一种简易电能质量监测装置设计【开题报告】

毕业设计开题报告

测控技术与仪器

一种简易电能质量监测装置设计

一、选题的背景、意义

改革开放以前，我国工业基础比较薄弱，工业制造水平也比较粗糙，高、精、尖方面的先进制造业在那时更是少之又少，因而那个时候，电能质量的影响与危害并不明显。人们普遍认为，只要能保证不经常断电以及保证供电电压是在一定范围内可以满足家用电器的需求，那就等于保证了电网的电能质量。另外从我国的电力系统供需关系来看，80年代之前处于计划和短缺经济时期，有没有电那才是用户使用是主要问题，自然“电能质量”问题就无从谈起了。

而近年来，随着我国国民经济的快速增长, 科学技术的发展及生产过程的高度自动化，电网中各种非线性因素不断的增长；各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备也越来越多。随着计算机技术的日益普及，大量基于计算机系统的电子装置和控制设备不仅对供电电能质量异常敏感，使得电网中的电压凹陷、电压凸起、电压波动、脉冲暂态、频率变化、三相不平衡和谐波等电能质量问题(Power Quality, PQ)也越来越受到重视了[1]。因为这不仅仅关系到用电设备运行的可靠性和安全性，而且还关系到供用电市场的规范化。它的产生可能来源于供电方的输配电系统，也可能来源于用户端的不合理用电，还可能来源于雷电等自然现象。

因次，只有对电能质量进行长期有效地监测，这样才会使我们对电能质量问题的产生和影响有更加清楚的了解与认识，才能为改善电能质量﹑协调供用电双方关系和规范供用电市场提供第一手资料，以便采取更加有效的解决措施。在这样的环境下，探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术，分析国内外电能质量管理和监测控制的发展趋势，具有很大的现实意义。

因而，对于能推广更多的人去关注电能质量监测这问题，研究设计一个能操作方便的简易电能质量监测装置是很有必要的。

二、相关研究的最新成果及动态

近年来 ,电能质量监测装置发展非常迅速 ,主要有以下几个发展方向[3]：

(1)电能质量控制的基础理论研究,包括统一的畸变波形下电能质量的含义的研究,电能质量的界定方法、评价体系的研究 ,各功率成份的定义及物理意义研究。目前，为适应不同需要，也提出了许多功率成份的定义方法 ,在其数学表达式、物理意义及实施方面也各有所长 ,但离理论上和实际上的统一并易于接受的表达式还有一定的距离。

(2)研究不同干扰条件下电能质量指标的科学测量方法及各种电能质量检测仪器和设备。各种电能质量指标均应有合理的计算分析方法 ,特别是针对不同干扰源的预测计算方法及其误差估计等 ,建立电能质量指标计算分析程序和数据库 ,同时还应建立起电能质量控制装置的系统仿真模型。

(3)积极采用数字化控制技术。随着高速数字信号处理器(DSP)为基础的实时数字信号处理技术的迅速发展 ,并得到广泛应用 ,采用模拟量控制的电能质量控制装置正用数字量控制代替。这有如下优点:可以程序控制 ,改变控制方法或算法不必改变控制电路;提高了系统稳定性、可靠性和灵活性 ,系统不受温度影响;可重复性好 ,易调试和批量生产;易实现并联运行和智能化控制。随着 DSP 性能的不断改善和价格的下降 ,用 DSP来实现实时信号处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点。[2]

(4)柔性交流输电技术( FACTS)和用户电力技术(CusPow)的融合FACTS 和CusPow 是快速发展的姊妹型新式电力技术。采用 FACTS的核心是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力;发展 CusPow 的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和提高电能质量。FACTS 和 CusPow 的共同基础技术是电力电子技术 ,各自的控制器在结构和功能上也相同 ,其差别仅是额定电气值不同 ,二者的融合是一种趋势。有人认为 CusPow 技术就是配电系统中的 FACTS技术。

(5) 非电力电子技术的电能质量控制器的发展采用非电力电子技术手段 ,如提出新的拓扑 ,改进电路结构;采用新材料 ,开发新器件提高电能质量的发展也非常迅速。

2. 1 国外的研究现状

国外有关电能质量的研究远超于我国，现处于高峰时期,从以前的所适用的功率理论的扩展 ,到电能质量评价指标体系的建立;从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义;各种电能质量问题分析方法的提出 ,以及用户电力技术等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996 年 , IEEE 将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议更名为电力谐波与电能质量学术会议 ,把电能质量提高到一个新的高度来认识。[4]

国外已提出并开发了许多改善和提高电能质量的装置,包括:有源电力滤波器和无源滤波器、电池贮能系统、配电用静态同步补偿器、配电用串联电容器、动态电压恢复器、功率因数校正电容器、避雷器、超导磁能贮存系统、静态电子分接开关、固态转移开关、固态断路器、静止无功补偿器、晶闸管开关电容器、不间断电源等。这些装置主要是采用电力电子技术 ,一些装置已相当成熟 ,其产品开始进入大量实用化阶段。如日本的有源电力滤波器使用很普遍 ,并联型有源电力滤波器最大容量达 50MVA ,采用的是 GTO、 SCR器件 ,用于抑制电弧引起的闪变。

统一电能质量调节器或称电能质量调节器(PQC) 。它可快速补偿供电电压中的突升或突降、波动和闪变、谐波电流和电压、各相电压的不平衡以及故障时的短时电压中断等 ,是一项具有综合功能的电能质量控制器。西门子公司已系列生产出PQC装置 ,它基于 IGBT的 PWM 换流器 ,是并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器的组合 ,是众多此类研制品中较有代表性的产品。西门子的PQC与系统联接有三种方式 ,并联时 ,主要防止非正常负荷对系统的影响;串联时 ,则用于防止系统对负荷的影响;而当串并联时 ,则将具有双向补偿的功能。

2. 2 我国的研究现状

为了保证我国的电能质量 ,自 1990 年以来 ,我国相继发布了六项电能质量国家标准，分别是:1) 供电电压允许偏差[7];2) 电力系统频率允许偏差[8];3) 公用电网谐波[9];4) 三相电压允许不平衡度[10];5) 电压允许波动和闪变[11];6）暂时过电压和瞬态过电压[12]。这些国家标准的制定，无疑将促进我国电能质量管理工作的开展，因之，要研制相应的电能质量监测装置，以便对电能质量指标进行测试分析，更好地进行电能质量的治理，保证电网和供用电设备的安全可靠运行。

改善和提高电能质量的主要措施是采用电力电子技术。目前 ,国内在电能