谐波条件下无功功率补偿控制器的研究与设计

论文摘要

随着电网容量和电网中非线性负载的迅速增加,电网中电能质量日趋恶化,严重影响了电网安全、平稳、高效的运行。伴随电网中的无功量越来越大,无功功率也成为影响电网稳定和产生电能损失的一个重要因素,因此合理有效地解决电能质量恶化降低无功己成为保证供电质量的重要问题。目前最为广泛的无功补偿方式是在电网适当的位置中配置电力电容器进行无功补偿,但随着配电网中谐波源的增多,谐波对电力电容器的影响也日益突出。在考虑谐波影响下的谐波对电力电容器的影响不可忽视,表现在电容器中的谐波电流增加,将使介质损耗和金属损耗急剧增加,引起电力电容器的过热甚至损坏。针对这一系列的问题,本文进行了深入的理论分析和实验研究。本文首先介绍了无功补偿技术的发展历程和相关原理,并对谐波严重情况下的无功补偿进行了研究,在此基础上进行了谐波条件下无功功率补偿控制器的设计。在微处理器的选择上系统选用高性能32位ARM芯片作为核心控制器,使用计量芯片ATT7022B来实现相关参数的测量,并且通过对ATT7022B测得原始采样数据进行谐波问题的分析。电力电容器的投切开关选用可以抑制“投切振荡”产生“涌流”的开关模块。其次,系统在软件设计以嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ为平台,详细介绍了μC/OS-Ⅱ在ARM上的移植、系统任务的划分和调度以及各任务模块的程序设计等内容。控制器以无功功率作为控制量并按照先投先切的原则对补偿电力电容器进行投切控制,并在电网电压或谐波含量超限时切除补偿电力电容器。最终的系统调试表明,控制器能对模拟电网的参数精确的测量,同时能快速的对电容器进行投切测试,结果显示本文设计的无功补偿控制器能够实现预期的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 无功功率补偿技术的发展概况
• 1.3 无功补偿技术存在的一些问题
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 无功补偿的基本原理和谐波影响分析
• 2.1 无功功率补偿的基本原理
• 2.1.1 无功补偿相关概念
• 2.1.2 补偿原理
• 2.2 并联电容器无功补偿
• 2.2.1 补偿方式
• 2.2.2 接线方式
• 2.2.3 电力电容器的投切、复合开关
• 2.3 无功补偿中的谐波问题
• 2.3.1 谐波的产生和危害
• 2.3.2 谐波检测理论和分析方法
• 2.4 谐波严重情况下的无功补偿
• 2.5 本章小结
• 第3章 控制器硬件电路设计
• 3.1 系统硬件电路整体结构设计
• 3.2 电源电路设计
• 3.3 人机交互接口设计
• 3.3.1 键盘电路设计
• 3.3.2 LCD 显示接口设计
• 3.4 电能质量参数测量电路
• 3.4.1 ATT7022B概述
• 3.4.2 ATT7022B的应用
• 3.5 电力电容器投切电路设计
• 3.6 数据存储电路设计
• 3.7 通信接口电路设计
• 3.8 本章小节
• 第4章 基于μC/OS-II平台的软件设计
• 4.1 μC/OS-II操作系统简介
• 4.2 μC/OS-II在 ARM 处理器上的移植
• 4.2.1 移植的一般性要求
• 4.2.2 μC/OS-II的移植过程
• 4.3 本系统中各个模块的软件设计
• 4.3.1 系统软件概述
• 4.3.2 无功补偿控制器软件结构
• 4.3.3 键盘处理及LCD 液晶显示任务
• 4.3.4 电能质量参数测量程序
• 4.3.5 电力电容器投切控制程序
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统调试与测试结果
• 5.1 系统调试
• 5.2 测试结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢