（公司治理）配電網(wǎng)電能質(zhì)量的在線檢測(cè)與治理措置的研究本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：量的全天候、全方位準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)和分析電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，常運(yùn)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(dòng)和閃變 72.2.5三相不平衡 82.2.6暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓 9 9 3.1.1運(yùn)算方式 3.1.2基于倍頻旋轉(zhuǎn)變換的諧波測(cè)量 3.4.1傅里葉級(jí)數(shù) 3.4.3快速傅里葉變換(FFT) 3.4.4改進(jìn)型復(fù)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(jì)算 4.1.2信號(hào)調(diào)理電路 4.1.3過零檢測(cè)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(duì)濾波效果的影響 6.4.2無功補(bǔ)償特性分析 6.4.3諧波檢測(cè)與控制方法 水平。然而,隨著科技和社會(huì)的快速發(fā)展，電能的使用面臨著一個(gè)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(jī)構(gòu)和國家機(jī)關(guān)等部門關(guān)心的熱點(diǎn)問題。以及導(dǎo)致三相不平衡度的提高，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和用戶造成注和重視。包括當(dāng)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(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，集測(cè)量、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障國民經(jīng)濟(jì)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(cè)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(qiáng)大的應(yīng)用產(chǎn)品相對(duì)（l）設(shè)備入網(wǎng)前的專門測(cè)量：即對(duì)補(bǔ)償設(shè)備，在接入電網(wǎng)前,測(cè)量它們對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的影響，決定是否投運(yùn)。危害程度和技術(shù)需求等采取定期或不定期檢測(cè)的方式。前兩種傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法顯然已經(jīng)不能滿足供用電雙方對(duì)電能質(zhì)量更高的監(jiān)測(cè)要求，其不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:重要意義。1.2.2電能質(zhì)量治理措施制與無功補(bǔ)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(chǎng)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(gè)率和幅值都變化的各次諧波，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而應(yīng)用逐漸廣泛。壓、大容量的場(chǎng)合。不同于無源濾波器和有源濾波器，靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)和靜止同步補(bǔ)償器但是，SVC裝置中的晶閘管控制電抗器(ThirstierControlledReactor:TCR)本身會(huì)產(chǎn)很多問題沒有得到很好的解決，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)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(bǔ)償和諧波抑制兩方面的要求，具有實(shí)際的工程應(yīng)用意義。動(dòng)與閃變、三相電壓允許不平衡度等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)、分析和處理?？勘ＷC。認(rèn)識(shí)到當(dāng)前電能質(zhì)量污染狀況，充分了解到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法的發(fā)展現(xiàn)狀。檢測(cè)算法。了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和各軟件模塊的實(shí)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(shè)計(jì)。（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(bǔ)的矛盾，提出了一無功補(bǔ)償特性和諧波檢測(cè)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(yīng)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(huì)(InternationalElectricalCommission:IEC)將電能質(zhì)量定義為美國電氣和電子工程協(xié)會(huì)(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(shè)備提供的電力定義。它們包括:(1)電壓質(zhì)量，通過將實(shí)際電壓與理想電壓進(jìn)行對(duì)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(duì)用戶取用電流以高功率因數(shù)運(yùn)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(shí)也包括供電部門對(duì)用戶投訴與抱怨的反應(yīng)速度、服務(wù)質(zhì)量以及電力價(jià)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(wù)和責(zé)任，如電力用戶是否按期、如數(shù)繳納電費(fèi)等。2.1.2電能質(zhì)量的分類波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓六個(gè)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(shè)(2)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)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(huì)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(yán)重事故。(4)諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。(5)諧波會(huì)對(duì)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(dǎo)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(biāo)規(guī)定各級(jí)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(dòng)和閃變常將這兩個(gè)術(shù)語合為一體進(jìn)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(duì)照明要求較高，0.4%(推薦值);(2)一般照明負(fù)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(shí)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(shí)過電壓是指在電網(wǎng)給定點(diǎn)上持續(xù)時(shí)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(shí)過電壓之上。系統(tǒng)中作用于電氣設(shè)備的暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓的具體要求、電氣以及過電壓保護(hù)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(biāo)的定義、危害及其國家標(biāo)準(zhǔn)。和分析其他電量的情況，因此本節(jié)重點(diǎn)討論電網(wǎng)諧波的檢測(cè)與分析算法。和為出發(fā)點(diǎn)的稱為法,以計(jì)算稱為法。兩種方法都能較為準(zhǔn)確地檢測(cè)出對(duì)稱三相電路的諧波含量，實(shí)時(shí)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(duì)較窄。3.1.1運(yùn)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(hào)和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-，它們由一個(gè)鎖有出現(xiàn)，因而檢測(cè)結(jié)果不受電壓波形畸變的影響，檢測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確的。3.1.2基于倍頻旋轉(zhuǎn)變換的諧波測(cè)量一樣。法雖然可以測(cè)量出單次的諧波含量，但是硬件復(fù)雜，成本較高，實(shí)現(xiàn)起來也比較繁瑣。算出特定時(shí)間的頻率分布并將各種不同頻率組成的頻譜信號(hào)分解成為不同頻率的信號(hào)塊，因而通過小波變換可較準(zhǔn)確地計(jì)算出基波電流，進(jìn)而求得諧波含量。小波變換對(duì)波動(dòng)諧波、快速變換諧波的檢測(cè)有很大的優(yōu)越性，目前是波動(dòng)諧波、是信號(hào)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(yùn)算和判斷。諧波測(cè)量中，將會(huì)有很好的發(fā)展前景。工程應(yīng)用中還未優(yōu)先選用。里葉變換法是其中應(yīng)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(yīng)用范圍最廣泛,理論和技術(shù)最成熟，在諧波測(cè)量的應(yīng)用中具有不可替代的作用，而且在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中更容易實(shí)現(xiàn)。因此，本系統(tǒng)選用快速傅里葉變換算法作為監(jiān)測(cè)終端中進(jìn)行諧波檢測(cè)與分析的方法。3.4.1傅里葉級(jí)數(shù)當(dāng)輸入信號(hào)為周期函數(shù)或者可近似作為周期函數(shù)處理時(shí)，且滿足狄里赫利條件(電力系統(tǒng)信號(hào)基本上均滿足)，則它可被分解為一個(gè)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(jí)數(shù)分析過渡到電力系統(tǒng)實(shí)際波形實(shí)用而快需要利用傅里葉級(jí)數(shù)的指數(shù)形式，直接計(jì)算各次諧析。換成離散化的計(jì)算式，做近似計(jì)算。對(duì)公式(3.4)進(jìn)行離散化處理：對(duì)信號(hào)進(jìn)行每周波；，3.4.3快速傅里葉變換(FFT)在工程實(shí)際中，若直接用離散傅里葉變換(DFT)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)采樣點(diǎn)很多時(shí)，計(jì)算可以達(dá)到減少運(yùn)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(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。(1)在采樣過程中，如果采樣頻率和信號(hào)頻率不同步或者無法達(dá)到整數(shù)倍的關(guān)系，誤差很大，無法滿足測(cè)量要求；(2)計(jì)算量較大，計(jì)算時(shí)間比較長，從而使得檢測(cè)時(shí)間較長，檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)性較差。3.4.4改進(jìn)型復(fù)序列快速傅里葉變換(FFT)步。零。即輸出信號(hào)的頻率始終與輸入信號(hào)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(yīng)的問算法推導(dǎo)過程如下:根據(jù)傅里葉變換的周期性和奇偶對(duì)稱性，可知實(shí)序列的傅里葉變換的實(shí)部為偶數(shù)，(3.13)對(duì)式(3.13)進(jìn)行傅里葉變換，并考慮其復(fù)共扼性質(zhì)，可得，的頻譜為設(shè)為被測(cè)電壓信號(hào)的第次諧波，為被測(cè)電流3.4.5其它電能質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算由上述公式(3.15)、(3.16)、(3.17)可以推算出各次諧波的復(fù)功率、有功功率和無(3.19)它們的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍。鑒于快速傅里葉變換(FFT)諧波檢測(cè)方法技術(shù)成熟、應(yīng)其進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，然后以此作為本系統(tǒng)諧波檢測(cè)分析的算法。鍵盤及液晶顯示模塊。根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)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(hào)一般為電4.2所示。將損壞儀器，同時(shí)輸入端不能短路，否則會(huì)增加電流誤差。其原理圖如圖4.3所示。4.1.2信號(hào)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(cè)電路(4.1)提供了良好的平臺(tái)。芯片采用32位中央處理器，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)算處理能力機(jī)、多級(jí)電動(dòng)機(jī)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(dòng)/停止模式，可允許“多個(gè)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(cè)、同位檢測(cè)、過載和框架錯(cuò)誤去檢查接收進(jìn)來的數(shù)據(jù)。(Break)錯(cuò)誤偵測(cè)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(yīng)的按鍵程序進(jìn)行處理。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鍵盤如圖4.13所示。按下鍵時(shí)輸出為低電平，未按下鍵時(shí)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(shí)時(shí)性和集成度。4.5本章小結(jié)晶顯示模塊。闡述了這四個(gè)模塊的原理，分析了各模塊的實(shí)現(xiàn)方法。5.1主程序設(shè)計(jì)據(jù)采集運(yùn)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(shè)計(jì)5.3測(cè)頻中斷服務(wù)子程序下降沿來測(cè)量。測(cè)頻流程圖如圖5.3所示。5.5液晶按鍵子程序四個(gè)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(duì)不同行業(yè)不同類型的負(fù)荷需要補(bǔ)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(shí)際需要補(bǔ)償?shù)牡皆O(shè)定值。本方案具有動(dòng)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(huì)隨補(bǔ)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(dá)到諧波治理的良好效果。另外，需進(jìn)一步做大量的理論和工程應(yīng)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(jià)比高。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6.3所示。系統(tǒng)發(fā)生諧振的機(jī)率。6.3.1注入支路參數(shù)對(duì)濾波效果的影響和無功補(bǔ)償?shù)某潭取Ｋ晕覀冇斜匾屑?xì)分析一下注入支路參數(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(shè)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(jiǎn)可得注入電流與APF交流側(cè)電壓關(guān)系如下(6.6)當(dāng)有源濾波器交流側(cè)電壓滿足式(6.5)的要求時(shí)，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(bǔ)的危險(xiǎn)。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(bǔ)。對(duì)圖6.5進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，假設(shè)電源電壓為，電網(wǎng)阻抗為，將負(fù)載看成諧波支路的等效阻抗。上述結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)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(dá)到治理諧波的目的。6.4.2無功補(bǔ)償特性分析(6.10)(6.11)振頻率可補(bǔ)償任意容量容性無功或感性無功。補(bǔ)償適用范圍及適用電壓等級(jí)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(cè)與控制方法諧波分