三相异步电机软起动过程中动态无功补偿方法研究开题报告

毕业设计（论文）题目：三相异步电机软起动过程中动态无功补偿方法研究任务书含以下方面的内容：（一）设计（论文）主要内容：了解及分析三相异步电机软起动过程无功补偿拓扑结构，进行不同功率高低压电机软起动过程无功补偿量设计、进行无功补偿投切方案研究。（二）要求完成的主要任务：(1)外文资料翻译不少于20000印刷符；(2)查阅相关文献资料(中文20篇，英文5篇)；(3)撰写开题报告；(4)了解及分析三相异步电机软起动过程无功补偿拓扑结构；(5)进行不同功率高低压电机软起动过程无功补偿量设计；(6)提出无功补偿投切方案；(8)绘制的电气图纸符合国标；(9)撰写毕业设计(论文)不少于10000汉字。（三）进度安排(1)2月25日～3月17日(第1-3周)毕业设计(论文)开题报告；(2)3月18日～3月31日(第4-5周)熟悉电机软起动各种方法；(3)4月1日～4月14日(第6-7周)分析电机软起动过程无功补偿拓扑结构；(4)4月15日～4月28日(第8-9周)高低压电机无功补偿量的设计；(5)4月29日～5月12日(第10-11周)设计研究无功补偿的投切方案；(6)5月13日～5月26日(第12-13周)效果仿真及分析；(7)5月27日～6月7日(第14-15周)撰写毕业设计论文，进行论文答辩。（四）必读参考资料及主要参考文献[1]柳春芳，陈剑光，柳山.低压无功补偿的应用与效益分析[J].电工技术杂志，2002年，（5）33-34.[2]茹世祥.电动机无功就地补偿技术及应用[J].山西建筑建筑，2002年第28卷第7期，72-72.[3]田冰冰.三相异步电动机的启动及软启动研究[J].甘肃科技，2009年，第25卷第11期，46-53.[4]陆定安,胡康银，曹氏杰.功率因数与无功补偿[M].上海：上海科学普及出版社，2004年2月，106-114.[5]房金兰.我国电力电容器及无功补偿装置制造技术的现状和发展[J].权威论坛，2006年，85-89.[6]MITHULANANTHANN,CANIZARESCA,REEVEJ,etal.ComparisonofPSS,SVC,andSTATCOMcontrollersfordampingpowersystemoscillations”,IEEETrans.PowerSystem,2003,18(2):786-792.[7]董云龙，吴杰，王念春，等.无功补偿技术综述[J].节能，2003(9):13-15.[8]张刘春，韩如成，张守玉.无功补偿装置的现状和发展趋势[J].太原重型机械学院学报,2004,25(1):30-33，39.[9]方欢欢，舒欣梅，陈彬.我国中压动态无功补偿装置的发展及展望[J].电子技术应用，2012年第38卷第8期，81-85.[10]谢娜.基于可变电抗的静止无功补偿器拓扑结构研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.[11]方长全，陈刚，陈静，袁佑新，杨小勇，潘辛敏.具有无功补偿的高压软启动装置[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2011年8月，第33卷第4期，533-535.[12]王玉梅.电动机无功就地补偿[J].潍坊高等专科学校学报，1999年第2期46-47.[13]杨斌文，张美英，潘湘高.异步电动机无功就地补偿的有关问题[J].电机技术，2005年第1期，35-35.[14]林永，魏帅，国船电气(武汉)有限公司.MCR软启动和SVC动态无功补偿装置及软启动和动态无功补偿方法.中国，H02J3/18;H02P1/58[P].2012-02-15.[15]张祥宇，汪燕，浮明军.异步电机的动态无功补偿[J].中国电力教育，2009年管理论丛与技术研究专刊，259-262.（五）其他要求指导教师签名：年月日系主任签名：年月日院长签名（章）：年月日撰写内容要求（可加页）：1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1研究目的及意义三相异步电动机发展至今得到了广泛的应用，其性能和功率也不断提高，电压也从低压发展到高压。随着三相异步电动机功率的提高，其起动过程也出现诸多弊端。传统的起动方式如直接起动存在较多优点，如起动时间短，响应速度快，技术简单，成本较低等。但是当电机功率较大时，其起动冲击电流较大，起动冲击转矩较大而且会使电网电压骤降，影响同电网其他设备的正常工作。软起动技术是近几年发展起来的将电力电子技术、微处理技术和自动控制技术有机结合的一种新技术。异步电动机转子导体上的电流是感应产生的[3]，所以异步电动机也可称为感应电动机。电动机定子中的三相绕组是固定的，但它接通三相交流电后，会在定子与转子的气隙中产生旋转的磁场，促使转子也跟着旋转磁场旋转，因此旋转磁场的产生是三相交流异步电动机旋转的基础。所谓三相异步电动机的起动过程是指三相异步电动机从接人电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。近年来，随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，国内外都十分重视三相异步电动机软起动控制系统的研究和开发。软起动控制旨在降压以限制电机起动电流[3]，减小起动电流对电网的冲击，也达到了节能的目的。目前软起动方式很多，如液阻软起动、磁控软起动、晶闸管软起动等，从起动时间、控制方式的节能效果等多方面综合比较，以晶闸管软起动方式最优，代表着软起动的发展方向。在各种不同的用电中，不同程度地都存在着工率因数偏低的现象，导致用电设备利用率低，并增大了电能损耗，无形中浪费了电能，增加了成本。尤其是大量地使用三相电动机(据估计电动机的用电量占全国发电量的60%左右)，由于三相电动机是电感性元件，为了产生电磁转矩，必须消耗无功功率产生电感性无功功率，大量的无功功率(无功电流)在企业内部流动造成的有功损耗是非常大的，也增加了电网，变压器的负荷。大量电动机所需的无功功率如由发电机供给，必然占用输变电设备(输电线、变压器)的容量，增加损耗，尤其造成电压损耗大，难以保证用户侧电压质量,因而有必要对三相异步电动机采取就地补偿以提高其功率因数，减少电能损耗，节约电能。目前广泛采用给电动机安装并联电容器的方法，利用它可以供给感性电抗消耗的部分无功功率。并联电容器补偿简单经济，灵活方便。但由于补偿容量不能时时匹配，无法满足电力系统的实际需要，还有可能和系统发生并联谐振，导致谐波放大。因此，采用对电容器分组，利用晶闸管进行控制，根据负荷无功功率的变化，对电容器组进行自动投切，以实现对无功功率动态补偿的装置，目前在国内外得到广泛应用。工业企业使用的电气设备,大部分是交流感性负荷,例如广泛使用的交流异步电动机。其工作电流由有功电流和无功电流两部分组成,无功电流又分为产生磁场的励磁电流和电动机内的漏磁电流两部分。由于无功电流的存在,要满足电动机的工作需要,必须从电源索取比实际多的电能。所谓异步电动机无功补偿[1],就是把电容器并联在异步电动机接触器下面或电动机接线端子上,使电动机所需要的无功功率大部分由并联电容器供给,而不由供电设备供给。三相异步电动机由于使用单位选型上的原因[2],普遍存在着欠载运行、功率因数低的情况。线路稍远,就会出现线路电流增加、电机端电压下降、线路损耗加大,以及供电线路的设备容量利用率不足的问题。为了减少线路上的电压降和电损,往往都是以增大电缆截面的办法来解决这个问题。采用电容器在母线上进行集中无功功率补偿,它能有效地解决上述难题。如果在始端,专门用电容器集中补偿,只能解决始端以前线路损耗问题。这种补偿方式,造价高,母线以下分支线路侧得不到补偿,一旦出现谐振,危害也比就地补偿大,不如终端无功就地补偿的节电效果好,它比较适宜电网收费侧的无功补偿。三相异步电动机在轻负载时,功率因数都较低。选择电动机容量时,往往大于负荷的需要。在运行期间,其功率因数也较低。再者,电动机从轻载到满载的运行过程中,无功功率的增加量也不很大,这种特性使电动机应用终端无功就地补偿特别有利。在终端进行小容量的固定补偿,就能有效地解决一系列问题,经济、实惠。因此,三相异步电动机实施无功补偿很有必要。无功功率补偿对电力系统有着重要意义，概括起来主要有[10]：①稳定受电端及电网的电压，提高供电质量；②提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗；③改善系统的稳定性，提高输电能力，并提供一定的系统阻尼；④平衡三相的有功功率和无功功率；⑤减少线路损失，提高电网的有功传输能力；⑥降低电网的功率损耗，提高变压器的输出功率及运行经济效益；⑦降低设备发热，延长设备寿命，改善设备的利用率。1.2国内外研究现状我国从20世纪50年代开始规模化生产电力电容器以来[5]，实际上同时就有了无功补偿装置的制造。因为电力电容器的最主要用途是无功补偿。只不过在80年代以前，电力电容器制造厂以生产单台电力电容器为主，将电容器以“散件”形式供给用户，由用户自行组装成简单的无功补偿装置，因而给人们一个概念“电容器厂就是作电容器的”。80年代之后，电容器制造厂开始设计、制造和提供无功补偿成套装置，并建成专业的成套车间。90年代以来，电容器制造企业便以提供无功补偿成套装置为主，极少以电容器散件供应。早期的无功补偿装置主要是机械开关手动投切的组架式和金属封闭式(柜式，无功补偿装里。从“八五”期间以来，随着开关、电抗器和控制装置技术的进步。特别是市场需求的拉动，无功补偿装置的类型和品种有了很大发展。早期无功补偿装置FC补偿容量固定，而且可能与系统发生谐振，目前在无功补偿项目中已不再使用。随着柔性输变电元件的广泛应用和智能电网的兴起，SVC和SVG得到越来越多的关注[6]。上世纪70年代起以晶闸管投切电容型（TSC型SVC）及晶闸管投切电容器-晶闸管控制电抗器型（TSC-TCR型SVC）[7-8]为主要形式的静止无功补偿器SVC(StaticVarCompensator)在工业领域和电网领域中得到广泛应用。这类无功补偿装置采用晶闸管串联控制技术，损耗小、速度快、控制灵活。20世纪80年代出现了一种更为先进的静止无功补偿装置，即静止无功发生器SVG(StaticVarGenerator)。国外生产研制SVC的公司有ABB、SIEMENS、ARE-VA等。而国内公司主要有鞍山荣信、南瑞继保、西电科技等。首先从国际范围来讲，目前在国外SVC技术已经相当成熟并取得广泛的工程应用，SVG装置作为一种比SVC在动态补偿上表现更良好的先进补偿装置已经开始实现产业化并应用工程领域。SVG由于价格比较高，还不能完全取代SVC在动态补偿领域的作用。当前中压无功补偿装置主要存在以下问题[9]：(1)功能简单、联网能力薄弱、抗干扰能力差、控制精度低；(2)从投切电容和调节变压器的判据来讲，利用在线测量的功率因数与整定的功率因数比较的原理来确定，在这种情况下投切电容器难免会引起电流、电压的波动，既影响供电质量，又降低设备寿命；(3)目前的大多数中压无功补偿装置仍采用普通开关来进行投切，易引起很大的涌流及操作过电压，同时开关在大的电流下触头也容易发生烧损。具有无功补偿的高压软起动装置，是武汉理工大学和武汉同力机电有限公司成功开发的一种新型高技术产品，其主要研发人员有方长全，陈刚，袁佑新等。该产品[11]针对先前研制的磁控式软起动装置起动时功率因数过低，需要另外增加无功补偿装置的问题，开发了一种集软起动和无功补偿于一体的软起动装置。该装置主要由电源投切装置、可变电抗器、功率变换器、无功补偿电容组和控制系统等组成。起动过程中，通过控制器控制功率变换电路实现电机的软起动，根据无功补偿容量的需要控制电容器的投入和切除，实现电机无功补偿。投入11kW绕线式风机带载的软起动运行，试验结果证明，该装置能平滑起动电机，提高功率因数。MCR软起动和SVC动态无功补偿装置及软起动和动态无功补偿方法[14]，是由国船电气(武汉)有限公司开发，其主要研发人员有林永、魏帅。本发明涉及MCR软起动和SVC动态无功补偿装置及软起动和动态无功补偿方法,装置包括MCR支路和FC支路及控制系统；MCR支路包括MCR可控电抗器,磁控单元和起动切换回路及运行切换回路；MCR可控电抗器串联连接起动切