无功补偿试验装置电气设计及其稳态电能质量分析

论文摘要

随着新能源发电领域的迅猛发展,以及越来越多的大功率、非线性负荷并入电网,电力系统电能质量问题更加引起人们的重视。本文依据当代电力系统运行状态及电能质量特点,首先对电能质量的定义、内涵、特点、影响因素,以及执行标准等基本概念进行论述,分析在扰动影响下电力系统电能质量的影响及现代电力系统对电能质量的要求,论证就地无功补偿和电能质量动态检测的重要性。然后,本文以容量为20Kvar线性+10Kvar非线性+10KW模拟负载试验平台装置为例,从电气工程角度,完成对配电柜、控制柜、SVC柜、FC柜和负荷柜的电气系统回路设计及实物器件选型。无功补偿试验平台装置,能够完成在实验室内对各种负荷变化现象进行实时模拟,实现对电能质量现象的检测、分析,从而为电力系统进行无功功率补偿调整提供依据。最后,本文在所研发的试验平台上,对电能质量稳态指标进行分析。在电压与电压偏差的分析中,选用基于热效应原理的有效值法计算,给出计算方法流程,论证基于热效应原理的有效值法在检测及计算中的高准确性优势。为了对频率与频率偏差进行有效的分析,本文运用经典的FFT算法,并通过MATLAB仿真和实验平台试验证实了对频率和频率偏差的分析。采用对称分量法进行三相不平衡度的计算,并运用大量的非线性、不平衡负荷实验与分析结果进行对比。运用大量的实验结果验证理论分析结果,仿真及实验验证结果为电能质量的基础理论研究提供了依据,并为设计SVC补偿装置提出了新的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题的来源、目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 无功补偿试验平台研究现状
• 1.3.2 国内外电能质量研究问题状况
• 1.3.3 电能质量分析技术、手段的进展
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 电能质量分析
• 2.1 电能质量的基本概念
• 2.1.1 电能质量问题的提出
• 2.1.2 电能质量的定义和内涵
• 2.1.3 电能质量特点
• 2.1.4 现代电力系统对电能质量的要求
• 2.2 电能质量扰动
• 2.2.1 扰动的分类
• 2.2.2 电能质量与电磁兼容
• 2.3 电能质量补偿
• 2.3.1 就地补偿原则
• 2.3.2 无功功率计算
• 2.3.3 无功补偿装置
• 2.4 本章小结
• 第3章 无功补偿试验平台电气设计
• 3.1 综合试验平台系统构成
• 3.2 负载柜的设计
• 3.2.1 可调电抗器回路设计
• 3.2.2 非线性电抗器回路设计
• 3.2.3 电阻负载回路设计
• 3.2.4 通讯电路设计
• 3.2.5 负载总电路设计
• 3.3 SVC补偿柜的设计
• 3.3.1 TCR回路设计
• 3.3.2 三次FC回路设计
• 3.3.3 五次FC回路设计
• 3.3.4 七次FC回路设计
• 3.3.5 控制回路设计
• 3.4 调补FC柜的设计
• 3.5 控制柜的设计
• 3.6 配电柜的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 电压与电压偏差分析及计算方法
• 4.1 电压与电力系统特性
• 4.1.1 电压对电力系统特性影响
• 4.1.2 电压偏差的界定及相关标准
• 4.2 基于热效应原理的有效值电压偏差分析方法
• 4.2.1 电压有效值分析
• 4.2.2 基于热效应原理的有效值计算方法及算法流程
• 4.2.3 基于热效应原理的有效值与平均整流值计算有效值比较
• 4.3 应用算例
• 4.3.1 投入三相不平衡负荷检测分析
• 4.3.2 峰值电压检测分析
• 4.3.3 中线对地电压检测分析
• 4.3.4 谐波电压检测分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 频率与频率偏差分析及计算方法
• 5.1 频率与频率偏差
• 5.1.1 频率偏差指标
• 5.1.2 频率变动与频率偏差
• 5.2 基于快速傅里叶变换算法的频率与频率偏差分析
• 5.2.1 FFT交流采样算法分析
• 5.2.2 FFT的MATLAB实例分析
• 5.2.3 实时测量频率偏差的通用方法
• 5.3 应用算例
• 5.3.1 系统处于稳态时频率检测分析
• 5.3.2 投入三相平衡负荷检测分析
• 5.3.3 投入不平衡及非线性负荷检测分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 三相不平衡的分析及计算方法
• 6.1 三相不平衡与不平衡度
• 6.2 基于对称分量的三相不平衡度计算
• 6.2.1 对称分量原理
• 6.2.2 相电压对称序分量计算
• 6.2.3 线电压的不平衡度计算
• 6.2.4 三相系统的不平衡度IEC标准算法
• 6.3 应用算例
• 6.3.1 投入三相平衡负荷检测分析
• 6.3.2 投入三相不平衡负荷检测分析
• 6.3.3 投入FC+TCR补偿检测分析
• 6.3.4 投入非线性负荷检测分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间获得成果