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电能质量发生装置系统设计与实验研究

冯宇  
【摘要】:近年来,目前国内外对电能质量问题的研究主要分三方面:一是电能质量扰动信号模型的建成;第二,健全电能质量实时监测系统;第三,电压扰动信号发生器的研究。本文针对这几个方面展开研究,本文主要工作如下:(1)围绕电能质量扰动问题的模拟及检测展开研究。针对三相电压信号中某一相单一扰动的情况,研究了瞬时对称分量法在电能质量检测分析中的应用,在PLECS中搭建仿真,构造了5种常见的电压扰动波形,对电压扰动信号进行序分量分解。针对三相信号中三相电压均存在电压扰动问题,采用了基于dq0分量法的检测与分类,根据dq0轴分量波形图将扰动进行分类。针对两种方法均存在无法辨别7种电压暂降的问题,文中后续章节采用了基于电压暂降的类型、特征电压和电压的零序分量进行分类方法,并通过相-中性点(X)电压指数和相-相(Y)电压指数进行验证。(2)围绕基于电力电子形式的电压暂降发生器展开研究。首先在PLECS仿真环境中搭建基于单相逆变器的电压暂降发生器仿真模型与三相逆变器的电压暂降发生器,探讨了7种不同的种类的电压暂降波形的质量问题,介绍了控制策略及电压扰动产生方法,分析不同的电压暂降特征量对输出的电压暂降波形的影响,分析不同拓扑的适用工作情况。经分析最后本文将目光放在了三相四线电路上,经对比选择了前级为BOOST升压电路的二级三相四臂电路作为仿真与实验拓扑。(3)围绕二级三相四臂逆变系统拓扑稳定性及电压扰动信号的产生展开研究。针对二级系统的主要问题就是稳定性问题,因此本章将会就该二级系统进行小信号建模,并通过阻抗性判据对系统进行稳定性分析,证明该拓扑的稳定性。计算前级BOOST升压电路的输入阻抗与后级三相四臂电路的输出阻抗,根据阻抗比稳定性判据进行系统稳定性的判据,证明了该系统的稳定性,并且在一定范围的参数变化内可以保持稳定。在PLECS仿真环境中搭建了二级三相臂逆变器的电压暂降发生器仿真模型,采用了基于序分量控制的电压暂降波形的产生,并分析不同的种类的电压暂降波形质量问题与不同电压暂降深度及持续时间特征量的影响。(4)最后基于仿真拓扑,搭建了二级三相四臂的硬件实验平台,通过实验拓扑可以产生中断与谐波扰动信号,同时可以产生7种不同的电压暂降波形,且持续时间与电压暂降深度可控,实验了拓扑与所提的控制策略的正确性,同时证明了该实验拓扑可以产生电能质量扰动波形。


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