智能三相负荷平衡装置的研究

摘要

随着工业经济的快速发展与生活用电的多元化，大量的用电设备随机投切电网，导致负荷不平衡现象发生较为频繁。负荷的不平衡将引起电能质量下降、电网谐波污染等问题。如何有效地解决上述问题，开展相关的理论方法研究，研制高效、可靠的三相负荷平衡装置具有重要意义。　　首先，本文对国内外关于三相负荷平衡化无功补偿的国内外研究现状进行研究，详细阐述了无功补偿装置的基本结构和工作原理。然后，通过比较分析采用TSC+TCR型的混合无功补偿方式，研制了智能型三相负荷平衡装置，软硬件均采用模块化设计。硬件设计主要包括AD信号采集模块、信号检测及处理模块、安全保护模块、晶闸管触发模块、通讯模块和无功补偿模块，并在设计中给出了部分硬件的详细电路。软件设计主要包括AD采样模块、投切控制模块、投切振荡判断模块、晶闸管触发模块、保护模块、无功补偿控制模块，并对各个模块的工作原理作了简要分析，根据模块内部的工作逻辑，给出了程序设计流程图。　　最后，对所研制的三相负荷平衡装置进行了运行测试，测试结果验证了所设计的智能装置具有以下优点:反应灵敏、迅速，无功补偿的效果良好，无投切振荡，不发生过补偿和欠补偿现象，有效保证电能质量，符合设计要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．3 三相负荷不平衡治理的研究现状

1．4 基于无功补偿的三相负荷平衡化装置前景

1．5 本文的主要研究内容

第二章 三相负荷不平衡系统的无功补偿理论分析

2．1 三相负荷不平衡无功补偿的理论基础

2．2 三种常见无功补偿的方法

2．2．1 基于对称分量法的负荷补偿法

2．2．2 基于瞬时功率理论的负荷补偿方法

2．2．3 电压不对称时平衡分量法

2．3 本章小结

第三章 基于无功补偿的三相负荷平衡系统设计

3．1．1 TCR的工作原理

3．1．2 控制角α与TCR型静止无功补偿之间的关系

3．2 晶闸管控制电容器(TSC)型静止无功补偿

3．2．1 TSC的工作原理

3．3 TCR+TSC混合型静止无功补偿

3．3．2 TCR+TSC型SVC特性分析

3．3．3 TCR+TSC型SVC控制策略

3．4 本章小结

第四章 三相负荷平衡系统装置的硬件设计

4．1 三相负荷平衡系统装置的功能设计方案

4．2 模块化的硬件系统设计方案

4．2．1 嵌入式控制器电路设计

4．2．2 AD采样电路设计

4．2．3 保护模块设计

4．2．4 触发模块设计

4．2．5 通讯模块设计

4．2．6 电源模块设计

4．2．7 显示模块设计

4．3 本章小结

第五章 三相负荷平衡系统装置的软件设计

5．1 软件的模块化设计架构

5．2 装置各模块设计

5．2．1 AD采样模块程序设计

5．2．2 投切模块程序设计

5．2．4 晶闸管触发模块的软件设计

5．2．5 保护模块的软件设计

5．2．6 无功补偿控制模块

5．3 本章小节

第六章 智能三相负荷平衡装置的运行测试与分析

6．1 测试点选择

6．2 运行测试准备

6．3 运行情况及数据分析

6．3．1 电压大小测试结果与分析

6．3．2 电流大小测试结果与分析

6．3．3 有功功率测试结果与分析

6．3．4 无功功率测试结果与分析

6．3．5 视在功率测试结果与分析

6．3．6 功率因数测试结果与分析

6．3．7 电流谐波畸变率测试结果与分析

6．3．8 电压谐波畸变率测试结果与分析

6．4 运行测试结果与评估分析

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读工程硕士期间发表的论文