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智能建筑配电系统谐波及无功的综合补偿研究

戴瑜兴  
【摘要】:智能建筑技术和谐波抑制技术是当今国内外的研究热点,对于智能建筑谐波和无功的危害、不良影响以及综合治理问题,虽已引起许多学者关注,但没受到足够重视。本文正是针对智能建筑配电系统谐波和无功的综合补偿这一课题,从理论上和技术上进行深入研究,在单相UPQC研发方面及楼宇谐波和无功的综合治理方面,研究提出了一套较为系统和完整的理论体系和技术实现方案: (1) 通过对智能建筑用电负荷的研究和分析,给出用电负荷的主要特征,揭示了谐波和无功产生的原因、危害及不良影响;概括总结了供配电系统谐波抑制和无功补偿、谐波和无功的综合治理的现状,并指出其存在的问题;特别是结合智能建筑谐波和无功的综合补偿及存在问题,首次提出采用单相UPQC(Unified Power Quality Conditioner)综合治理智能建筑谐波和无功功率的新方法,对提高智能建筑电能质量和供电可靠性以及减小智能建筑的谐波源对电网的污染等方面有十分重要的意义,为智能建筑谐波和无功的综合补偿技术提供了一条新途径。 (2) 通过对有源电力滤波器(APF)的发展历史、研究现状及技术进展的概括总结,按电压等级和响应速度、电路组成的拓扑结构和补偿系统的参数分类,对其性能特点和应用进行研究分析,得出重要结论:对于小于100KVA的系统,用小功率的单相APF比较合适;对于三相不平衡系统,采用三台单相APF比采用单台三相APF更合适;用串并联APF更利于谐波和无功的综合补偿。结合有源电力滤波器应用现状和类型选择,指出了有源电力滤波器在开发应用中要解决的问题。上述结论对有源电力滤波器的开发与应用有指导性意义。 (3) 提出并设计由一SAPF和一PAPF组成的基于DSP的新型有源电力滤波器——单相UPQC,且开发出样机。结合该装置的主电路结构设计,研究并论证其组成原理和硬件实现方案;首次指出:该装置对用户端,能有效补偿市电基波,防止市电的谐波污染负载;对电网端,能有效抑制非线性负荷产生的谐波污染电网,并补偿无功功率,使功率因数接近1。从理论上论证单相UPQC能动态抑制谐波,补偿无功功率,揭示了市电、UPQC和非线性负荷三者之间的能量交换机理。提出并设计单相UPQC,研究其应用,在有源电力滤波器设计的相关理论和低压配电系统谐波和无功的综合治理技术上有创新性和启发性意义。 中南大学博士学位论文 摘要 (4)针对单相UPQC串联部分的谐波电流和无功电流的检测问题, 提出两种实时、准确检测单相负载电流中的谐波电流和无功电流的新方 法:有功功率测定法和基于瞬时无功功率的虚拟三相法;通过理论分析 和仿真实验论证,表明这两种新算法可以解决目前常用谐波电流检测方 法存在的问题,特别是能有效解决单相负载和三相不平衡系统的谐波电 流、无功电流的检测难点。单相UPQC的串联部分的指令信号检测,采 用锁相环跟踪电路产生市电电压的基准参考电压的方法来解决。 (5)分析研究了单相APF逆变电路的三角波控制、滞环控制和无 差拍控制等三种控制策略,给出并论述了单相UPQC控制系统的组成原 理,根据其复杂性的特点及功能要求,建立了单相UPQC控制系统的数 学模型,提出了将滞环比较控制算法和三角波控制算法相结合的优化控 制策略,并设计了基于DSP的单相UPQC控制系统的软件实现方案,从 而有效保证实时、精确的综合补偿市电电压畸变、谐波和无功功率。 (6)将首次提出的采用单相UPQC综合治理智能建筑配电系统谐波 和无功的新方法,结合工程示例进行论证,仿真结果进一步表明:该方 法能从根本上解决非线性负荷所引起的谐波问题和低功率因数问题,且 可有效提高配电网的电能质量。


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