【正文】 性也會(huì)增加，可能引發(fā)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的非故障性動(dòng)作，導(dǎo)致儀表指示和電能計(jì)量不準(zhǔn)確以及計(jì)算機(jī)、通信受干擾等一系列問題。如何妥善地解決這個(gè)問題關(guān)系重大，因此成為了高校、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和國(guó)家機(jī)關(guān)等部門關(guān)心的熱點(diǎn)問題。電能質(zhì)量問題日益突出，電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方式主要為在線監(jiān)測(cè)，對(duì)電能質(zhì)量的全天候、全方位準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書配電網(wǎng)電能質(zhì)量的在線檢測(cè)與治理措置的研究DISTRIBUTION NETWORK POWER QUALITY DETECTIONAND TREATMENT RENEW ONLINE RESEARCH學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日46 / 51配電網(wǎng)電能質(zhì)量的在線檢測(cè)與治理措置的研究摘要隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大功率非線性、沖擊性和波動(dòng)性負(fù)荷不斷增加，比如大功率的變頻設(shè)備及拖動(dòng)裝置、電氣化鐵路、電化工業(yè)的整流設(shè)備、電弧爐等，這些負(fù)荷造成了電網(wǎng)發(fā)生波形畸變（諧波）、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡、非對(duì)稱性，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量的嚴(yán)重降低。在準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)和分析電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提出了合理有效的治理措施，對(duì)有效提高供電可靠性，改善供電電能質(zhì)量，確保電力設(shè)備發(fā)揮正常性能水平等，對(duì)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行以及降低能耗等均具有非常重要的研究意義。 近年來我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展迅速，電網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。另外，諸如軋鋼機(jī)、電力機(jī)車、開關(guān)電源等用電設(shè)備的開關(guān)與使用過程，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊性、波動(dòng)性的負(fù)荷，并在運(yùn)行和停運(yùn)過程中產(chǎn)生電壓閃變以及導(dǎo)致三相不平衡度的提高，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和用戶造成直接或潛在的影響。包括當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展前景最好的智能電網(wǎng)(Smart Grid)都是以滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量為重要特征。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、通信、分析、管理等功能于一體，有效地進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取合理、有效的電能質(zhì)量治理措施，改善其電能質(zhì)量狀況，對(duì)保證電網(wǎng)和廣大用戶的電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障國(guó)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。（2） 設(shè)備使用中的定期或不定期檢測(cè)：即針對(duì)普通電力干擾源，根據(jù)干擾大小、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。 電能質(zhì)量治理措施為了改善電能質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外電力工作者和電力研究者們做了大量的研究，也研制出一系列的補(bǔ)償裝置。 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)在諧振頻率處等效導(dǎo)納為無窮大的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或等效阻抗為無窮大的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。但是，SVC裝置中的晶閘管控制電抗器(Thirstier Controlled Reactor:TCR)本身會(huì)產(chǎn)生較大的諧波成分，從而使得整體濾波性能不佳；而高壓大功率STATCOM的工程化還有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。為預(yù)先解決電網(wǎng)電能質(zhì)量故障隱患，事后分析事故原因和電能質(zhì)量問題綜合治理提供可靠保證。根據(jù)各部分實(shí)現(xiàn)的不同功能，將系統(tǒng)分為四個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、DSP處理模塊及外圍電路模塊、串口通信模塊、鍵盤及液晶顯示模塊。（4）研究電能質(zhì)量的治理措施，分析了三種常用治理措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)注入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，提出了一種新型的雙諧振混合型有源濾波器(DIHAPF)，并分析了其諧波抑制原理、諧波放大情況、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)。 電能質(zhì)量的定義什么是電能質(zhì)量，迄今為止，人們對(duì)電能質(zhì)量的技術(shù)含義還存在著不同的認(rèn)識(shí)，不同的機(jī)構(gòu)也對(duì)電能質(zhì)量有不同的定義。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的電力是否存在偏差，是否合格。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。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （） 式（）中為電壓偏差；表示實(shí)際電壓kV；表示標(biāo)稱電壓kV。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》(GB/T159451995)，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。 (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。 電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)主要是由于大量沖擊性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的廣泛使用而引起的，是指電壓包絡(luò)線有規(guī)則的變化或一系列隨機(jī)電壓變動(dòng)，常用一系列電壓均方根值中相鄰的兩個(gè)極值之差與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的相對(duì)百分比來表示，即 （）式（）中，、分別為一系列電壓均方根值中相鄰的極大值和極小值；為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。表21 國(guó)家電能質(zhì)量有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值GB 12325—90供電電壓允許偏差（1）35 kV及以上為正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過10%；（2）10 kV及以下三相供電為177。(2)%(推薦值)GB/T 14549—93公用電網(wǎng)諧波各級(jí)電網(wǎng)諧波電壓限值(%)電壓(kV) THD 奇次 偶次 5 10 4 366 3 110 2 (220 kV電網(wǎng)參照110 kV執(zhí)行)GB/T 15543—95三相供電電壓允許不平衡度(1) 正常允許2%，短時(shí)不超過4%； 　(2)%。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T155431995)規(guī)定電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度不得超過2%，短時(shí)不得超過4%；接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶，%。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》(GB/T184812001)規(guī)定了交流電力系統(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、電氣設(shè)備的絕緣水平，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。目前，常用的諧波檢測(cè)方法，根據(jù)測(cè)量原理的不同，主要有以下幾類。瞬時(shí)無功功率理論主要有兩種計(jì)算方式，以計(jì)算和為出發(fā)點(diǎn)的稱為法,以計(jì)算稱為法。 圖 運(yùn)算方式的原理圖 其中，=，=。、 按運(yùn)算方式檢測(cè)時(shí)，由于只需取、參與計(jì)算,畸變電壓的諧波成份在運(yùn)算過程中沒有出現(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。經(jīng)過十多年的探索與研究，其重要的數(shù)學(xué)形式化體系已經(jīng)建立，理論基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí)。但是，由于小波變換的研究時(shí)間相對(duì)較短，在諧波檢測(cè)方面應(yīng)用還比較少，并且還存在著諸如缺乏系統(tǒng)規(guī)范的最佳小波基的選擇方法等很多不完善的地方，從而使得小波變換算法在計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理芯片中的應(yīng)用受到限制。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)任意整數(shù)次諧波，對(duì)基波電流的跟蹤在一個(gè)周期內(nèi)就可以達(dá)到良好的效果，因此這種方法在精度和實(shí)時(shí)性方面有較好的特性。FFT測(cè)量諧波精度高、功能多、使用方便，與其他測(cè)量方法相比，目前適用范圍最廣泛,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)。由歐拉公式 （）解出和，式（）的傅立葉級(jí)數(shù)三角形式可化為 （） 則可得 （） 實(shí)際上，電力系統(tǒng)的非正弦周期波都是不規(guī)則的畸變波形，無法表示成函數(shù)解析式后用上述傅立葉級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。則公式（）的離散形式為 （） 令，則 （） 上式()即稱為離散傅里葉變換（DFT)。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。 鎖相環(huán)作為一種重要的功能電路，在通信、控制、導(dǎo)航、儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)和有相位差變化時(shí)，使振蕩頻率變化，最后使輸入和壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率之差為零。的傅里葉變換為 （）由式（）得 （）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)，虛部為奇數(shù)。 本章小結(jié) 本章介紹諧波監(jiān)測(cè)的分析方法，重點(diǎn)講述了目前針對(duì)諧波檢測(cè)，技術(shù)先進(jìn)或技術(shù)成熟的四種分析方法，即瞬時(shí)無功功率理論、小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和傅里葉變換，分析了它們的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍。各模塊功能及工作流程為：（1）在數(shù)據(jù)釆集模塊中，將待測(cè)交流信號(hào)經(jīng)互感器隔離、轉(zhuǎn)換。電源模塊給系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)多電平電路正常工作等。 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/模擬混合電路與DSP的無縫連接，以保證數(shù)據(jù)的吞吐量。本設(shè)計(jì)需要測(cè)量32次諧波，需要測(cè)得信號(hào)的最髙頻率為 ,因此要保證其測(cè)量精度，選用的互感器必須在信號(hào)最高諧波頻率范圍內(nèi)。本文中的VSM025A型電壓傳感器將220V的交流電壓轉(zhuǎn)換成為1V的交流電壓。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)一般為電壓信號(hào)，因此需要通過R44將電流轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，本文中R44取值為。使用該互感器的時(shí)候，首先接通副邊電源，再接通原邊。：D31D316起防反接的作用；C31C315是電解電容，起支撐直流電壓的作用，并可濾除紋波；C31C316是交流濾波電容，可濾除交流高次諧波。DWDWR21起輸出限幅保護(hù)作用，即輸入端電壓超過1V到+1V時(shí)。通過TMS320F2812的引腳CAP1捕獲方波的上升沿，設(shè)第一次捕獲技術(shù)值為CONT1，第二次捕獲計(jì)數(shù)值為CONT2，捕獲單元時(shí)鐘基準(zhǔn)為CLK，則頻率的計(jì)算公式為: () DSP處理模塊 DSP芯片選型及其詳細(xì)介紹本設(shè)計(jì)的核心芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片。其主要特點(diǎn):（1） 采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，主頻可達(dá)150MHz()，低功耗設(shè)計(jì)。（5） 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)均包括如下資源：兩個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（PWM)通道，可以實(shí)現(xiàn)三相反相器控制、PWM的中心或邊緣校正及當(dāng)外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉PWM 通道；防止擊穿故障的可編程PWM死區(qū)控制；對(duì)外部事件進(jìn)行定時(shí)捕獲的3個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；事件管理器模塊適用于控制交流異步電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、多級(jí)電動(dòng)機(jī)和逆變器。 。具體介紹如下： 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊有模擬電路和數(shù)字電路兩個(gè)部分。ADC模塊的具體特點(diǎn)如下：（1）具有12位精度。（5）具有快速轉(zhuǎn)換時(shí)間，ADC時(shí)鐘可配置為25MHz。排序器可工作在啟動(dòng)/停止模式，可允許“多個(gè)排序觸發(fā)”同步轉(zhuǎn)換。（12）具有增強(qiáng)的重疊排序器功能。SCI模塊主要的功能如下所示：（1）兩個(gè)外部的引腳位．SCITXD：SCI傳送輸出引腳位．SCIRXD：SCI接收輸入引腳位（2）速率有64K種不同的速率，可由緩存器設(shè)定改變傳輸速率（3）數(shù)據(jù)字符(Dataword)格式．一個(gè)開始位．傳輸數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度格式，可從1到8之間作程序化選擇．奇同位檢測(cè)/偶同位檢測(cè)/不使用同位檢測(cè)的選擇．可選用1或2個(gè)停止位（4）四種錯(cuò)誤偵測(cè)旗標(biāo)：同位(Parity)、過載(Overrun)、框架(Framing)和中斷(Break)錯(cuò)誤偵測(cè) （5）可選擇使用半雙工或是全雙工操作模式 （6）接收和與傳輸皆采用雙總線模式(Doublebuffered) （7）傳輸方法采用NRZ(nonreturntozero)格式，所以需要給TMS320F2812提供兩個(gè)不同的電平。 DSP供電芯片圖 TPS70351供電電源經(jīng)過DSP處理后的數(shù)據(jù)，要通過液晶屏進(jìn)行顯示或者需要傳輸給上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和進(jìn)一步處理，這時(shí)候就要通過串行通信接口（SCI）進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，SCI是一個(gè)雙線的異步串口，TMS320F2812片內(nèi)由兩個(gè)通用串口，分別是SCIA和SCIB，可分別使用RS232和RS485通信?；赗S485眾多優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)液晶顯示屏選擇通過RS485與DSP進(jìn)行通信。查詢是否有按鍵按下，然后再調(diào)用相應(yīng)的按鍵程序進(jìn)行處理。其分辨率640*480*RGB，提供強(qiáng)大的接口操作，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功耗低，方便了用戶的使用，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和集成度。5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì)可以按照功能不同進(jìn)行劃分為系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和顯示三大部分來完成。在A/D初始化中，通過設(shè)置ADC控制寄存器1（ADCTRL1）中SEQCASC位為0，使DSP