电能质量控制综合试验设计

《电能质量控制综合实验设计》

——基于MATLAB/SIMULINK的虚拟实验教学平台一、电力系统中存在的典型电能质量问题

电力系统中的电能质量问题，主要归结为为电流畸变问题，体现在为图1中的几种典型位置（但不限于此）。

图1 电力系统中典型位置的电能质量问题

其中，采用的典型静止无功补偿装置（SVC）如图2所示，系统单线图如图3所示，系统补偿前后的电压及电流波形如图4所示。

图2 静止型无功补偿装置

图3 系统单线图

图4 无功补偿和（或）谐波抑制前后系统电压电流实际波形

二、实验简介

如上所述，目前的电能质量存在较为严重的问题，而其控制理论的抽象程度较高，需要借助实验环节进行必要的验证性分析，以加深学生对知识点的理解与掌握程度。这里，通过自行开发的综合设计仿真实验环节，使学生有效地理解抽象的理论知识，化繁为简。既可以提高学生对本门课的综合掌握程度，弥补现有实验设备和实验环节的不足，又能拓展电气专业学生在电力系统方向的知识面，培养其在工程上提出问题、分析问题和解决问题的能力。

三、实验实施

教师给定实验目的、实验要求、实验条件，由学生根据自身情况和兴趣选题并设计实验方案，进行仿真实验分析。

1.实验目的

（1）理解电能质量控制的相关内容，掌握无功功率及谐波对系统的危害和影响；

（2）掌握瞬时功率理论相关知识，并可以利用MATLAB仿真软件搭建模型；

（3）理解系统无功及谐波电流的检测方法；

（4）掌握典型电力电子设备主电路拓扑方案；

（5）研究典型非线性负载的无功补偿和（或）谐波抑制仿真实验。

2.实验要求

（1）基于MATLAB仿真软件，搭建系统中的各功能模块；

（2）针对典型电流型谐波源负载——晶闸管相控整流桥负载为例，分别研究系统在无功补偿、谐波抑制及二者功能结合时前后的系统电流特性。

3.实验内容

（1）供电网络谐波电流检测仿真；

（2）基于瞬时无功理论的i p-i q算法仿真；

（3）基于瞬时无功理论的p-q算法仿真；

（4）电力系统电能质量综合分析；

（5）供配电系统谐波抑制与无功补偿。

4.实验方案

系统方案结构框图如图5所示.

四、实验报告撰写

仿真实验后，对实验结果进行必要的分析、总结，并撰写实验报告。

五、综合实验设计的特色

1.综合运用电能质量的基本知识，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力；

2.提高学生查阅资料的能力；

3.根据查获的资料，集体讨论和研究实施方案；

4.自行搭建系统各功能模块的仿真模型；

5.锻炼学生良好的沟通与团队合作及组织协调能力；

6.塑造学生的创新意识和自主研习能力。

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图5 系统结构框图

六、实验样例

1.系统实验模型

参考图5建立系统仿真模型，如图6所示，其中，子系统内部设计未给出。

图6 系统仿真模型

2.仿真结果

系统部分仿真结果如图7所示。

a.补偿前电压、电流波形

b.补偿后电压、电流波形

c. 负载电流、畸变电流及补偿后电流

d.畸变电流与补偿电流波形

e.补偿前系统电流谐波含量

f.补偿后系统电流谐波含量

图7 部分仿真结果