配电网三相不平衡负载的无功补偿技术研究

发布时间：2017-07-16 21:01

  本文关键词：配电网三相不平衡负载的无功补偿技术研究

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【摘要】：在低压220V配电网中,各类不平衡负载日益增多,导致配电网三相不平衡和线路末端电压跌落,已经不能满足用户对电能质量要求。无功补偿技术不仅可以对电网中的感性无功功率进行补偿,来提高电网的功率因数和降低电网损耗,而且能改善配电网三相不平衡负载,因此对配电网三相不平衡无功补偿技术的研究具有重要意义。本文分为两个部分,第一部分首先分析了三相不平衡无功补偿的基本原理和补偿方式,得到了配电网三相不平衡全电容无功补偿最终补偿模型；然后根据非线性约束和组合优化问题建立了以系统损耗为目标求取最优补偿容量的非线性约束方程。其次在Matlab/Simulink中搭建配电网三相不平衡负载的模型,电容器过零投切,根据仿真数据验证了全电容无功补偿理论的正确性。同时计算了全电容无功补偿前后系统可以节约的电能损耗,验证其节能性。最后,设计了全电容无功补偿装置的软硬件部分,采用运算速度高、实时性好的STM32F207芯片作为控制芯片,16位高精度A/D转换的ADS8556芯片。硬件电路包括采样电路、检测电路、控制电路和保护电路等,软件设计采用C语言编程,主要包含了主程序、中断子程序等。然后通过现场实验,验证了全电容无功补偿装置基本可以解决配电网三相不平衡问题。第二部分首先分析了有源电力滤波器APF的基本原理和控制策略,然后研究了SVPWM脉冲调制理论。其次在Matlab/Simulink中搭建基于SVPWM控制的APF模型,改进了传统的电流检测模块,使其应用到配电网三相不平衡无功补偿中。通过仿真分析可知,APF除了可以滤除电网谐波功能外,还可以通过无功补偿解决配电网三相不平衡问题。最后对有源滤波器的软硬件设计进行了概述,并与全电容无功补偿进行了对比。
【关键词】：低压配电网 三相不平衡 全电容无功补偿 过零投切 APF
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势9-12
• 1.2.1 国内外无功补偿技术研究现状9-10
• 1.2.2 目前无功补偿技术的发展趋势10-12
• 1.3 配电网三相不平衡无功补偿方法的研究12-13
• 1.3.1 配电网三相不平衡危害12
• 1.3.2 当前配电网并联电容器无功补偿接线形式12-13
• 1.4 本论文的主要研究工作13-16
• 1.4.1 配电网三相不平衡全电容无功补偿装置的研制14
• 1.4.2 APF在配电网三相不平衡无功补偿研究14-16
• 第二章 配电网三相不平衡全电容无功补偿算法研究16-29
• 2.1 △形接法的不对称负荷无功补偿理论公式推导16-20
• 2.1.1 相间接纯电阻的情况16-18
• 2.1.2 相间接纯电抗的情况18-19
• 2.1.3 相间接△形负载的情况19-20
• 2.2 Y形接法的不对称负荷无功补偿理论公式推导20-25
• 2.2.1 单相对地接纯电阻的情况20-23
• 2.2.2 单相对地接纯电抗负载的情况23
• 2.2.3 负荷为Y形对地连接的情况23-25
• 2.3 △形和Y形混合接法的不对称负荷无功补偿理论公式推导25-26
• 2.4 三相不平衡无功补偿算法优化研究26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 配电网三相不平衡全电容无功补偿算例仿真验证29-41
• 3.1 配电网三相不平衡全电容无功补偿模型搭建29
• 3.2 配电网三相不平衡全电容无功补偿算例仿真29-38
• 3.2.1 0.4kv配电网系统夏季某时刻负荷的仿真验证29-33
• 3.2.2 0.4kv配电网系统冬季某时刻负荷的仿真验证33-35
• 3.2.3 0.4kv配电网系统全天负荷的仿真验证35-38
• 3.3 配电网三相不平衡无功补偿的节能效果38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 全电容无功补偿控制软硬件设计及现场实验41-57
• 4.1 全电容无功补偿装置综述41
• 4.2 全电容无功补偿控制原理41-42
• 4.3 全电容无功补偿控制器硬件设计42-49
• 4.3.1 CPU模块43
• 4.3.2 基于ADS8556数据采集系统43-45
• 4.3.3 过零检测模块45
• 4.3.4 投切电路45-46
• 4.3.5 电源模块46
• 4.3.6 看门狗电路46
• 4.3.7 时钟电路46-47
• 4.3.8 NOR FLASH S29G128P47
• 4.3.9 数据存储器IS61WV102447-48
• 4.3.10 10M/100M网卡48-49
• 4.3.11 TFT显示屏49
• 4.4 全电容无功补偿控制器软件设计49-53
• 4.4.1 主程序设计50-51
• 4.4.2 投切控制模块51-52
• 4.4.3 无功补偿装置的保护判据52-53
• 4.5 配电网三相不平衡全电容无功补偿现场实验53-56
• 4.5.1 配电网三相不平衡全电容无功补偿柜概述53-55
• 4.5.2 配电网三相不平衡全电容无功补偿现场实验结果55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 APF在配电网三相不平衡无功补偿中的应用57-78
• 5.1 有源电力滤波器的无功补偿57-58
• 5.1.1 有源滤波器传统滤除谐波的无功补偿57
• 5.1.2 有源电力滤波器对三相不平衡负载基波电流的无功补偿57-58
• 5.2 APF电流检测和控制策略的研究58-64
• 5.2.1 改进的基于瞬时电流分解的APF电流检测方法58-61
• 5.2.2 SVPWM技术原理61-63
• 5.2.3 APF基于SVPWM控制算法63-64
• 5.3 APF对配电网三相不平衡负载无功补偿模型搭建及仿真分析64-69
• 5.3.1 APF对配电网三相不平衡负载无功补偿模型64-65
• 5.3.2 有源电力滤波器在配电网三相不平衡无功补偿应用仿真分析65
• 5.3.3 三相不平衡负载单独补偿65-67
• 5.3.4 对包括不平衡负荷和含整流设备的非线性负荷等负载补偿时67-69
• 5.4 APF硬软件设计69-77
• 5.4.1 APF硬件设计69-75
• 5.4.2 APF软件概述75-76
• 5.4.3 APF和全电容无功补偿在三相不平衡应用中软硬件对比76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-82

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本文编号：550499