電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-高壓電器電氣特性仿真研究(含外文翻譯)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　高壓電器電氣特性仿真研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　高壓電器電氣特性仿真研究</p><p>

3、;<b>　　摘要</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，高壓電器借助一些具有強(qiáng)大仿真功能的軟件平臺(tái)進(jìn)行電路仿真實(shí)驗(yàn)，從而掌握電器產(chǎn)品的性能，減少重復(fù)樣機(jī)的制作，降低試驗(yàn)費(fèi)用。本文主要從高壓電器中幾個(gè)具體的實(shí)例通過(guò)MATLAB7.0建立模型進(jìn)行仿真研究。介紹了斷路器短路電流開(kāi)合仿真。針對(duì)適用于小電流電弧仿真的mayr電弧模型，完整闡述了Matlab7.0環(huán)境下電弧模型的建立，以

4、便于日后7.0 用戶進(jìn)行電弧建模及仿真。同時(shí)，進(jìn)一步分析了模型參數(shù)對(duì)輸出波形的影響，證實(shí)與實(shí)際斷路器的投切現(xiàn)象較好地符合，對(duì)斷路器投切或者線路故障燃弧等現(xiàn)象的研究都能起到積極的作用。通過(guò)MATLAB的m文件編程來(lái)計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的母線的交流電動(dòng)力。利用MATLAB進(jìn)行了電容器組投切的仿真，對(duì)目前常用的無(wú)功補(bǔ)償電容器投切控制方案所存在的不足進(jìn)行了詳細(xì)的分析,給出了補(bǔ)償電容器投切的優(yōu)化控制方案,并在MATLAB 電力仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。&

5、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞 高壓電器；MATLAB；電弧；電動(dòng)力；電容器</p><p>　　Study on Electrical Performance Simulation of High Voltage Apparatus</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With th

6、e popularity of computer and high-voltage electrical appliances with the software platform that has powerful simulation capabilities for circuit simulation experiments, in order to grasp the performance of electrical pro

7、ducts, to reduce duplication of prototype production, reduce test costs. In this paper, a few specific examples from the high-voltage electrical appliances by MATLAB7.0 model simulation study. Opening and closing of the

8、circuit breaker short-circuit current simulation. For</p><p>　　Keywords high-voltage electrical appliances;MATLAB;arc;power bus; capacitor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><

9、;b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 高壓電器仿真研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本文主要內(nèi)容4</p&

10、gt;<p>　　第2章 基于MATLAB斷路器短路電流開(kāi)合仿真5</p><p>　　2.1 Mayr電弧模型的理論體系5</p><p>　　2.1.1 Mayr電弧的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型5</p><p>　　2.1.2 模型的下層文件6</p><p>　　2.1.3 子系統(tǒng)的封裝8</p><p

11、>　　2.2 電路仿真9</p><p>　　2.3 本章小結(jié)11</p><p>　　第3章 不同結(jié)構(gòu)母線交流電動(dòng)力計(jì)算12</p><p>　　3.1 畢奧—薩伐爾定律計(jì)算電動(dòng)力12</p><p>　　3.2 單相電動(dòng)力13</p><p>　　3.3 三相平行導(dǎo)線間的電動(dòng)力13</p&

12、gt;<p>　　3.4 短路時(shí)的電動(dòng)力16</p><p>　　3.5 本章小結(jié)17</p><p>　　第4章 電容器組投切過(guò)程涌流問(wèn)題與限制措施18</p><p>　　4.1 電容器組的最優(yōu)投切控制研究18</p><p>　　4.2 基于MATLAB的投切控制的仿真研究20</p><

13、p>　　4.2.1 補(bǔ)償電容殘壓為零條件下的仿真20</p><p>　　4.2.2 補(bǔ)償電容殘壓不為零條件下的仿真22</p><p>　　4.3本章小結(jié)25</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><

14、p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附錄A30</b></p><p><b>　　附錄B32</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景<

15、;/b></p><p>　　高壓電器是在高壓線路中用來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)合、開(kāi)斷、保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)、測(cè)量的設(shè)備。一般的高壓電器包括開(kāi)關(guān)電器、測(cè)量電器和限流、限壓電器 。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，隨著計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用，電類專業(yè)借用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容中的理解和掌握。主要電器仿真的主導(dǎo)思想：是借助一些具有強(qiáng)大仿真功能的軟件平臺(tái)進(jìn)行電路仿真實(shí)驗(yàn)。高壓電器仿真技術(shù)的應(yīng)用改變了長(zhǎng)期以來(lái)人們用傳統(tǒng)工程計(jì)算

16、方法進(jìn)行特性分析所造成的精度差的缺點(diǎn)，可以在樣機(jī)制作和實(shí)驗(yàn)分析前，掌握電器產(chǎn)品的性能，減少重復(fù)樣機(jī)的制作，降低試驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高壓電器研發(fā)中創(chuàng)造了條件。</p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。主要包括MATLAB和

17、Simulink兩大部分。他將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種更全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平[1]。</p><p>　　1.2 高壓電器仿真研究現(xiàn)狀</p><p>

18、;　　傳統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)普遍采用晶閘管和自然換相技術(shù), 而晶閘管是一種只具有控制接通而無(wú)自關(guān)斷能力的半控型器件, 在換相過(guò)程中, 需要外部電網(wǎng)提供換相電壓, 當(dāng)受端電網(wǎng)比較弱時(shí),容易發(fā)生換相失敗。因此, 針對(duì)上述不足, ABB 公司研制開(kāi)發(fā)了輕型直流輸電系統(tǒng)( HVDC Lig ht ) , 它采用電壓源型換流器( V SC) , 功率開(kāi)關(guān)由絕緣柵雙極晶體管( IGBT) 組成。電壓源換流器采用脈寬調(diào)制控制技術(shù), 無(wú)需任何換相電壓,

19、 可以向各種有源或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)輸電。IGBT 是具有自關(guān)斷能力的全控型器件, 開(kāi)關(guān)速度快、頻率高、損耗小。1997 年3 月, 世界上第一條10 kV 的輕型直流輸電</p><p>　　系統(tǒng)在瑞典的赫爾斯揚(yáng)( Hellsjon) 工程正式投入運(yùn)行, 并取得了較為滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[ 2～5] 。</p><p>　　圖1-1 輕型直流輸電系統(tǒng)MATLAB 仿真模型圖</p><

20、;p>　　通過(guò)建立基于MATLAB 的仿真模型, 并以一單機(jī)為例經(jīng)過(guò)整流和逆變直接向負(fù)荷供電, 整流側(cè)和逆變側(cè)分別采用定直流電壓控制和定交流電壓控制的控制方式, 針對(duì)三相接地故障的情形, 對(duì)整個(gè)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的模型進(jìn)行了仿真和分析。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步, 采用各種控制方式的現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展; 調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不斷增加, 同時(shí)變流裝置非正弦供電下電機(jī)的運(yùn)行條件和

21、性能都產(chǎn)生了很大變化;而將控制算法直接用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力, 而且缺乏柔性。因此, 在實(shí)際系統(tǒng)實(shí)施前往往需要對(duì)系統(tǒng)的性能、參數(shù)、實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行仿真, 驗(yàn)證方案的可行性, 并為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試提供參考和依據(jù)。目前, Matlab及其Simulink可視化仿真平臺(tái)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。Simulink具有模塊化、可封裝、結(jié)構(gòu)圖編程以及高度可視化等特性, 使仿真建模大大簡(jiǎn)化。然而, 在復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)中, 如何準(zhǔn)確地進(jìn)

22、行仿真, 一直是比較困難的問(wèn)題。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中往往包含功率開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。用Simulink提供的基本模塊如開(kāi)關(guān)觸發(fā)器來(lái)構(gòu)造功率開(kāi)關(guān)非常費(fèi)力,電機(jī)需要抽象成狀態(tài)空間模型, 再加上各環(huán)節(jié)采用簡(jiǎn)化的傳遞函數(shù), 很多細(xì)節(jié)都會(huì)被忽略, 導(dǎo)致仿真模型和實(shí)際系統(tǒng)有很大差異, 而且不能在電氣連接上一一對(duì)應(yīng), 使仿真結(jié)果不能有效指導(dǎo)硬件設(shè)計(jì)。從Matlab5.2開(kāi)始推出的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)( Power System Bloc</p><

23、;p>　　利用PSB 模塊和Simulink 模塊可以構(gòu)成該系統(tǒng)的仿真模型。整個(gè)仿真系統(tǒng)的Matlab如圖1-2所示, 所用版本為Matlab7.0[7]。</p><p>　　圖1-2 基于PSB的雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展, 電力系統(tǒng)容量不斷增加, 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜和龐大, 系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出。由于在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性, 電弧爐煉

24、鋼技術(shù)在國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。煉鋼電弧爐是一種典型的隨機(jī)性非線性負(fù)載 ,具有沖擊性, 是電壓波動(dòng)和閃變的一個(gè)主要因素, 致使電壓波動(dòng)和閃變已成為威脅許多重要用戶供電穩(wěn)定性的主要原因之一。因此, 電壓波動(dòng)和閃變的抑制已成為一個(gè)十分重要的研究課題"無(wú)功功率變動(dòng)量是導(dǎo)致電壓幅值波動(dòng)的主要因素。因此, 安裝并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置是抑制電壓波動(dòng)和閃變最常用的措施[8] 。</p><p>　　現(xiàn)有的磁控電

25、抗器(MCR) 是一種有效的無(wú)功補(bǔ)償方法,但是由于響應(yīng)速度較慢, 限制了其在抑制電壓閃變方面的應(yīng)用。基于此,將一種特殊的接線方式—— 外延三角形接線引進(jìn)此磁控電抗器的繞組中, 應(yīng)用諧波抵消原理消除自身諧波, 同時(shí)通過(guò)設(shè)置飽和曲線和直流勵(lì)磁控制相配合, 提高響應(yīng)速度, 使其在要求響應(yīng)速度快的電弧爐熔化期主要工作于自飽和狀態(tài), 能夠有效地抑制電壓波動(dòng)和閃變。采用MATLAB&Simulink仿真軟件建立了相應(yīng)的仿真模型，如圖1-3,

26、 檢驗(yàn)其對(duì)電弧爐引起的電壓波動(dòng)和閃變進(jìn)行抑制的效果。</p><p>　　圖1-3 電弧爐供電系統(tǒng)模型</p><p>　　1.3 本文主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要從高壓電器中幾個(gè)具體的實(shí)例通過(guò)MATLAB7.0建立模型進(jìn)行仿真研究。</p><p>　　首先介紹了斷路器短路電流開(kāi)合仿真。針對(duì)適用于小電流電弧仿真的Mayr電弧模型，

27、完整闡述了Matlab7.0環(huán)境下電弧模型的建立，以便于日后7.0 用戶進(jìn)行電弧建模及仿真。同時(shí)，進(jìn)一步分析了模型參數(shù)對(duì)輸出波形的影響，證實(shí)與實(shí)際斷路器的投切現(xiàn)象較好地符合，對(duì)斷路器投切或者線路故障燃弧等現(xiàn)象的研究都能起到積極的作用。其次,利用MATLAB的m文件編程來(lái)計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的母線的交流電動(dòng)力。最后,主要進(jìn)行了電容器組投切的仿真，對(duì)目前常用的無(wú)功補(bǔ)償電容器投切控制方案所存在的不足進(jìn)行了詳細(xì)的分析,給出了補(bǔ)償電容器投切的優(yōu)化控制方案

28、,并在MATLAB 電力仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。</p><p>　　第2章 基于MATLAB斷路器短路電流開(kāi)合仿真</p><p>　　2.1 Mayr電弧模型的理論體系</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，高壓斷路器的設(shè)計(jì)和研制只能依靠物理過(guò)程的定性分析、簡(jiǎn)單估算、經(jīng)驗(yàn)和大量的試驗(yàn)研究進(jìn)行，效率低、耗資大?？萍既藛T希望能找到電弧的動(dòng)態(tài)物理模型，借以提高效率，節(jié)約資

29、金并可使設(shè)計(jì)優(yōu)化。</p><p>　　由于電弧是個(gè)十分復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，它牽涉到物質(zhì)的組成和物性變化、可壓縮流體的流動(dòng)、電磁場(chǎng)的分布、熱的發(fā)散和吸收等，又是空間分布和快速時(shí)變過(guò)程，而其中很多參數(shù)是高度非線性的，求解電弧模型的困難是不言而喻的。</p><p>　　求得電弧的模型的基礎(chǔ)首先是實(shí)驗(yàn)，只有大量、多方面的試驗(yàn)才能逐步揭示電弧物理過(guò)程并提供可供計(jì)算的原始數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)

30、對(duì)多方面物理現(xiàn)象的公式推導(dǎo)和數(shù)學(xué)演算可以得到電弧模型。為了達(dá)到這一結(jié)果，當(dāng)然必須做出大量的假設(shè)。所有這些都說(shuō)明求得電弧模型是一個(gè)漫長(zhǎng)的艱苦的路程。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電器的電弧開(kāi)斷特性是開(kāi)關(guān)電器設(shè)計(jì)和研制的關(guān)鍵。為了分析斷路器開(kāi)斷現(xiàn)象利用MATLAB軟件對(duì)開(kāi)關(guān)電器電弧開(kāi)斷進(jìn)行仿真計(jì)算。為了分析斷路器開(kāi)斷現(xiàn)象，利用MATLAB 軟件對(duì)開(kāi)關(guān)電器電弧開(kāi)斷進(jìn)行仿真計(jì)算。闡述了在MATLAB 軟件平臺(tái)上構(gòu)建電弧模型的

31、原理與方法,最后用Mayr電弧模型對(duì)高壓斷路器電弧開(kāi)斷進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。結(jié)果表明,這一方法對(duì)開(kāi)關(guān)電器電弧開(kāi)斷的定性分析是實(shí)用的和有效的[9]。</p><p>　　2.1.1 Mayr電弧的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　最早得出的電弧模型是1939年的克西（Cassie）模型和1943年的麥也爾（Mayr）模型[10]。這兩個(gè)模型實(shí)際上只是定性的模型，很難用來(lái)計(jì)算，但時(shí)至今日科技界仍常引

32、用其來(lái)分析電弧開(kāi)斷現(xiàn)象。Mayr方程比較適用于小電流，包括零區(qū)的電弧過(guò)程。Mayr方程可以寫(xiě)為單位長(zhǎng)電弧的形式，即</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中：ga—單位長(zhǎng)電弧電導(dǎo)；</p><p>　　e —電弧電位梯度；</p><p>　　No—單位長(zhǎng)電弧散熱功率，取為常數(shù)；</

33、p><p>　　θ —電弧時(shí)間常數(shù)，取為常數(shù)。</p><p>　　Mayr方程有明確的物理意義，它是基于熱平衡、熱慣性、熱游離三個(gè)基本原理推導(dǎo)而成。式右側(cè)ei為電弧功率，N0 為散熱功率；（ei-N0）為貯存于電弧內(nèi)的熱功率。當(dāng)（ei-N0）>0，電弧溫度應(yīng)增加，熱游離加強(qiáng)，所以dga/dt>0，即電弧電導(dǎo)ga有增加的趨勢(shì)。由于電弧有熱慣性，也即有時(shí)間常數(shù)θ，使得電弧升溫或電導(dǎo)的

34、增加趨于緩慢，因此，dga/dt與電弧時(shí)間常數(shù)θ成反比。公式中左右兩側(cè)的分母ga和N0是使公式變?yōu)橄鄬?duì)值的公式，顯得比較簡(jiǎn)潔。</p><p>　　2.1.2 模型的下層文件</p><p>　　圖2-1是mayr電弧模塊的下層文件。</p><p>　　圖2-1 mayr電弧模塊下層文件</p><p>　　該模塊中包括了DEE、Hit c

35、rossing、Step、CCSource 元件。</p><p>　　1）DEE（微分方程編輯器）</p><p>　　DEE 的參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　u(1)作為第一個(gè)輸入變量，代表電弧電壓u。</p><p>　　u(2)為第二個(gè)輸入變量，代表斷路器開(kāi)斷狀態(tài)，當(dāng)斷路器閉合時(shí)u(2)=0，打開(kāi)時(shí)u(2)=1。</p&g

36、t;<p>　　x0 為狀態(tài)量的初始值，在這里，代表的電弧電導(dǎo)的初始值：g(0)。</p><p>　　x(1)為微分方程的狀態(tài)變量，即電弧電導(dǎo)的自然對(duì)數(shù)：ln(g)。</p><p>　　y 是DEE 的輸出量：電弧電流i。</p><p>　　因此，mayr 電弧方程如下：</p><p>　　=（） （2

37、-2）</p><p>　　y= i= (2-3)</p><p>　　圖2-2 微分方程編輯器</p><p>　　2）Step（階躍信號(hào)）</p><p>　　Step 的參數(shù)設(shè)置：cb_trip 為變量名，在下面封裝子系統(tǒng)時(shí)將用到，</p><

38、p>　　可作為外部參數(shù)由用戶輸入。</p><p><b>　　其余參數(shù)一目了然。</b></p><p>　　3）Hit crossing（定值檢測(cè)）在這里，Hit crossing 的作用就是找到電流的過(guò)零點(diǎn)。</p><p>　　4）CCSource可控電流源， 在這里起到了Sim PowerSystems blocks 和Simu

39、link blocks 的連接作用，輸出電流受到輸入信號(hào)的控制。</p><p><b>　　圖2-3 階躍信號(hào)</b></p><p>　　2.1.3 子系統(tǒng)的封裝</p><p>　　圖2-4 封裝子系統(tǒng)編輯窗口</p><p>　　由圖可見(jiàn)，子系統(tǒng)有4個(gè)子標(biāo)簽，分別為“圖標(biāo)”、“參數(shù)”、“初始化”、“文檔”。最重要

40、的是參數(shù)標(biāo)簽，其余設(shè)置可以由用戶根據(jù)個(gè)人習(xí)慣任意設(shè)置。參數(shù)標(biāo)簽設(shè)置如圖所示，其中，tau，p，x0，cb_trip 變量名與上述子系統(tǒng)元件內(nèi)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)；對(duì)變量說(shuō)明（prompt）的設(shè)置都將在最后封裝模塊的參數(shù)對(duì)話框中顯示，如圖2-5。</p><p>　　圖2-5 封裝模塊參數(shù)對(duì)話框</p><p>　　可見(jiàn)，通過(guò)以上設(shè)置，可見(jiàn)斷路器的四個(gè)參數(shù)都可以在雙擊子系統(tǒng)（即電弧封裝模塊）后，在彈

41、出的模塊參數(shù)對(duì)話框中自行輸入。</p><p><b>　　2.2 電路仿真</b></p><p>　　下面對(duì)封裝電弧進(jìn)行簡(jiǎn)單電路模擬（見(jiàn)圖2-6）</p><p>　　圖2-6 斷路器模擬圖</p><p>　　斷路器的斷開(kāi)時(shí)間可在模塊參數(shù)對(duì)話框（circuit breaker contact separation

42、starts at [s]）設(shè)置，過(guò)零點(diǎn)在不同時(shí)刻的仿真波形如圖所示。</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B</b></p><p>　　圖2-7 開(kāi)關(guān)電流過(guò)零點(diǎn)為負(fù)半周時(shí)仿真波形</p><p>　　圖中，A點(diǎn)為過(guò)零點(diǎn)，B點(diǎn)為瞬時(shí)恢復(fù)電壓最大值</p>

43、;<p><b>　　Bt=</b></p><p><b>　　A</b></p><p>　　圖2-8 開(kāi)關(guān)電流過(guò)零點(diǎn)為正半周時(shí)的仿真</p><p>　　圖中，A點(diǎn)為過(guò)零點(diǎn)，B點(diǎn)位瞬時(shí)恢復(fù)電壓</p><p>　　由圖可知，斷路器只有在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)熄弧，而熄弧瞬間出現(xiàn)恢復(fù)電壓，

44、在極短時(shí)間內(nèi)就上升到最大值，其值可達(dá)到電源電壓幅值的1.4~1.5 倍，但最終要恢復(fù)到電源電壓。而斷路器的熄弧必須在斷路器動(dòng)作時(shí)間t 之后一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，方可成功。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本文在Matlab7.0中成功地完成了mayr電弧模型的搭建，并分析了mayr 斷路器的動(dòng)作特性，以及參數(shù)值P 與t 的改變對(duì)斷路器

45、動(dòng)作的影響，與實(shí)際中的斷路器特性相符，可用以作為小電流下電弧現(xiàn)象的研究，同時(shí)，其它電弧模型，如Kema、Habedank、Schavemaker 等相對(duì)應(yīng)電弧模型的搭建可參照此例，對(duì)科研人員進(jìn)行電弧建模，分析電弧現(xiàn)象具有積極的意義。</p><p>　　第3章 不同結(jié)構(gòu)母線交流電動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　3.1 畢奧—薩伐爾定律計(jì)算電動(dòng)力</p><p>　　在

46、磁場(chǎng)中的任一載流導(dǎo)體都要受到力的作用，這是安培于1820年發(fā)現(xiàn)的。通電導(dǎo)體的周圍有磁場(chǎng)存在，而磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體又有作用力。因此，兩個(gè)或幾個(gè)相互有電耦合的導(dǎo)體之間必有相互作用的力，我們把載流導(dǎo)體之間的作用力稱為“電動(dòng)力”。</p><p>　　畢奧—薩伐爾定律是計(jì)算電動(dòng)力最常用的方法。</p><p>　　載流導(dǎo)體所受電動(dòng)力與導(dǎo)體回路及導(dǎo)體截面有關(guān)。在忽略導(dǎo)體截面對(duì)電動(dòng)力的影響時(shí)，可假設(shè)導(dǎo)體截

47、面無(wú)限細(xì)。</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中：—處的磁感應(yīng)強(qiáng)度；</p><p><b>　　—與間的夾角。</b></p><p>　　對(duì)于同一平面內(nèi)的兩導(dǎo)體間的電動(dòng)力，</p><p><b>　?。?-2）</b&

48、gt;</p><p>　　C稱為回路系數(shù)，是一個(gè)無(wú)量綱系數(shù)。它只與所研究的導(dǎo)電系統(tǒng)的幾何尺寸、形狀有關(guān)。計(jì)算出回路系數(shù)C的數(shù)值，再知道I1與I2就可以得出電動(dòng)力的數(shù)值。所以式是計(jì)算電動(dòng)力的一般通用式，對(duì)不同的具體情況只是回路系數(shù)不同而已。常用的C值，在手冊(cè)中可查出，給電動(dòng)力的計(jì)算帶來(lái)很大方便。</p><p>　　交流電動(dòng)力的計(jì)算方法[12]與前面分析的一樣，不同之處只是交流電流是隨時(shí)間

49、變化的，因此電動(dòng)力也是隨時(shí)間而變化的。計(jì)算交流電動(dòng)力也是運(yùn)用式（3-2），只要把交流的電流瞬時(shí)值帶入即可</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　3.2 單相電動(dòng)力</p><p><b>　　1)基本原理公式</b></p><p>　　若不同導(dǎo)體中通過(guò)的是同一正弦交

50、流電流，利用式就可以計(jì)算電動(dòng)力</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p><b>　　電動(dòng)力最大值為</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　電動(dòng)力的平均值為</b></p>

51、<p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　2）m文件程序</b></p><p>　　電動(dòng)力隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 交流電動(dòng)力變化曲線</p><p>　　3.3 三相平行導(dǎo)線間的電動(dòng)力</p><p&g

52、t;<b>　　1）基本原理公式</b></p><p>　　導(dǎo)線布置情況如圖。導(dǎo)線長(zhǎng)度為，相間距離為a，三相電流對(duì)稱</p><p>　　iA iB iC 即 （3-7）</p><p><b>　　a a</b></p><p>　　A

53、 B C</p><p>　　圖3-2 水平布置的三相導(dǎo)線</p><p><b>　　A相導(dǎo)線上的電動(dòng)力</b></p><p><b>　?。?-8） </b></p><p>　　將式中的，，分別代入式得</p><p><b>　?。?-9）&

54、lt;/b></p><p><b>　　B相導(dǎo)線上的電動(dòng)力</b></p><p>　?。?-10） C相導(dǎo)線上的電動(dòng)力</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p><b>　　2)m文件程序</b></p><p&

55、gt;　　A相電動(dòng)力的變化曲線如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 A相電動(dòng)力的變化曲線</p><p>　　B相電動(dòng)力的變化曲線如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 B相電動(dòng)力的變化曲線</p><p>　　C相電動(dòng)力的變化曲線如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 C相電動(dòng)力的變化曲線&

56、lt;/p><p>　　3.4 短路時(shí)的電動(dòng)力</p><p><b>　　1)基本原理公式</b></p><p>　　交流電路的短路電流除正弦周期分量外，通常還含有非周期分量。非周期分量電流值大小與發(fā)生短路時(shí)的電源電壓的相位有關(guān)。若在電源電壓過(guò)零時(shí)的瞬間發(fā)生短路，則短路電流的非周期分量最大，短路電流最大值也最大。此時(shí)，短路電流為</p&g

57、t;<p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中： —短路電流周期分量的最大值； </p><p>　　a —電流非周期分量的衰減系數(shù)。</p><p>　　短路時(shí)的電動(dòng)力計(jì)算：</p><p><b>　?。?-13）<

58、/b></p><p><b>　　2）m文件程序</b></p><p>　　單相短路電動(dòng)力的變化曲線如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 單相短路時(shí)的電動(dòng)力波形圖</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章利用MATLA

59、B的m文件編程來(lái)計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的母線的交流電動(dòng)力。它可以很方便地把復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程凝聚成一個(gè)程序，以后可以隨意調(diào)用，為解決學(xué)習(xí)與工程問(wèn)題提供便利。</p><p>　　第4章 電容器組投切過(guò)程涌流問(wèn)題與限制措施</p><p>　　電力無(wú)功功率是存在于交變磁場(chǎng)和交變電場(chǎng)中的一種瞬時(shí)功率,它和有功電源一樣是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、保證電能質(zhì)量和安全運(yùn)行必不可少的。由于電網(wǎng)負(fù)載絕大多數(shù)呈感性,因而采用并

60、聯(lián)電容器組,通過(guò)對(duì)并聯(lián)電容器組的投切控制來(lái)進(jìn)行無(wú)功就地補(bǔ)償是一種較經(jīng)濟(jì)易行的措施并已得到廣泛應(yīng)用。但由于電力電容器是一種儲(chǔ)能元件,在其通斷時(shí)存在暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程,給電容器的投切控制帶來(lái)了嚴(yán)重問(wèn)題。若投切控制設(shè)計(jì)不當(dāng),則會(huì)嚴(yán)重影響投切開(kāi)關(guān)和電力電容器的使用壽命,造成較大的經(jīng)濟(jì)損失并影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。按傳統(tǒng)的方法采用同步調(diào)相機(jī)并由開(kāi)關(guān)投切的靜止電容器組來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無(wú)功功率已不能滿足要求。因?yàn)檫@些方法存在著響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)特性差、自動(dòng)

61、監(jiān)控性能差、長(zhǎng)期運(yùn)行功率損耗大以及維護(hù)和管理不便等缺陷。而采用并聯(lián)電容器組，通過(guò)對(duì)并聯(lián)電容器組的投切控制來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是一種簡(jiǎn)單易行的措施并已得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)方式采用固定電容補(bǔ)償，但這種方式僅適用于用戶負(fù)載固定、無(wú)功需求相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，不能動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)所需無(wú)功功率的變化，而且還有可能和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振導(dǎo)致諧波放大，因而目前正逐漸被淘汰。靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）近年來(lái)獲得了很大的發(fā)展，已被廣</p><p>　

62、　4.1 電容器組的最優(yōu)投切控制研究</p><p>　　(1) 常用晶閘管投切控制分析[15]</p><p>　　晶閘管開(kāi)關(guān)分組投切電容器在理論上完全可以滿足電容器組無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切的要求,即只要在電網(wǎng)電壓與電容器電壓極性相同、幅值相同時(shí)投入即可,切除時(shí)只需去除晶閘管的觸發(fā)信號(hào),則晶閘管在電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷,也就是所謂的“等電壓投入,零電流切除”控制方案。但嚴(yán)格來(lái)講，“ 等電壓投入”并

63、非最佳的投入時(shí)刻,最佳的投入時(shí)刻應(yīng)把電容器預(yù)先充電至電源電壓峰值,而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性方程ic = Cduc/dt ,若在導(dǎo)通前電容器充電電壓也等于電源電壓峰值,則在電源電壓峰值點(diǎn)投入電容時(shí),由于在這一點(diǎn)電源電壓的變化率為零,故ic也為零,隨后電源電壓(也即電容電壓) 的變化率才按正弦規(guī)律上升,電流ic 即按正弦規(guī)律上升。這樣整個(gè)投入過(guò)程不但不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流,而且電流也沒(méi)有階躍變化。目前普

64、遍采用的是所謂同步脈沖過(guò)零觸發(fā)技術(shù),主要有以下三類:</p><p>　　1) 電容器在投入前先由充電電路將其充電至電網(wǎng)電壓的峰值狀態(tài)(待投狀態(tài)) ,當(dāng)微機(jī)控制相位在ωt = 90°或ωt = 270°時(shí),分別觸發(fā)該相正反晶閘管閥,投入該組電容器;</p><p>　　2) 電容器組在投入前先通過(guò)放電電路將其完全放電至“待投狀態(tài)”,通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路在電網(wǎng)電壓過(guò)零時(shí)刻發(fā)出

65、投入信號(hào);</p><p>　　3) 由微機(jī)系統(tǒng)適時(shí)檢測(cè)欲投電容的殘壓,控制系統(tǒng)只有在電網(wǎng)電壓與電容殘壓相同時(shí)才投入電容器。</p><p>　　上述三種方法的原理基本相同,但在微機(jī)系統(tǒng)和晶閘管之間或補(bǔ)償電容器之間都存在著檢測(cè)回路,且電力電子開(kāi)關(guān)器件又較容易受到電磁干擾,使得現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾信號(hào)容易通過(guò)這些回路竄入微機(jī)系統(tǒng)或投切開(kāi)關(guān)而造成系統(tǒng)的誤動(dòng)作。前兩種控制方式需要在每組電容上加充、放電

66、電路,并且二者都要求欲投電容滿足“待投狀態(tài)”的條件時(shí)才能投入,無(wú)法完全滿足快速投入的需要。第三種方法仍需要適時(shí)檢測(cè)電容的殘壓并與網(wǎng)電壓相比較,控制系統(tǒng)較復(fù)雜,在各種干擾因素的作用下產(chǎn)生誤動(dòng)作的可能性加大。</p><p>　　(2) 晶閘管投切控制的優(yōu)化根據(jù)對(duì)晶閘管投切控制的分析,抓住晶閘管端壓過(guò)零,忽略相位、電壓極性、幅值及電容殘壓的判斷,只要確保晶閘管承受正向電壓且處于端壓過(guò)零時(shí)刻導(dǎo)通,就可實(shí)現(xiàn)電容組無(wú)暫態(tài)過(guò)

67、程投入且防止晶閘管誤觸發(fā)的發(fā)生。過(guò)零觸發(fā)原理如圖4-1 所示。</p><p><b>　　1) 基本原理</b></p><p>　　假設(shè)電容器在投入前的殘壓為V C0 ,在晶閘管的兩端加一過(guò)零檢測(cè)電路且該電路自行工作,與微機(jī)控制系統(tǒng)不具備電氣上的聯(lián)系,則在晶閘管TRI兩端電壓為零時(shí)(即電網(wǎng)電壓變化到與電容器C上的殘壓V C0相等時(shí)) 過(guò)零檢測(cè)電路輸出同步過(guò)零脈沖信

68、號(hào)并送入“產(chǎn)生觸發(fā)脈沖”模塊。若此時(shí)微機(jī)系統(tǒng)未發(fā)出投入信號(hào),則“產(chǎn)生觸發(fā)脈沖”模塊不動(dòng)作,晶閘管不被觸發(fā);只有當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出投入信號(hào)且過(guò)零同步脈沖也到達(dá)時(shí),“產(chǎn)生觸發(fā)脈沖”模塊才產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并保持,使得晶閘管接通,電容平穩(wěn)投入。需要切除時(shí)只要微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出切除信號(hào)(允許觸發(fā)脈沖變?yōu)榈碗妷? ,晶閘管在在其流過(guò)的電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷,電容器被切除。</p><p>　　圖4-1 過(guò)零觸發(fā)原理圖</p>&

69、lt;p>　　2) 交流固態(tài)繼電器</p><p>　　圖中被虛線框住的部分是一個(gè)過(guò)零型交流固態(tài)繼電器(AC2SSR) ,具有工作可靠、驅(qū)動(dòng)功率小、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪聲、抗干擾、開(kāi)關(guān)速度快及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案就是用它作為補(bǔ)償電容的投切開(kāi)關(guān),隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,大功率的SSR 產(chǎn)品大量出現(xiàn),其模塊化的結(jié)構(gòu)和良好的抗干擾措施使得補(bǔ)償電容器的投切控制設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、工作更可靠、價(jià)格也不高。</p>

70、;<p>　　3) 優(yōu)化后的控制系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>　　a. 電容器電壓輻值小于或等于電網(wǎng)電壓峰值時(shí),無(wú)需預(yù)充電或放電電路,能保證在半個(gè)周波內(nèi)完成過(guò)零觸發(fā)。</p><p>　　b. 取消了微機(jī)系統(tǒng)與投切開(kāi)關(guān)或補(bǔ)償電容器之間的直接的電氣聯(lián)系,投切控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化,控制可靠性大幅提高,生產(chǎn)成本也得到了降低。</p><p>　　c. 可適應(yīng)各種不同

71、的場(chǎng)合、不同的控制器、不同的電壓等級(jí)、不同的接線方式,為控制系統(tǒng)的組成提供了靈活性和互換性。</p><p>　　4.2 基于MATLAB的投切控制的仿真研究 </p><p>　　利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可模擬電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境對(duì)所設(shè)計(jì)的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的系統(tǒng)或應(yīng)用方案進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),使之電力應(yīng)用系統(tǒng)的試驗(yàn)更趨于經(jīng)濟(jì)、方便。</p><p>　　4.2.1 補(bǔ)償電容

72、殘壓為零條件下的仿真</p><p>　　根據(jù)過(guò)零型交流繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及電容器投入運(yùn)行時(shí)的工作過(guò)程,在MATLAB的電力系統(tǒng)仿真環(huán)境下建立了圖4-2所示的補(bǔ)償電容器投切仿真模型。圖中兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成過(guò)零型固態(tài)繼電器的開(kāi)關(guān),以脈沖發(fā)生器作為開(kāi)關(guān)1 、開(kāi)關(guān)2 分別控制兩個(gè)晶閘管的通斷。由于開(kāi)關(guān)1 、開(kāi)關(guān)2 發(fā)出脈沖信號(hào)的時(shí)間可控,故控制開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通脈沖的時(shí)機(jī)即可控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)機(jī),只要控制晶閘管在

73、電源基波電壓過(guò)零時(shí)刻導(dǎo)通,就完全仿真了過(guò)零型固態(tài)繼電器的接通過(guò)程。 </p><p>　　補(bǔ)償電容和負(fù)載的參數(shù)設(shè)置如下:負(fù)載的功率設(shè)為10kVA ,感性無(wú)功功率按負(fù)載的10%設(shè)置,為1kvar ,補(bǔ)償電容的容量按220V下1kvar 計(jì)算為660pF。電壓表1和電壓表2分別檢測(cè)電壓和補(bǔ)償電容氣的電壓,電流表檢測(cè)補(bǔ)償電容氣的無(wú)功補(bǔ)償電流。現(xiàn)對(duì)三種情況來(lái)研究電容器投入過(guò)程中的浪涌電流

74、和電壓閃變情況。</p><p>　　圖4-2 投切控制仿真模型</p><p>　　1) 在電網(wǎng)基波電壓過(guò)零時(shí)刻投入電容器</p><p>　　參數(shù)設(shè)置:開(kāi)關(guān)1 在0.02s處發(fā)出高電平脈沖,使晶閘管2 導(dǎo)通;開(kāi)關(guān)2 在0.01s時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖,導(dǎo)通經(jīng)閘管2 ;相當(dāng)于補(bǔ)償電容在電壓由正到負(fù)過(guò)零時(shí)刻投入。仿真結(jié)果如圖4-3所示。其中，圖中A為投切電流，B為電容器兩

75、端電壓，C為電源兩端電壓。從示波器顯示的波形可以看出,在電壓過(guò)零時(shí)刻,補(bǔ)償電容被平穩(wěn)的投入,電容器兩端電壓(Vload) 與基波電壓同相,電容上的補(bǔ)償電流的最大幅值約為60A ,既無(wú)浪涌電流也無(wú)電壓閃變。</p><p>　　2) 在電網(wǎng)基波電壓峰值時(shí)刻投入電容器</p><p>　　參數(shù)設(shè)置:開(kāi)關(guān)1 在0.01s處發(fā)出觸發(fā)脈沖,使晶閘管2 導(dǎo)通;開(kāi)關(guān)2在0.005s時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖,導(dǎo)通

76、經(jīng)閘管2 ;相當(dāng)于補(bǔ)償電容在電壓正峰值時(shí)刻投入。仿真結(jié)果如圖4-4所示,從圖中可以看出,由于補(bǔ)償電容在電壓峰值時(shí)刻被投入,電網(wǎng)電壓與補(bǔ)償電容器之間的電壓差為電網(wǎng)電壓的最大幅值,因此電壓投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的浪涌電流,其峰值約為360A ,是穩(wěn)定狀態(tài)下無(wú)功補(bǔ)償電流峰值的6倍;同時(shí)也有電壓閃變現(xiàn)象,但其幅度不大,大致在基波電壓峰值范圍內(nèi)。</p><p><b>　　A</b></p>

77、<p><b>　　B</b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　圖4-3 基波電壓過(guò)零時(shí)刻投入電容仿真結(jié)果</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B</b></p><

78、;p><b>　　C</b></p><p>　　圖4-4 基波電壓峰值時(shí)刻投入電容仿真結(jié)果</p><p>　　4.2.2 補(bǔ)償電容殘壓不為零條件下的仿真</p><p>　　由于流過(guò)電容器上的無(wú)功補(bǔ)償電流為一容性電流,因此它的相位要超前基波電壓信號(hào)π/ 2 的相角,又因?yàn)榫чl管關(guān)斷是在電流過(guò)零時(shí)刻自然關(guān)斷,故關(guān)斷時(shí)補(bǔ)償電容器上的電壓剛

79、好處于電網(wǎng)基波電壓的峰值時(shí)刻,即當(dāng)采用晶閘管元件作為投切開(kāi)關(guān)時(shí),被切除的補(bǔ)償電容器都是帶有殘壓的,且殘壓為電網(wǎng)電壓的峰值;投入時(shí)刻電容的殘壓則視電容器自行放電的時(shí)間而定。據(jù)此,補(bǔ)償電容帶有殘壓被投入使用應(yīng)是研究的重點(diǎn),而補(bǔ)償電容殘壓為零被投入則可以看作“等電壓投入”的一種特殊情況。補(bǔ)償電容器殘壓不為零條件下的仿真模型如圖4-5所示。它在原來(lái)的模型上增加了一個(gè)直流電源、一個(gè)理想開(kāi)關(guān)以及一個(gè)脈沖信號(hào)源,所增加的元件是用來(lái)模擬在電容器上加上殘

80、壓。其工作過(guò)程為:當(dāng)電容器沒(méi)有投入時(shí),脈沖信號(hào)源被控發(fā)出脈沖信號(hào)使理想開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài),給電容器充電,使補(bǔ)償電容器具有初始電壓(即電容器投入時(shí)的殘壓) ,電容器的充電電壓值通過(guò)設(shè)置直流電壓源隨意設(shè)置,原模型上所有元件的參數(shù)不變。仿真原理為:</p><p>　　圖4-5 補(bǔ)償電容器殘壓不為零條件下的仿真模型</p><p>　　1) 仿真最佳投入時(shí)刻情況</p><p&

81、gt;　　即在補(bǔ)償電容上加上電網(wǎng)電壓峰值,然后控制開(kāi)關(guān)1和開(kāi)關(guān)2 使晶閘管在基波電壓瞬時(shí)值為峰值時(shí)刻導(dǎo)通,投入電容并在同一時(shí)刻使脈沖信號(hào)源的脈沖信號(hào)關(guān)閉、理想開(kāi)關(guān)斷開(kāi),這樣就模擬了系統(tǒng)在基波電壓瞬時(shí)值與電容殘壓相等時(shí)刻投入補(bǔ)償電容器。仿真結(jié)果如圖4-6所示。從仿真結(jié)果看,效果非常理想。</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B&

82、lt;/b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　圖4-6 最佳時(shí)刻投入電容仿真結(jié)果</p><p>　　2) 仿真具有普遍意義上的“等電壓投入”情況</p><p>　　補(bǔ)償電容器上加上電壓后( 殘壓, 這里設(shè)為110V) ,控制開(kāi)關(guān)1 和開(kāi)關(guān)2 使晶閘管在基波電壓瞬時(shí)值為110V 時(shí)刻導(dǎo)

83、通,投入電容并在同一時(shí)刻使脈沖信號(hào)源的脈沖信號(hào)關(guān)閉、理想開(kāi)關(guān)斷開(kāi),這樣就模擬了系統(tǒng)在基波電壓瞬時(shí)值與電容殘壓相等時(shí)刻投入補(bǔ)償電容器。仿真結(jié)果如圖4-7所示。從仿真結(jié)果看,電容在電網(wǎng)基波電壓瞬時(shí)值與電容殘壓相等時(shí)刻投入也完全可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)投入,無(wú)涌流和電壓閃變。但在投入瞬間會(huì)產(chǎn)生階躍電流,但因其很小,一般不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不良影響。</p><p><b>　　A</b></p>&l

84、t;p><b>　　B</b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　圖4-7 電容殘壓不為零時(shí)等電壓投入仿真結(jié)果</p><p>　　3) 非等壓投入情況</p><p>　　若改變晶閘管導(dǎo)通的時(shí)機(jī),使其不在“等電壓時(shí)刻投入”,則會(huì)產(chǎn)生非常大的浪涌電流。按照所設(shè)計(jì)的仿真

85、模型的參數(shù)進(jìn)行仿真所得的結(jié)果如圖4-8所示。由圖可知,盡管只是瞬態(tài)電流,持續(xù)時(shí)間非常短,但由于電流過(guò)大,其危害還是不可忽視的。</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B</b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　圖4-8

86、電容殘壓不為零時(shí)不等電壓投入仿真結(jié)果</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)采用過(guò)零型固態(tài)繼電器作為投切控制開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)等,體現(xiàn)了“等電壓投入,零電流切除”的控制原則,可以使補(bǔ)償電容器的投切控制做所更簡(jiǎn)單、更安全、更可靠,具有較大的優(yōu)越性。</p><p><b>　　結(jié)論</b>

87、</p><p>　　MATLAB作為一種有效的電氣仿真軟件，越來(lái)越多地得到電氣工程技術(shù)界的重視。將MATLAB仿真和高壓電器相結(jié)合，是解決高壓電器實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)新思路和新方法。</p><p>　　本文所做工作的主要意義如下：</p><p>　　1.在Matlab7.0中成功地完成了Mayr電弧模型的搭建，并分析了Mayr 斷路器的動(dòng)作特性，以及參數(shù)值P 與t

88、的改變對(duì)斷路器動(dòng)作的影響，與實(shí)際中的斷路器特性相符，對(duì)科研人員進(jìn)行電弧建模，分析電弧現(xiàn)象具有積極的意義。</p><p>　　2. 利用MATLAB的m文件編程來(lái)計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的母線的交流電動(dòng)力。它可以很方便地把復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程凝聚成一個(gè)程序，以后可以隨意調(diào)用，為解決學(xué)習(xí)與工程問(wèn)題提供便利。</p><p>　　3. 　對(duì)目前常用的無(wú)功補(bǔ)償電容器投切控制方案所存在的不足進(jìn)行了詳細(xì)的分析,給出了

89、補(bǔ)償電容器投切的優(yōu)化控制方案,并在MATLAB 電力仿真環(huán)境下進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明,所提出的優(yōu)化方案達(dá)到較理想的效果。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師劉驥教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、設(shè)計(jì)、乃至論文定稿全過(guò)程中始終得到了劉驥教授的指導(dǎo)和支持。劉驥教授廣博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)、積極的創(chuàng)新意識(shí)

90、和樂(lè)觀豁達(dá)的生活態(tài)度將使我受益終生。謹(jǐn)以拙文表示我對(duì)劉教授衷心的感謝和敬意！</p><p>　　最后還要感謝我的父母，是他們多年來(lái)在生活和學(xué)習(xí)上給予我無(wú)微不至的關(guān)懷和始終如一的鼓勵(lì)，使我能順利完成該論文，他們的恩情我將永遠(yuǎn)銘記在心！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 劉會(huì)燈，朱飛.MATLAB編程基礎(chǔ)與典

91、型應(yīng)用，北京：人民郵電出版社，2008</p><p>　　2 Jiang H B. Multiterminal HVDC systems in urban areas of large cities [ J ] . IEEE T ran s on Power Delivery, 1998, 13( 4) : 1 278- 1 284.</p><p>　　3 王鳳川. 電壓源換流器式

92、輕型高壓直流輸電[J].電網(wǎng)技術(shù),1999, 23( 4) : 74- 76.</p><p>　　4 Hirokazu S , T atsuhito N. Development of testing of prototype models for a high-performance 300 MW self-commutated AC /DC converter [ J ] . IEEE T ran s

93、on Power Delivery, 1997, 12( 4) : 1 589- 1 597.</p><p>　　5 李庚銀, 呂鵬飛, 李廣凱, 等. 輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003,27(4): 77- 81.</p><p>　　6 秦小平, 王克成. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的雙饋調(diào)速和串級(jí)調(diào)速[M ] .北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1990.</p&

94、gt;<p>　　7 高景德, 王祥衍, 李發(fā)海. 交流電機(jī)及其系統(tǒng)分析[M ] . 北京: 清華大學(xué)出版社, 1993.</p><p>　　8 翁利民, 田智萍.電弧爐的電壓閃變及其抑制對(duì)策1J). 冶金動(dòng)力, 2002,89(1): 1-4.</p><p>　　9 徐國(guó)政，張節(jié)容，錢(qián)家驪等.高壓斷路器原理和應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，2000</p>

95、<p>　　10 金海望，楊炳元，鄭日紅等. Matlab7.0下電弧模型的建立與分析.電氣技術(shù)，2011,12: 90-92</p><p>　　11 Ran Yu,Zhouxing Fu,Qingliang Wang,etc.Modeling and Simulationg Analysis of Single Phase Arc Grounding Fault Based on MATLAB.

96、 International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology,2011: 4607-4610</p><p>　　12 張宜華.精通MATLAB.北京：清華大學(xué)出版社，1999</p><p>　　13 魏克新，王云亮，陳志敏.MATLAB語(yǔ)言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

97、，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　14 鄭錦聰.MATLAB進(jìn)階.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999</p><p>　　姚孟君,基于MATLAB仿真的無(wú)功補(bǔ)償電容器投切控制研究.煤礦機(jī)電，2003,6： 16-19</p><p>　　15 文哲蓉.微機(jī)控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的研究[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（3）</p&g

98、t;<p><b>　　附錄A</b></p><p>　　電動(dòng)力計(jì)算的m文件編程</p><p><b>　　1 單相電動(dòng)力</b></p><p><b>　　公式程序:</b></p><p>　　function [F] single_phase (c

99、,Im,x)</p><p>　　F=c*(Im*sin(x)).^2*10.^(-7)</p><p><b>　　運(yùn)行程序：</b></p><p>　　x=0:pi/100:2*pi</p><p>　　[y]=triple_phaseA(6.62,75000,x)</p><p><

100、b>　　plot(x,y)</b></p><p>　　2 三相平行導(dǎo)線間的電動(dòng)力</p><p><b>　　A相電動(dòng)力 </b></p><p><b>　　公式程序</b></p><p>　　function [FA]=triple_phaseA (Im,l,a,x)&

101、lt;/p><p>　　FA=2*10.^(-7)*Im.^2*l/a*(3/8*cos(2*x)-3.^(1/2)/8*sin(2*x)-3/8)</p><p><b>　　運(yùn)行程序</b></p><p>　　x=0:pi/100:2*pi</p><p>　　[y]=triple_phaseA (Im,l,a,x)&

102、lt;/p><p><b>　　plot(x,y)</b></p><p><b>　　B相電動(dòng)力</b></p><p><b>　　公式程序</b></p><p>　　Function [FB]=triple_phaseB(Im,l,a,x)</p><p

103、>　　FB=2*10.^(-7)*Im.^2*l/a*(3/4*cos(2*x)-3.^0.5/4*sin(2*x))</p><p><b>　　運(yùn)行程序</b></p><p>　　x=0:pi/100:2*pi</p><p>　　[y]=triple_phaseB(Im,l,a,x)</p><p><

104、;b>　　plot(x,y)</b></p><p><b>　　C相電動(dòng)力</b></p><p><b>　　公式程序</b></p><p>　　function [FC]=triple_phaseC(Im,l,a,x)</p><p>　　FC=2*10.^(-7)*Im.

105、^2*l/a*(-3/8*cos(2*x)+3.^0.5/8sin(2*x)-3/8)</p><p><b>　　運(yùn)行程序</b></p><p>　　x=0:pi/100:2*pi</p><p>　　[y]=triple_phaseC(Im,l,a,x)</p><p><b>　　plot(x,y)&l

106、t;/b></p><p><b>　　短路時(shí)的電動(dòng)力</b></p><p><b>　　公式程序</b></p><p>　　function [F]=shortcircuit(c,Im,x)</p><p>　　F=10.^(-7)*c*(Im*(1-cos(x))).^2</p&

107、gt;<p><b>　　運(yùn)行程序</b></p><p>　　x=0:pi/100:2*pi</p><p>　　[y]= shortcircuit(c,Im,x)</p><p><b>　　plot(x,y)</b></p><p><b>　　附錄B</b>

108、;</p><p><b>　　中文翻譯</b></p><p>　　將MATLAB Simulink和VHDLAMS快速仿真建模的有效調(diào)制應(yīng)用于Sigma-Delta架構(gòu)的CT功能</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　通過(guò)使用晶體管等級(jí)的仿真例如CANDENCE中的Spe

109、ctre或PSpice仿真器時(shí)，像Sigma-Delta連續(xù)時(shí)間調(diào)制器電路這樣的復(fù)雜的的設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化才需要大量的計(jì)算時(shí)間。為了減少概念上的努力應(yīng)被視為有效的高層次的系統(tǒng)建模。然而，閉環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)的要求，應(yīng)嚴(yán)格遵守各自的模型要求。在這項(xiàng)工作中，我們提出了導(dǎo)致應(yīng)用程序的工具的設(shè)計(jì)方法，并暗示了強(qiáng)勁的宏觀模型MATLAB的SIMULINK仿真和VHDL-AMS的模擬元素的Cadence原理圖的提取。根據(jù)設(shè)計(jì)師的選擇，得出的宏模型可以在

110、SIMULINK面向?qū)ο蟮沫h(huán)境或基于代碼的模擬VHDL的過(guò)程。用來(lái)實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化整個(gè)調(diào)制器在SIMULINK面向?qū)ο蟮沫h(huán)境或基于代碼的模擬VHDL的過(guò)程。使用建議的方法，一個(gè)六階CT的Sigma-Delta調(diào)制器的快速模擬已經(jīng)完成。</p><p><b>　　簡(jiǎn) 介</b></p><p>　　最近CT的Sigma-Delta架構(gòu)，堅(jiān)持以亞微米和深亞微米集成電路技術(shù)的

111、快速成長(zhǎng)的世界。良好適應(yīng)的技術(shù)，新工藝，如CMOS電路集成微機(jī)械設(shè)備（如Lamb波諧振器）的使用為獲得很好的位分辨率高的集成度和低功耗水平提供了可能性。盡管如此，觀念上的努力需要非常大的計(jì)算時(shí)間上的晶體管級(jí)仿真器；因此，整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)優(yōu)化方法停止使用。這一情況提出了需要尋找高層次的建模技術(shù)，這種技術(shù)可以比較準(zhǔn)確的模擬仿真并且模擬快速。已經(jīng)提出了不同的解決方案。一個(gè)由在提取效率的半導(dǎo)體器件模型和實(shí)現(xiàn)的Verilog-AMS或VHDL-AM

112、S描述語(yǔ)言遷移。但是這個(gè)過(guò)程仍然不夠成熟，大量的技術(shù)多樣性限制了它的效率。作為Sigma-Delta調(diào)制器的替代，使用前晶體管級(jí)仿真與優(yōu)化流程相結(jié)合的宏觀模型的自上而下的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查。這種方法適合最初的設(shè)計(jì)步驟，但不能保證的transistorlevel結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。只要技術(shù)的局限性和分散顯示一個(gè)sigma-delta調(diào)制器的性能嚴(yán)重退化，就要使用的宏模型應(yīng)納入技術(shù)特征。在我們的案例中，對(duì)宏模型的放大功能（運(yùn)算放大器，通用，跨導(dǎo)，諧

113、振器）實(shí)施的具體過(guò)程的模擬電路圖執(zhí)行一套完整的</p><p>　　一旦所有有關(guān)的宏模型的特點(diǎn)（如增益，直流和交流傳輸功能，輸入和輸出阻抗，非線性）提取或計(jì)算，MATLAB接口將Simulink模塊或VHDL-AMS行為模型導(dǎo)出的模塊。在本文中，我們提出基于先前所描述的接口適用于一個(gè)六階CT的Sigma-Delta調(diào)制器的設(shè)計(jì)方法。第二部分介紹了互連的MATLAB/ SIMULINK的 - CADENCE -

114、的VHDL-AMS模型提取算法。在第三部分提出完整的方法論表示為一個(gè)差分電流 - 電流轉(zhuǎn)換器的Sigma- Delta調(diào)制器結(jié)構(gòu)中使用。第四節(jié)介紹了完整的調(diào)制器的高層系統(tǒng)建模與仿真從提取的組件宏模型。</p><p><b>　　宏觀模型提取和算法</b></p><p><b>　　宏模型提取框架。</b></p><p&g

115、t;　　MATLAB是用來(lái)作為主工具，模擬仿真作為一個(gè)隸屬的工具。Cadence綜合幽靈模擬器使用。MATLAB函數(shù)是實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)創(chuàng)建批處理命令讀取文件將被打開(kāi)命令環(huán)境分析（海洋）接口的工具。然后，OCEAN開(kāi)始所有必需的模擬。對(duì)于每一個(gè)模擬，用于不同的工作目錄，以便所有的結(jié)果仍然可用。.然后，使用由Cadence Virtuoso多模式仿真（MMSIM）幽靈/射頻工具箱交付通過(guò)編譯功能，MATLAB可以閱讀的模擬結(jié)果。MATLAB的應(yīng)用