电气参数采集及谐波治理.ppt

立项人：张家昆 指导教师：孙佳 组员：刘剑青 平健 吕小凡 APF设计基本原理 检测、控制电路是APF的关键部分，它会对电网负载中的谐波电压和电流进行实时检测，得到相对应的补偿控制指令，进而来控制PWM逆变器产生相对应的补偿电压或者补偿电流。产生补偿指令的算法分为频域法和时域法，因频域法（傅里叶变换）对设备要求过高，并且响应慢，计算复杂，所以不予以采用，本项目采用的是时域法（典型且实用的是瞬时无功功率理论方法——‘p-q法’）。 此外，在APF前端串7%或14%的电抗器。串7%电抗可防止5次谐波谐振、串14%电抗可防止3次谐波谐振，由此解决与系统阻抗可能产生的并联谐振问题。 项目总结 本项目在老师的指导下搭建了一个集电气参数采集与谐波治理为一体的综合系统，实时测量电网电气参数，并利用有源滤波器（APF）对谐波进行补偿。 经实验室现场测试表明，本系统运行后，电力系统谐波含有率显著降低，全部达到国标限值，有效地抑制了电网中的谐波，提高配电系统的运行稳定性，显著降低了输配电线路的运行损耗。 系统优势在于实时性和智能性，可以实时自动改善电网中的谐波问题，并提供了良好的人机交互界面。 电气参数采集及谐波治理 项目背景 近几十年来，以计算机技术和功率半导体制造技术为基础和先导，开关器件功率处理能力和切换速度有了显著提高，配电网中各种变流器、变频调速装置、电子整流器等电力设备不断增加。随着电力电子装置的工业市场和应用领域的不断扩大，对国民经济的发展起到了很大的促进作用。 但是，由于电力电子装置是一种非线性时变拓扑负荷，具有冲击性、不平衡性的用电特性，由其造成的谐波污染也日趋严重。 项目背景 电力系统的谐波抑制问题已成为各方面关注的热点问题。谐波对电力系统的影响和危害同自然环境污染一样，已成为一种公害。谐波使公用电网中的设备产生附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，缩短使用寿命，甚至发生故障或烧毁。因此，供电企业如果要保证较好的供电质量必须采用有源滤波装置进行滤波，消除电网谐波的污染，治理电力系统污染，减少和消除电网的谐波危害，维护“绿色”的电网环境，已成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的重大课题。 项目简介 本项目基于施耐德电气的产品 搭建完整的电气参数采集及谐波治理系统 实现对电网电气参数的实时测量 通过控制补偿装置对电网谐波污染进行治理 项目目标 完成数据采集板卡的制作； 对各类主要谐波进行分析并进行抑制； 系统完成后可针对本科生及研究生开设电能质量分析类的教学实验，并能承担相关的科研项目。 主要工作 数据采集系统设计 基于LabView的电气参数分析及处理算法设计 基于有源电力滤波器（APF）的谐波抑制设计 硬件平台 本平台设计为3个开关柜：主控柜、APF柜、负载柜。 主控柜对整个系统的就地采集控制和远程控制。 APF柜对输配电线路当中的三大类非线性负荷进行谐波治理。 负载柜包括电阻调压电路、变频控制、感性负荷三部分。 数据采集系统 数据采集系统主要由电流互感器和电压互感器组成。 本平台测量的是高压系统，且要通过基于LabVIEW搭建的交互界面进行监测和分析，故而三相的电压和电流均要通过互感器进行适当变换，从而适于NI数据采集卡进行采集。同时也可以起到高压隔离的作用。 互感器芯片 1．全封闭，机械和耐环境性能好，电压隔离能力强，外形美观； 2．印刷线路板直接焊接安装； 3．小巧轻便，精度高，采样范围宽，应用灵活。 LabVIEW开发平台 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是NI公司于1986年推出的一种高效的图形化软件开发环境。 图形化的程序语言，基本上不写程序代码，而是采用流程图来实现数据采集和控制、数据分析和数据表达。 提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，从而大大提高工作效率。 基于LabView的交互界面设计 基于LabVIEW的交互界面需要实现对电压电流的有效值、电网频率、谐波等不同参数的同时测量。 在设计中我们采用模块化的方法，每一个功能模块完成相应的功能，最后通过整合，完成交互设计。 系统的功能模块主要包括:数据采集模块、频率测量模块、有效值测量模块、功率测量模块、谐波测量模块、数据存储模块等。 基于LabView的交互界面设计 有源电力滤波器（APF）设计 本平台采用 APF（有源电力滤波器）＋TSC（晶闸管投切电容器组）的结构对输配电线路当中的三大类非线性负荷进行动态无功补偿与谐波治理；其中 APF 部分采用电容器中点型三相四线制并联型有源电力滤波器装置，并通过无源滤波器