袁佑新20090401武汉理丁大学硕士学位论文摘 要随着现代工业的发展，电力系统的系统稳定，电能质量越来越重要可变电抗器作为电抗器的一个重要分支，用于电压控制和无功补偿，可以提高系统稳定和改善电能质量可变电抗器在电机起动等冲击电流场合有抑制电压波动的作用，还可以应用在配电网的静止无功补偿中，其应用范围相当广泛基于功率变换的可变电抗器是由可变电抗变换器和电力电子功率变换器两部分组成，它在传统电抗器中引入二次线圈，其二次线圈与电力电子功率变换器连接，通过智能控制器控制电力电子功率变换器当改变可变电抗变换器二次侧的阻抗时，就可改变可变电抗变换器的一次侧阻抗，从而实现可变电抗器的阻抗改变如何能实现可变电抗的连续可变，需要研究可变电抗器的构成和其拓扑结构，从数学建模的角度分析可变电抗的原理，通过仿真研究得出阻抗变换和谐波分析两方面的仿真数据和仿真曲线，验证可变电抗器原理的正确性和有效性本文主要介绍了晶闸管式(SCR式)可变电抗器和IGBT式可变电抗器的组成结构，阐述了晶闸管式的可变电抗器和IGBT式可变电抗器的原理，分析了可变电抗器的工作模型，得出了单相及三相可变电抗器的拓扑结构，并推导出晶闸管式可变电抗器和IGBT式可变电抗器的阻抗变化公式。

本文构建了SCR式可变电抗器和IGBT式可变电抗器仿真模型，进行了仿真，并得出了大量的仿真数据和仿真曲线仿真结果验证了可变电抗器的阻抗变换机理的正确性，同时从仿真曲线可以看出，调节晶闸管导通角和改变IGBT调制比可以实现可变电抗器阻抗值的改变在可变电抗器的谐波分析仿真中可以看出晶闸管式可变电抗器和IGBT式可变电抗器都存在一定的谐波，而IGBT式可变电抗器的谐波相比而言要小关键词：可变电抗器，阻抗变换，功率变换单元，仿真武汉理工大学硕七学位论文ABSTRACTWim the development of modem industry,stability of electric power system andthe elec power quality are more and more important．Variable reactor is an importantbranch of reactor．It Can realize impedance conversion when variable reactor iS in thecircuit，as a result，voltage adjustment and reactive power compensation can berealized，which helps make electric fence more stable and improve the quality ofelectric energy．Variable reactor has wide applications in the soft start,speedcontrolling of blower,water pump and the energy conservation．The variable reactor based on power conversion consists of variable reactanceconverter and electronic power inverter．The intelligent controller controls electronicpower inverter in order to change the electric current in the second side of variablereactance converter,then the one in the primary side can be changed，consequentlythe impedance of variable reactor Can be changed．It is neCessary to research the topology and structure to accomplish theconsistant variety of variable reactora,this paper analize principle of variable reactorain the way of mathematical modeling,get simulating data and curve$of impedancetransformation and harmonics analysis，prove the validity and efficiency of variablereactora principle．TlliS thesis mainly introduces thyristor variable reactor and IGBT variablereactor,expounds the principles of thyristor variable reactor and IGBT variablereactor,analysis the work mode of variable reactor,gets the topology architecture ofs埘and three phase variable reactor,and quantitative relation of impedanceconversion of thyristor variable reactor and IGBT variable reactor are deduced．Last．the simulation model of IGBT variable reactor is built and the simulationof impedance conversion of variable reactor i8 made using Matlab／Simulink．Also thesimulation curve is drawn．The simulation results show that the theory of impedanceconversion is correct．They also show that the impedance value of variable reactorCan be changed when adjusting the thyristor conduction angle and changing the IGBTmodulation ratio．It Can be concluded form the harmonic simulation tIlat the harmonicis exited in the thyristor variable reactor and IGBT variable reactor,and which in theIGBT vari a_ble reactor iS fewer than the thyristor variable reactor．Key Words：Variable Reactor，Impedance Conversion，Power Conversion Unit，SimulationⅡ独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意签名：——日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文保密的论文在解密后应遵守此规定)签名： 导师签名： 日期：武汉理一1：大学硕士学位论文第1章绪论1．1课题研究背景及科学意义本课题来源于湖北省科技攻关项目“智能型固态软起动器的研制"(编号：2006AAl01827)本文针对智能固态软起动的核心可变电抗技术的实际需求，研究了可变电抗器的构成和其拓扑结构，从数学建模的角度分析可变电抗的原理，通过仿真研究得出阻抗变换和谐波分析两方面的仿真数据和仿真曲线，验证可变电抗器原理的正确性和有效性随着我国工业的迅猛发展，对电力的需求也正在高速增长，对电力供应的要求也越来越高，这就要求有高效率、高质量的电力传输系统。

高质量的电力供应已成为当前电力传输领域的技术焦点可变电抗器是随着对高质量、高可靠和高效率的电能供应的要求而产生的可变电抗器在电力传输领域主要应用于电力系统的调压、调功控制、无功补偿和谐波治理，以及用在中性点不接地系统中的消弧线圈控制【l】可变电抗器用作电压控制和无功补偿的主要元件，对提高电力系统稳定和改善电能质量具有非常重要的作用，其应用范围相当广泛【I】电抗器是一种重要的电气装置，按特性来分，可以分为固定电抗器和可变电抗器【l】固定电抗器是指在工作过程中电抗值保持不变的电抗器，而可变电抗器是指在工作过程中可以根据实际需要改变电抗值的电抗器随着电力系统的不断发展，对电抗器的性能要求越来越高，在许多场合希望电抗器的电抗值可实时调节或实时控制，如用于配电网中自动消弧线圈的电抗器、用于大型电机无极软起动的起动电抗器、用于故障限流的可控串联电抗器、用于超(特)高压输电线路限制容升和无功补偿的并联高压电抗器等，都需要根据运行工况实时调节控制在这些情况下，可控电抗器作为一种特殊的电抗器，可根据运行工况实时调节自身容量，用以稳定系统电压和控制无功功率，提高系统稳定性并改善电能质量【2】据统计，我国电机所耗电能占整个工业用电的60％～68％，电动机是许多工业企业的主要用电设备，交流电动机直接全压起动时所产生的短时冲击电流，过电压会对电动机、负载、电网及电网中的其它设备都会造成极大的影响，同时会使电网的谐波增加。

电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，电力损耗加大等不良影响【3J应用于软起动的可变电抗器就是一个电抗值分级或无级可调的电抗器，有抑制电压波动的作用交流电动机在空载全压起动时，其起动电流会达到额定电流武汉理1：大学硕士学位论文的5,-,7倍当电动机容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行，同时，起动时的转矩冲击也会对电机及机械设备造成很大的伤害，甚至会引起电网失去稳定使电机软起动，可以有效地减小起动电流，从而达到了延长电机寿命、避免对负载损害、减小对电网的冲击的目的，从而最大限度地解决以上问题；同时电机采用软起动器起动，能够降低电力损耗，达到节约能源，降低生产成本，提高企业的经济效益同时，在电力系统配电网中存在大量的感性负荷，如交流电动机、变压器等，感性负荷消耗无功功率，导致功率因数降低，使配电网的运行效率降低对无功功率进行合理补偿和控制，不但能提高配电网络的运行效率，还能降低配电系统的损耗，起到节能的作用，特别是在电力变配电站、电炉炼钢等大量消耗无功功率的工业企业领域无功补偿技术，对于提高电力系统的电能质量和挖掘电网的潜力是十分必要的其主要作用包括提高负载和系统的功率因数，减少设备容量和功率损耗，稳定电压，提高供电质量，提高长距离输电中系统输电稳定性和输电能力，平衡三相负载的有功和无功功率掣钔。

目前国内外经常采用的无功功率补偿技术及装备主要有同步调相机。