三相不平衡系统动态无功补偿控制技术研究

摘要

随着我国国民经济的飞速发展,电网中各种大容量非线性和冲击性负荷也急剧增加,如工业电弧炉、电力机车等,造成了供电系统三相负载不平衡的问题。这种不平衡负载不仅影响用户端设备的的正常运行,还会引起供电电压的闪变、波动,增加线路损耗,严重影响电能质量。为了解决上述问题,研究三相不平衡系统无功补偿技术是十分必要的。
　　本文从控制难易度、技术成熟度和经济性的角度分析,综合比较各种无功补偿装置,选择使用晶闸管投切电容器(ThyristorSwitchingCapacitor-TSC)进行不平衡系统的无功补偿。TSC具有成本低、响应速度快、控制简单等优点,可以有效的提高系统功率因数,同时能够分相补偿,平衡三相电流。
　　为了使TSC能更好的补偿不平衡负载,本文对不平衡负载进行平衡化补偿的控制算法进行深入研究。通过比较、吸收已有的补偿方案,在Steinmetz平衡化理论基础上,提出基于平衡分量法的分相无功补偿方案,将三相不平衡负载等效为三相平衡负载和一个线间负载之和,并给出准确的数学表达式。该方案能同时满足系统功率因数和三相平衡化的要求。利用该方法,只需要知道补偿前的电网侧三相电流,就可以确定补偿容量。
　　为实现上述无功补偿方案,本文研制一套低压TSC动态无功补偿装置。主电路采用三角形角内接法,控制器选择ARM芯片LPC1766,并以其为核心搭建硬件平台,包括电网信号采集处理模块、电容投切控制、晶闸管触发、人机界面等电路模块;同时软件方面,完成参数采集及计算、电容控制投切、故障保护、界面显示、信息存储等功能。最后通过仿真和实验平台,验证TSC补偿方案和装置的可行性。实验结果表明,该装置能很好的改善电网三相无功不平衡的情况,并做到快速准确的无功补偿。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 无功补偿技术的发展现状

1.3 不平衡系统负载补偿算法研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 TSC动态无功补偿控制策略

2.1 TSC结构及主电路的选取

2.2 不平衡负载平衡化补偿控制算法

2.3 电容器投切控制策略

2.4 本章小结

第3章 基于ARM的TSC系统硬件设计

3.1 TSC型动态补偿装置的组成及功能

3.2 电网数据采集处理模块

3.3 主控制模块硬件电路设计

3.4 晶闸管触发电路的设计

3.5 人机交互界面显示电路

3.6 本章小结

第4章 TSC控制系统软件实现

4.1 软件开发环境介绍

4.2 控制系统软件总体结构

4.3 电网参数采集模块

4.4 电容投切控制软件模块

4.5 电容保护及故障处理软件模块

4.6 人机界面显示软件模块

4.7 本章小结

第5章TSC动态无功补偿控制系统实验研究

5.1 TSC系统仿真实验分析

5.2 TSC系统实物实验分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢