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矿井提升机系统SVG+FC型无功补偿和谐波治理技术研究与应用

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摘要

1 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 无功功率的产生及其危害

1.3 谐波的产生及其危害

1.4 功率因数和谐波分析

1.5 无功补偿技术的研究现状

1.6 谐波治理技术的研究现状

1.7 论文研究内容及结构安排

2 矿井提升机系统电能质量测试分析

2.1 提升机供电系统结构特点

2.2 矿井提升机整流器特性分析

2.3 矿井提升机供电系统电能质量测试分析

2.3.1 提升机供电系统功率因素的测试与分析

2.3.2 提升机供电系统的谐波电流的测试与分析

2.4 小结

3 矿井提升机系统无功补偿和谐波治理方案设计

3.1 矿井提升机系统无功补偿方案分析

3.1.1 无功补偿方案的选择

3.1.2 SVG的特点

3.2 矿井提升机系统补偿方案设计

3.3 SVG参数设计

3.3.1 SVG补偿容量计算

3.3.2 SVG级联模块数计算

3.3.3 连接电抗器参数计算

3.3.4 充电电阻计算

3.4 FC滤波支路参数设计

3.4.1 电容器额定电压选择

3.4.2 电容器容量计算

3.4.3 FC支路串联电抗器的计算

3.4.4 电容器校验

3.5 小结

4 SVG无功补偿控制系统的研究

4.1 无功电流检测方法的分析与研究

4.1.1 瞬时无功功率理论

4.1.2 基于瞬时无功功率理论的无功电流检测法

4.2 SVG控制方式的研究

4.2.1 电流直接控制

4.2.2 电流间接控制

4.3 控制策略的分析比较与优化设计

4.4 多目标控制策略研究

4.5 本章小结

5 系统仿真分析

5.1 PSCAD/EMTDC仿真软件简介

5.2 SVG+FC补偿系统仿真模型的建立

5.3 仿真结果分析

5.4 无功补偿和谐波治理装置应用分析

5.4.1 稳定母线电压效果分析

5.4.2 谐波治理效果分析

5.4.3 无功补偿效果分析

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

矿井提升机是矿山企业广泛使用的重要生产设备,而矿井提升机采用晶闸管直流电机(SCR-D)传动方式进行供电。由于晶闸管的非线性特性以及提升机在运行过程中需要频繁启动、停车,给电网母线带来的无功冲击大、谐波污染严重。这不仅影响电网的安全、稳定运行,而且导致同一供电系统上的其他用电设备的故障率高。无功功率和谐波使得电网的电能质量下降,大量的电能被浪费。因此,针对矿井提升机系统进行无功补偿和谐波治理技术的研究,对提高供电系统的电能质量以及保障矿井安全、高效生产具有十分重要的意义。
  本文以国内某大型重金属矿区的盲主井提升机系统为研究对象,根据提升机运行过程中无功功率和谐波的测试结果,以及根据12脉冲整流装置的特性,研究了无功补偿和谐波治理方案。设计了静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)+固定滤波器组(Fixed Capacitor,FC)的无功补偿和谐波治理方案。设计了补偿装置和滤波器组的主电路结构以及相关参数。针对矿井提升机系统母线电压波动大的特性,提出了SVG以无功功率、系统电压作为控制目标的多目标控制策略。
  论文借助PSCAD仿真软件,搭建了基于该矿井提升机系统的SVG+FC仿真电路模型进行仿真分析研究。仿真结果表明本文设计的SVG+FC型无功补偿和谐波治理装置的各项指标均符合设计要求,且该装置具有良好的动态性能,可以达到期望的无功补偿、谐波治理效果。由于采用多目标控制策略使得装置在补偿无功的同时,维持了供电母线电压的稳定。通过矿井提升机系统无功补偿和谐波治理装置的工程应用,验证了此补偿方案的有效性与可行性。

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