（公司治理）配電網(wǎng)電能質(zhì)量的在線檢測與治理措置的研究本科畢業(yè)設計

專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師：量的全天候、全方位準確的實時監(jiān)測。在準確、快速地檢測和分析電能質(zhì)量的基礎上，常運行以及降低能耗等均具有非常重要的研究意義。volatilityanddragequipment,electricrailway,electricityandchemicalindustriesrectifierequipment,inductionfurnace,waveformdistortion(harmonic),voltagefluctuations,flicker,extensivelyinthenationalenterprise,thepowersupplyisall-weather,all-roundandaccuratereal-timemonitoreliability,improvepower I II 1 1 1 1 2 3 5 52.1.1電能質(zhì)量的定義 52.1.2電能質(zhì)量的分類 5 62.2.1電壓偏差 62.2.2頻率偏差 62.2.3諧波 62.2.4電壓波動和閃變 72.2.5三相不平衡 82.2.6暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓 9 9 3.1.1運算方式 3.1.2基于倍頻旋轉(zhuǎn)變換的諧波測量 3.4.1傅里葉級數(shù) 3.4.3快速傅里葉變換(FFT) 3.4.4改進型復序列快速傅里葉變換(FFT) 3.4.5其它電能質(zhì)量參數(shù)的計算 4.1.2信號調(diào)理電路 4.1.3過零檢測電路 4.2.2電源 4.4鍵盤及液晶顯示模塊 4.4.1鍵盤電路 4.4.2液晶顯示電路 4.5本章小結(jié) 6.3.1注入支路參數(shù)對濾波效果的影響 6.4.2無功補償特性分析 6.4.3諧波檢測與控制方法 水平。然而,隨著科技和社會的快速發(fā)展，電能的使用面臨著一個新的問題，那就是電題關(guān)系重大，因此成為了高校、企業(yè)、研究機構(gòu)和國家機關(guān)等部門關(guān)心的熱點問題。以及導致三相不平衡度的提高，對電網(wǎng)設備和用戶造成注和重視。包括當前電力系統(tǒng)發(fā)展前景最好的智能電網(wǎng)(Sm民生活的正常進行均具有重要意義。析。因此，研發(fā)一種新型分層分布式的配電網(wǎng)電能質(zhì)量實時監(jiān)測與管理系統(tǒng)，集測量、安全、經(jīng)濟運行，保障國民經(jīng)濟各行各業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量都具有重要意義。1.2.1電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)究也比較落后，尤其是速度快、可靠性好、精度高以及功能強大的應用產(chǎn)品相對（l）設備入網(wǎng)前的專門測量：即對補償設備，在接入電網(wǎng)前,測量它們對電網(wǎng)電能質(zhì)量各項指標的影響，決定是否投運。危害程度和技術(shù)需求等采取定期或不定期檢測的方式。前兩種傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測方法顯然已經(jīng)不能滿足供用電雙方對電能質(zhì)量更高的監(jiān)測要求，其不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個方面:重要意義。1.2.2電能質(zhì)量治理措施制與無功補償電能質(zhì)量綜合治理裝置經(jīng)歷了無源濾波器(PassiveFilter:PF)、有源濾(HybridActivePowerFilt場合。與傳統(tǒng)的無源濾波器一樣，有源濾波器(APF)也是給諧波電流或諧波電壓提供一個率和幅值都變化的各次諧波，而且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而應用逐漸廣泛。壓、大容量的場合。不同于無源濾波器和有源濾波器，靜止無功補償裝置(SVC)和靜止同步補償器但是，SVC裝置中的晶閘管控制電抗器(ThirstierControlledReactor:TCR)本身會產(chǎn)很多問題沒有得到很好的解決，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、費用投資大。PowerFilterwithInjectionCircuit:IHAPF)由注入型APF與PF并聯(lián)混合得到，由能夠滿足大功率無功補償和諧波抑制兩方面的要求，具有實際的工程應用意義。動與閃變、三相電壓允許不平衡度等電能質(zhì)量參數(shù)進行實時的在線監(jiān)測、分析和處理?？勘ＷC。認識到當前電能質(zhì)量污染狀況，充分了解到電能質(zhì)量監(jiān)測方法的發(fā)展現(xiàn)狀。檢測算法。了系統(tǒng)軟件的設計和各軟件模塊的實現(xiàn)。分析了各軟件模塊的原理，完成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示的程序設計。（4）研究電能質(zhì)量的治理措施，分析了三種常用治理措式混合型有源濾波器(IHAPF)注入支路存在諧波注入能力與無功過補的矛盾，提出了一無功補償特性和諧波檢測與控制方法等關(guān)鍵技術(shù)。及電網(wǎng)規(guī)模的逐漸增大，電力供應緊張的局面有了較大緩解。2.1.1電能質(zhì)量的定義國際電工委員會(InternationalElectricalCommission:IEC)將電能質(zhì)量定義為美國電氣和電子工程協(xié)會(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers:IEEE)將電能質(zhì)量明確定義為“合格的電能質(zhì)量是指給敏感設備提供的電力定義。它們包括:(1)電壓質(zhì)量，通過將實際電壓與理想電壓進行對比，以判斷供電部門向用戶供給(2)電流質(zhì)量，為了反映與電壓質(zhì)量有緊密關(guān)系的電流變化，除了對用戶取用電流以高功率因數(shù)運行。(3)供電質(zhì)量，技術(shù)含義上主要是指電壓質(zhì)量和供電可靠性，同時也包括供電部門對用戶投訴與抱怨的反應速度、服務質(zhì)量以及電力價格的透明度等非技術(shù)方面的含義。(4)用電質(zhì)量，包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義。非技術(shù)含義反映用電方的權(quán)利、義務和責任，如電力用戶是否按期、如數(shù)繳納電費等。2.1.2電能質(zhì)量的分類波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓六個方面。2.2.1電壓偏差2.2.2頻率偏差2.2.3諧波在以下幾方面:(l)諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(2)諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。(3)諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，就使上述(1)和(2)的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。(5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。在限值范圍內(nèi)，所以國標規(guī)定各級電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的電壓總諧波畸變率是：0.38k2.2.4電壓波動和閃變常將這兩個術(shù)語合為一體進行討論，并且常將限制發(fā)生閃變干擾排在首位。2.閃變∶(1)對照明要求較高，0.4%(推薦值);(2)一般照明負荷0.6%(推薦值)24.03.22.41.62.01.61.20.82.2.5三相不平衡線圈的不正確調(diào)諧等引起的。2.2.6暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓和不可避免的,是供電特性之一。暫時過電壓是指在電網(wǎng)給定點上持續(xù)時間較長的不衰減或者弱衰減的振蕩過電壓。壓，可以疊加于暫時過電壓之上。系統(tǒng)中作用于電氣設備的暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓的具體要求、電氣以及過電壓保護方法，不適用于因靜電、觸及高壓系統(tǒng)以及穩(wěn)態(tài)波形畸變(諧波)引起的過電壓。量指標的定義、危害及其國家標準。和分析其他電量的情況，因此本節(jié)重點討論電網(wǎng)諧波的檢測與分析算法。和為出發(fā)點的稱為法,以計算稱為法。兩種方法都能較為準確地檢測出對稱三相電路的諧波含量，實時性也較好。但是,范圍更寬；而法在這種情況下則誤差較大，適用范圍相對較窄。3.1.1運算方式該方法的原理如圖3.1所示。該方法中，需用到與相電壓同相位的正弦信號和對應的余弦信號-，它們由一個鎖有出現(xiàn)，因而檢測結(jié)果不受電壓波形畸變的影響，檢測結(jié)果是準確的。3.1.2基于倍頻旋轉(zhuǎn)變換的諧波測量一樣。法雖然可以測量出單次的諧波含量，但是硬件復雜，成本較高，實現(xiàn)起來也比較繁瑣。算出特定時間的頻率分布并將各種不同頻率組成的頻譜信號分解成為不同頻率的信號塊，因而通過小波變換可較準確地計算出基波電流，進而求得諧波含量。小波變換對波動諧波、快速變換諧波的檢測有很大的優(yōu)越性，目前是波動諧波、是信號處理芯片，其資源非常有限，根本不適合最佳小波基選取的各種運算和判斷。諧波測量中，將會有很好的發(fā)展前景。工程應用中還未優(yōu)先選用。里葉變換法是其中應用最廣泛的一種，而在工程上又以快速傅里葉變換(FFT)算法應用范圍最廣泛,理論和技術(shù)最成熟，在諧波測量的應用中具有不可替代的作用，而且在數(shù)字信號處理器(DSP)中更容易實現(xiàn)。因此，本系統(tǒng)選用快速傅里葉變換算法作為監(jiān)測終端中進行諧波檢測與分析的方法。3.4.1傅里葉級數(shù)當輸入信號為周期函數(shù)或者可近似作為周期函數(shù)處理時，且滿足狄里赫利條件(電力系統(tǒng)信號基本上均滿足)，則它可被分解為一個各種頻率的正弦函數(shù)序列之和，即傅波頻率的分量稱為諧波，諧波次數(shù)即為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。為了從理論上的傅里葉級數(shù)分析過渡到電力系統(tǒng)實際波形實用而快需要利用傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式，直接計算各次諧析。換成離散化的計算式，做近似計算。對公式(3.4)進行離散化處理：對信號進行每周波；，3.4.3快速傅里葉變換(FFT)在工程實際中，若直接用離散傅里葉變換(DFT)進行計算，當采樣點很多時，計算可以達到減少運算量的效果，這種方法稱之為快速傅里葉變換(FFT)。但是快速傅里葉變換(FFT)也有它自身的缺點，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。(1)在采樣過程中，如果采樣頻率和信號頻率不同步或者無法達到整數(shù)倍的關(guān)系，誤差很大，無法滿足測量要求；(2)計算量較大，計算時間比較長，從而使得檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性較差。3.4.4改進型復序列快速傅里葉變換(FFT)步。零。即輸出信號的頻率始終與輸入信號頻率保持一致。用了鎖相環(huán)同步電路，基本上解決了頻譜泄露和柵欄效應的問算法推導過程如下:根據(jù)傅里葉變換的周期性和奇偶對稱性，可知實序列的傅里葉變換的實部為偶數(shù)，(3.13)對式(3.13)進行傅里葉變換，并考慮其復共扼性質(zhì)，可得，的頻譜為設為被測電壓信號的第次諧波，為被測電流3.4.5其它電能質(zhì)量參數(shù)的計算由上述公式(3.15)、(3.16)、(3.17)可以推算出各次諧波的復功率、有功功率和無(3.19)它們的優(yōu)點、缺點和適用范圍。鑒于快速傅里葉變換(FFT)諧波檢測方法技術(shù)成熟、應其進行了技術(shù)改進，然后以此作為本系統(tǒng)諧波檢測分析的算法。鍵盤及液晶顯示模塊。根據(jù)實際需要，設計系統(tǒng)硬件連接框圖如圖4.1。的電源，確保系統(tǒng)多電平電路正常工作等。效值、頻率等參數(shù)。4.1.1數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集的精確度直接影響到系統(tǒng)的性能，其設計關(guān)鍵是要實現(xiàn)數(shù)字/模擬混合電輸出端：電壓傳感器輸出的是電流，但是模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊要求輸入的信號一般為電4.2所示。將損壞儀器，同時輸入端不能短路，否則會增加電流誤差。其原理圖如圖4.3所示。4.1.2信號調(diào)理電路濾波電容，可濾除交流高次諧波。4.1.3過零檢測電路(4.1)提供了良好的平臺。芯片采用32位中央處理器，大大提高了系統(tǒng)的運算處理能力機、多級電動機和逆變器。速度等模擬量。具體介紹如下：與模擬電路的接口及與其他片上模塊的接口。工作在啟動/停止模式，可允許“多個排序觸發(fā)”同步轉(zhuǎn)換。模式。數(shù)據(jù)的完整性，SCI有中斷偵測、同位檢測、過載和框架錯誤去檢查接收進來的數(shù)據(jù)。(Break)錯誤偵測4.2.2電源4.4鍵盤及液晶顯示模塊4.4.1鍵盤電路用相應的按鍵程序進行處理。本系統(tǒng)設計的鍵盤如圖4.13所示。按下鍵時輸出為低電平，未按下鍵時輸出為高電平。4.4.2液晶顯示電路方便了用戶的使用，提高了系統(tǒng)的實時性和集成度。4.5本章小結(jié)晶顯示模塊。闡述了這四個模塊的原理，分析了各模塊的實現(xiàn)方法。5.1主程序設計據(jù)采集運算以及后續(xù)顯示等。圖5.1為主程序流程圖。5.2采樣中斷程序設計5.3測頻中斷服務子程序下降沿來測量。測頻流程圖如圖5.3所示。5.5液晶按鍵子程序四個按鍵分別是上移鍵、下移鍵、確定鍵和返回鍵。液晶及按鍵程序如圖5.5所示。5.7本章小結(jié)分別介紹這三種常用的電能質(zhì)量治理方法。針對不同行業(yè)不同類型的負荷需要補償不同類型的無功及其它諸如抑制諧波等的感性/容性感性/容性感性/容性快快快快快差好好好好無無無無定容量的容性無功。若PF產(chǎn)生的容性無功超過了實際需要補償?shù)牡皆O定值。本方案具有動態(tài)調(diào)整無功功率和濾除特征次諧波的雙重功效。能力不會隨補償容量的增加而增加。極性相反的輸出電流，與電網(wǎng)諧波電流相抵消從而達到諧波治理的良好效果。另外，需進一步做大量的理論和工程應用研究。注入式混合型有源濾波器(IHAPF)是目前電能質(zhì)量綜合治理領(lǐng)域的一種功能全面、求，性價比高。其拓撲結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。系統(tǒng)發(fā)生諧振的機率。6.3.1注入支路參數(shù)對濾波效果的影響和無功補償?shù)某潭?。所以我們有必要仔細分析一下注入支路參?shù)的影響。諧波電流產(chǎn)生，且僅與系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)的n次諧波可以忽略。為了便于分析，本文在頻域模型中忽略了電阻的影響,假設電網(wǎng)諧波阻抗為代表基波串聯(lián)諧振支路、以及輸出濾波器的等效阻抗，代表注入支路電容的阻抗。(6.4)(6.5)聯(lián)合式(6.4)、(6.5)化簡可得注入電流與APF交流側(cè)電壓關(guān)系如下(6.6)當有源濾波器交流側(cè)電壓滿足式(6.5)的要求時，可以完全濾去網(wǎng)側(cè)諧波電流。由要盡可能小。將發(fā)生無功過補的危險。撲結(jié)構(gòu)如圖6.5所示。抗值為極大；與串聯(lián)諧振于基波頻率，起到旁路基波電流的作用。功過補。對圖6.5進行簡化處理，假設電源電壓為，電網(wǎng)阻抗為，將負載看成諧波支路的等效阻抗。上述結(jié)構(gòu)可簡化為下圖所示的單相電氣模型。由公式(6.9)可知，通過合理控制電壓型逆變器輸出電壓的大小即可有效降低電網(wǎng)諧波電流人的含量，達到治理諧波的目的。6.4.2無功補償特性分析(6.10)(6.11)振頻率可補償任意容量容性無功或感性無功。補償適用范圍及適用電壓等級兩方面拓寬了注入式混合型有源濾波器的適用范圍。6.4.3諧波檢測與控制方法諧波分