三相平衡系统节电器的研究

摘要

随着现代科技的发展，生产、生活过程中大量敏感性用电设备投入使用，导致电力用户对电能质量的要求也越来越高。同时，随着高效节能和环境保护在全球范围的升温，用户越来越要求高质量的电能以实现经济节能。在电力系统的各种电能质量问题中，三相电压不平衡、电压谐波和电压跌落发生概率最高。目前，分别有相应的措施对三种电能质量进行改善：三相电压不平衡主要通过由电感、电容串并联组成的平衡化装置改善；电压谐波主要通过无源、有源滤波器滤除；而动态电压恢复器（DVR）则是改善电压跌落最有效的方式。然而在实际电力系统运行中，这三种电能质量问题并不单一出现，因此，设计一种能同时抑制三种电能问题，提高用户电能质量的设备应运而生。
　　 本文分析借鉴动态电压恢复器的原理，提出三相平衡系统节电器的概念，设计一款由直流储能、三个单相逆变器和无源滤波器组成的主电路拓扑结构，在系统电压出现问题时，能够实时补偿电压，使供给负荷的电能尽可能的三相平衡、无畸变、无跌落，提高用户电能质量，达到节能目的。本文主要工作包括以下几个方面：
　　 第一：分析三种电能质量问题的产生、危害和目前国内外的改善措施，提出了能同时抑制三种电能质量问题的三相平衡系统节电器的构想；
　　 第二：分析借鉴了动态电压恢复器的原理，选择由直流储能、三个单相逆变器和LC无源滤波组成的主电路拓扑，并对其主要参数进行设计：
　　 第三：将三种电能质量问题的检测归结到基波正序电压的检测，论文比较了各种检测算法的优缺点并确定了采用基于瞬时无功功率理论的d-q分解法；在基波正序电压发生跌落时，根据具体的要求和装置条件有三种补偿策略可供选择；对逆变器的控制SPWM调制使逆变器的输出更好的跟踪补偿指令：建立了三相平衡系统节电器单相的等效电路以及数学模型，针对前馈控制策略存在的缺点，提出了前馈PD闭环控制策略；
　　 第四：利用MATLAB仿真进一步证明了理论分析的正确性。
　　 论文完成了三相平衡系统节电器的理论研究，通过仿真验证了系统在抑制三相电压不平衡、电压谐波和电压跌落的有效性，为开发各种改善电能质量设备，节电装置提供一定的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景及其意义

1.1.1 三相电压质量主要问题及其危害

1.1.2 改善三相电能质量的措施

1.1.3 课题的研究意义

1.2 电能质量改善技术的国内外现状及其发展

1.2.1 电能质量标准

1.2.2 电能质量改善技术的国内外现状

1.2.3 电能质量改善技术的发展趋势

1.3 本文主要工作

第二章 三相平衡系统节电器的工作原理和系统组成

2.1 动态电压恢复器的原理

2.2 三相平衡系统节电器概述

2.3 三相平衡系统节电器工作原理

2.4 三相平衡系统节电器组成部分的设计

2.4.1 直流储能装置

2.4.2 逆变器单元

2.4.3 LC滤波器

2.4.4 串联变压器

2.5 本章小结

第三章 三相平衡系统节电器的检测策略

3.1 供电电压组成

3.2 整体检测思路

3.3 常规基波正序检测法

3.4 基于瞬时无功功率理论的基波正序检测算法比较

3.4.1 基于p—q法电压检测

3.4.2 基于ip—iq法电压检测

3.4.3 基于 d—q 法电压检测

3.5 三相四线制的检测策略

3.6 本章小结

第四章 三相平衡系统节电器的补偿策略

4.1 完全补偿策略

4.2 同相补偿策略

4.3 最小能量补偿算法

4.4 本章小结

第五章 三相平衡系统节电器的控制策略研究

5.1 逆变器的控制

5.2 模型的建立

5.3 前馈控制原理

5.4 前馈PD闭环控制原理

5.5 本章小结

第六章 三相平衡系统节电器的算法仿真与结果分析

6.1 检测策略仿真与结果分析

6.2 补偿策略仿真与结果分析

6.3 控制策略仿真与结果分析

6.4 系统仿真与结果分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢