用于井下绞车负载的STATCOM关键技术的研究与应用

发布时间：2020-03-27 11:05

【摘要】：由于井下绞车采用变频调速,重载启动时有功和无功冲击较大,会引起电压大幅突降,并伴随大量整数和非整数倍的谐波电流产生,造成电网受到严重谐波污染、功率因数低、电压波动剧烈、设备无法启动和损坏等,使得井下电网的供电安全产生隐患。在井下绞车供电电网中,提高功率因数、治理谐波污染、稳定电网电压尤为重要,静止同步补偿器(STATCOM)能有效的补偿无功、补偿谐波、提高电力系统暂态电压稳定性。用于井下绞车负载的STATCOM是一类兼顾无功补偿、谐波治理、电压稳定的重要电力电子变流装置,是现代无功补偿和谐波治理技术的研究热点。本文以防爆链式STATCOM为背景,着重研究其在绞车负载下的关键技术和应用,带有典型的工程实践特点,具有较高的应用前景和价值。首先,针对STATCOM的锁相环控制、直流电容纹波控制、电压环控制器设计、双环控制器设计、多种任务模式切换与动态限幅等关键算法与控制技术,在实现方法和仿真验证方面做了较深入的研究。通过仿真对比分析采取输入信号进行固定采样、同步采样两种方法,在谐波、不平衡、阶跃、复合情况下,验证了锁相环的性能均满足要求,也给出了各种方法的关系和适用场合。为了分析直流电容纹波,对链式STATTCOM运行中动态等效电容进行了定量分析计算,并通过仿真对比分析了3种直流电容纹波控制方法的纹波峰值特性,从而得出纹波控制方法的最优方法:二倍频功率分配法。对于电压环,采用不同类型的控制器,仿真分析了控制性能存在一定差异,给出了在各种类型中进行合理选择,仿真计算表明PD是相对优化地满足了设计、实际需求。针对双环控制器定量进行了参数设计,通过仿真对比分析,得出了最优设计值,具有通用性、可以借鉴。针对STATCOM的实际工程应用,提出了具备多模式切换的任务规划及其具体实现,并就动态限幅提出了具有优先级的具体实施,仿真表明符合要求。接着,对STATCOM的防爆闭锁、散热器、叠层母线、电抗器、滤波器等关键部件的设计与应用进行了较深入的研究。为了解决防爆STATCOM开盖时能量释放问题、以满足井下使用条件,设计并实现了联动式闭锁放电装置。为解决防爆STATCOM散热需求,进行散热设计和分析,结果表明温升满足要求。叠层母线是连接IGBT与直流电容之间的载流体,通过设计表明载流量、温升、自感均满足要求。电抗器在感值、温升、尺寸等方面存在多种考虑,通过设计满足要求。分析了滤波器的各种形式的优缺点,并进行了定量分析,得出结论LCL最优。最后,对绞车负载下的STATCOM在实际工程应用中的电磁兼容、暂态电压稳定、谐波治理等问题进行了较深入研究。在井下绞车负载下STATCOM的工程实际中,通过理论和仿真分析了绞车启动特性,尤其是暂态冲击电流,表明无功冲击是较大的。通过仿真分析,采取目标电压功能,能够对暂态电压进行控制,并稳定电压,从而缓解了绞车电机启动冲击性电压降问题。先对谐波进行了理论分析和现场实测,通过仿真和实验验证,表明谐波补偿效果良好。
【图文】：

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1 绪论ion的背景和意义（Background and mea工作特性安装有上万部交流提升机(以下简称绞车)，字防爆变频绞车电控系统(一般称为“变频绞爆四象限变频器为主要拖动设备，通过双 PL中规定的绞车双线制保护及控制。防爆变频器全型四象限变频器系统图，如图 1-2 所示。

矿井提升机

图 1-3 矿井提升机变Figure 1-3 Mine hoist frequency conve矿井提升的整个过程可以分为五个行阶段、停车抱闸阶段。加速阶段是提升速阶段是提升机的主要运行阶段，提升机从最高速度减速到爬行速度；爬行阶运行中，，根据速度的变化在速度图上分车段，速度图如图 1-4 所示。加速段匀速段图 1-4 矿井绞车Figure 1-4 Mine winc1.1.2 井下绞车电能质量问题
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD52;TM712

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