基于无源元件的配网三相不平衡负荷综合补偿技术研究

摘要

针对冲击性非线性等大功率负荷带来的三相不平衡、功率因数偏低和电压波动等多重电能质量问题，目前采用无源元件综合补偿三相不平衡负荷在经济性方面具有很大的优势，所以对现有采用无源元件的补偿器的研究仍然具有很大的价值，如何在现有技术研究的基础上，提高其解决多目标能力、可靠性、和动态补偿的性能，又能节约供电企业的投资，对电网和用户都是很有意义的。
　　本文通过对实际电网现场所用无源补偿装置的使用情况进行数据测量与分析，针对现有无源元件补偿器的补偿目标单一问题，作多工况下的多目标改进，提出设立工况转换开关思想，让补偿装置能够适应于三相不平衡、功率因数偏低和电压波动多种工况，并对工况开关的判断逻辑进行理论分析与流程图说明。同时针对现有常用补偿算法同时补偿三相不平衡和功率因数时候容易出现的过补偿问题，利用工况开关进行参数判断后将两者分步补偿，功率因数补偿控制策略中对传统PI控制进行模糊改进，保证对功率因数的快速补偿同时又不出现过补偿，提升了补偿装置的动态性能和稳定性；补偿电压波动补偿中加入基于 ZN优化的闭环 PI控制，通过ZN优化能够对PI参数进行微调，提升补偿控制的精确性；三相不平衡负载补偿采用基于C.P Steinmetz的单独负序补偿算法，并采用开环控制，快速补偿三相不平衡。补偿算法所需的参数检测方法的研究，选取了实时性、快速性和准确性都能够得到有效保证的基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测算法，分别对补偿功率因数时所需的有功电流和无功电流检测算法、三相不平衡负载补偿所需负序电流检测算法进行了研究，对其检测原理和过程进行了描述。对上述控制算法运用 MATLAB软件进行Simulink仿真验证了功率因数偏低补偿能够按照人为设定的合适功率因数补偿而不造成过补偿，三相不平衡电流得以补偿平衡，同时在出现公共连接点电压波动的工况下补偿装置能够将电压恢复稳定。
　　进行仿真验证后对补偿装置部分硬件电路和软件进行了设计，运用 Altium Designer6.0硬件电路绘制软件对装置部分硬件电路进行了设计，包括控制器的时钟源和锁相环电路、信号采集与AD转换电路、与上位机通信电路，着重分析了本文用来控制无源元件的重要关键器件晶闸管的过零触发、驱动电路和其 BOD保护电路，并作试验验证电路的准确性，验证触发电路能够正确触发晶闸管、保护电路能够有效保护晶闸管；同时对软件编程思路进行了描述，绘制了控制器的程序设计流程图，并对控制器与上位机及PC监控后台在Qt编译环境下运行C++语言进行编程设计，为装置的后续完成工作提供了思路。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 无源补偿装置的拓扑结构与工作原理

2.1 配电网三相不平衡度计算的新方法

2.2 无源装置的方案选择与工作原理

2.3 本章小结

第三章 不对称负荷多工况综合补偿控制策略

3.1 不对称系统综合补偿原理

3.2负载不对称及功率因数偏低工况

3.3负载不对称及连接点电压波动工况

3.4无功补偿参数的检测

3.5 本章小结

第四章 补偿系统的仿真分析

4.1 系统整体模型搭建

4.2 控制器建模仿真

4.3 仿真结果波形分析

4.4 本章小结

第五章 补偿装置综合控制器设计

5.1控制器硬件设计

5.2控制器软件设计

5.3本章小结

总结与展望

参考文献

研究生期间发表论文

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