配电网三相不平衡负载的无功补偿技术研究

在低压220V配电网中,各类不平衡负载日益增多,导致配电网三相不平衡和线路末端电压跌落,已经不能满足用户对电能质量要求。无功补偿技术不仅可以对电网中的感性无功功率进行补偿,来提高电网的功率因数和降低电网损耗,而且能改善配电网三相不平衡负载,因此对配电网三相不平衡无功补偿技术的研究具有重要意义。本文分为两个部分,第一部分首先分析了三相不平衡无功补偿的基本原理和补偿方式,得到了配电网三相不平衡全电容无功补偿最终补偿模型；然后根据非线性约束和组合优化问题建立了以系统损耗为目标求取最优补偿容量的非线性约束方程。其次在Matlab/Simulink中搭建配电网三相不平衡负载的模型,电容器过零投切,根据仿真数据验证了全电容无功补偿理论的正确性。同时计算了全电容无功补偿前后系统可以节约的电能损耗,验证其节能性。最后,设计了全电容无功补偿装置的软硬件部分,采用运算速度高、实时性好的STM32F207芯片作为控制芯片,16位高精度A/D转换的ADS8556芯片。硬件电路包括采样电路、检测电路、控制电路和保护电路等,软件设计采用C语言编程,主要包含了主程序、中断子程序等。然后通过现场实验,验证了全电容无功补偿装置基本可以解决配电网三相不平衡问题。第二部分首先分析了有源电力滤波器APF的基本原理和控制策略,然后研究了SVPWM脉冲调制理论。其次在Matlab/Simulink中搭建基于SVPWM控制的APF模型,改进了传统的电流检测模块,使其应用到配电网三相不平衡无功补偿中。通过仿真分析可知,APF除了可以滤除电网谐波功能外,还可以通过无功补偿解决配电网三相不平衡问题。最后对有源滤波器的软硬件设计进行了概述,并与全电容无功补偿进行了对比。