配电网电能质量监测系统的研制及其实验研究
作者单位：重庆大学
学位级别：硕士
导师姓名：熊兰
授予年度：2020年
学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学]
摘 要：随着新能源并网技术的成熟,电力系统规模和复杂程度的不断提高,电能质量方面的问题越来越突出,对配电网造成了潜在的安全隐患。与此同时,作为非线性负荷的电动汽车大量地入网充电,可能导致配电网谐波的污染程度增大,并影响到汽车的充电效率。只有对电能质量问题进行有效地监测和数据分析,才能清楚地认识到这些问题产生的原因,并及时地采取有效措施,可对电网环境做相应的改善。论文完成了配电网电能质量监测系统的研制。针对当前关键词为“电能质量&Lab VIEW&论文中所存在的框架无扩展性、模块无通用性与复用性、分析功能较为单一、界面不够友好等问题。本文分别从单线程和多线程框架的角度突破,配合多态型功能模块的应用,分别实现了用户操作、离线测试和在线测试等实用功能。并且,实现了以采集卡为核心的周边硬件电路设计,完成对现场数据高效、准确的采集与分析。本文主要做了如下研究工作:首先,完成配电网电能质量监测系统的研制,分为硬件采集功能和软件指标测试功能。硬件电路方面,电压部分采用串联分压和并联稳压结构;电流部分采用电流互感器输出小电流信号,经过负载回路转换为电压信号,RC低通滤波后,以差分输入形式连接AD620芯片,可提高分辨率并降低噪声,得到符合采集卡量程的电压信号,完成数据采集任务。软件构造从框架、模块和功能三个角度来实现。框架设计使用单线程状态机框架和改进多线程消息队列框架。模块设计秉承着高通用性和复用性的理念,分别采用多态结构、选板设计,并完善相关技术文档。通过波形发生器和采集卡的配合,采集并验证各模块的准确性,并符合电能质量监测设备通用的要求。功能设计是根据需求实现用户操作、离线测试和在线测试三大类功能,并在每个大类中完成了多项个性化功能的设定,表现出框架对于功能扩展的重要性和必要性。在软件的整体界面部分,各电能质量功能指标模块都单独设计图标,操作界面的功能分类层次有序,图表显示内容丰富。通过离线测试和在线测试,证明了各指标功能模块运行正常,分析数据准确、快速。然后,将此电能质量监测系统开展离线测试和线测试。离线测试中,对某电动汽车充电站的录波数据进行转化与分析。在转换为数据库文件后,实现了数据的连续转换与读取使用。并对《电动汽车充换电设施电能质量技术要求》的三项主要指标,即THD、电压偏差和三相电压不平衡度做出分析,评价充电前后对配电网影响程度。结果显示,单台电动汽车在充电中各指标相对充电前都有不同程度的波动:三相不平衡度约4%,电压偏差约5%,THD约18%,证明了电动汽车在重载充电时,会对配电网的电能质量有部分的影响。在线测试中,对某汽车配件加工厂的配电柜采集数据,并记录与分析,实现了硬件和软件之间协调运行。并且,对国家标准中五项稳态指标和多项暂态指标做出测试分析。数据表明,除了A相功率因数短时偏低,其余指标均满足国标要求。自研的电能质量监测样机基本满足了电能质量多指标检测的性能需求。本文对于自制配电网电能质量监测软件和装置,对Lab VIEW软件的功能拓展具有一定的实用意义和参考价值。
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