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36kVar混合型补偿装置详细设计报告 编写： 审核： 批准： 日期： 2013-2-28  1 概述 3 2 STATCOM需求分析 3 2.1功能需求 3 2.2机箱设计 3 2.2.1整体结构 3 2.2.2单个STATCOM模块机箱结构 2 3 单相STATCOM硬件设计 3 3.1功率电路设计 4 3.1.1逆变桥臂 4 3.1.2直流侧电容 5 3.1.3滤波电感 6 3.1.4直流侧电压放电电阻 7 3.1.5直流侧放电开关 7 3.1.6预充电电阻 7 3.1.7预充电继电器 8 3.1.8熔断器 8 3.1.9网侧接触器 8 3.1.10网侧空开 9 3.2控制电路设计 9 3.2.1直流电压采样和调理 9 3.2.2负载电流采样和调理 10 3.2.3补偿电流采样和调理 11 3.2.4电网电压采样和调理 12 3.2.5电网电压过零捕获 12 3.2.6驱动信号放大电路 13 3.2.7硬件保护电路 13 3.2.8驱动电路 14 3.2.9 CAN通讯 15 3.2.10 直流侧泄放电路 16 4 三相STATCOM系统设计 16 4.1 MSC机械投切电容设计 16 4.2智能终端设计 17 4.3 机箱设计 18 4.4 三相STATCOM系统接线图 18 5 实验结果 20 5.1 工作流程 20 5.2 STATCOM直流侧建压实验 20 5.3 STATCOM开环并网实验 20 5.4 STATCOM闭环并网实验 21 5.5电容投切实验 22 1 概述 无功型负载对电网有很大的影响，必须对其进行治理。STATCOM是目前使用较多的全控型静止补偿装置，根据用户需求可以实现三相三线和三相四线的接线方式，我们这里选择三相四线连接方式。考虑到检修方便以及生产的流水化操作，这里我们把三相四线设备分解成三个独立的单相设备来设计，然后通过配电措施实现三相四线的构建。 2 STATCOM需求分析 2.1功能需求 参数 数值 说明 工作电压 220VAC/50Hz ±10% 三相四线 最大补偿容量 11KVA 三相33KVA 响应速度 100us 开关器件工作频率 15kHz 功耗 100W 工作温度 -20~+70℃ 负载最大电流 100A 负载采样比例 2000:1 电网电压有效值过压 250VAC 电网电压有效值欠压 190VAC 直流侧电压平均值过压 430VDC 补偿电流瞬时值过流 80A 散热器过热 70℃ IGBT过流 芯片自带保护 能够快速稳定的补偿0~50A电网电流 2.2机箱设计 机箱详细设计图见“机柜设计图纸”。 2.2.1整体结构 整体设计为抽屉式机柜（四层），将综控箱、三个单相补偿柜从上到下依次装入机柜，正确的连接功率及其控制线，就构成了三相的补偿柜。整机机柜底端设有功率线进线口、电网无功电流采样接口。这种设计安装方便，且便于检修。设备采用箱式结构，采用正面进风，顶部出风的散热方式。该箱体为落地立式安装。 单相机箱的设计，正面：只留散热孔，背面：设有两个风扇，加强对散热器的散热，放电开关，通讯和采样接口（DB插头），如图2.1所示。 综合控制箱面板：液晶（5.6寸），指示灯（输入电源、运行、故障），按键（启停、复位、紧急停机），空开（4P）；背板：接线排（进线、出线）和通讯口（DB插头），如图23所示。 图2.1 三相机柜正面和背面机构图 2.2.2单个STATCOM模块机箱结构 机箱设计要求： 1、外形尺寸：200mm*450mm*1000mm； 2、简便、轻巧易安装，便于组成三相结构； 3、机箱面板具有空气开关、放电开关、报警指示灯、电流采样接口、接线排。 机箱整体布局如下图： 图2.2 机箱整体布局 3 单相STATCOM硬件设计 单相STATCOM的结构图如图3.1所示，其中iL是负载电流，ic是补偿电流，is是电网电流。iL包含三种分量即基波有功分量ip、基波无功分量iq以及各次谐波分量ih，如果负载是线性负载，那么ih为0。如果控制AC/DC变流器使得ic等于-iq，那么根据KCL定律，电网电流就等于负载电流的基波有功电流分量，即is=ip。但实际上由于AC/DC变流器本身存在损耗，电网需要向变流器提供有功功率，即实际上ic除了包含要求补偿的无功分量之外还含有一定的有功电流分量，电网电流is不仅包含负载电流的有功电流分量还包含变流器的有功电流分量。 图3.1单相STATCOM的结构图 本设备主要由硬件平台和软件构成。根据STATCOM的工作原理以及客户的要求，需要检测并调理负载电流的瞬时值，补偿电流的瞬时