柔性切换系统总体结构设计柔性切换系统切换电路设计逆变电源装置设计逆变电源主电路拓扑滤波器参数设计电压电流双闭环控制策略本章小结冲击电流分析阻性负载冲击电流分析阻感性负载冲击电流分析整流性负载冲击电流分析本章小结柔性切换系统实验平台的设计与实现柔性切换系统硬件设计主控电路设计驱动电路设计电路设计万方数据信号采样电路设计键盘显示电路设计柔性切换系统软件设计主程序设计采样中断设计电压过零点捕获中断设计切换程序设计实验结果本章小结总结与展望本课题研究总结展望参考文献万方数据图清单图人工切换瞬间负载电流变化图图不平衡三相电压向量图图三相不平衡坐标图图切换装置原理框图图系统结构示意图图负载切换电路图图改进的负载切换电路图图单相并网逆变器设计图图单极性控制方式波形图滤波器和滤波器伯德图图电压电流双闭环等效控制框图图电流环动态控制框图图简化后的系统控制框图图双闭环控制系统伯德图图阻性负载简化后的电源切换电路图图闭合后电路图图只有电源时闭合后电路图图只有电源时闭合后电路图图负载冲击电流系数及稳态电流与时间的关系图图电感冲击电流系数与时间的关系图图时闭合开关仿真结果图时闭合开关仿真结果图断开开关后电路图图阻感性负载简化后的电源切换电路图图闭合后电路图图只有电源时闭合后电路图图只有电源时闭合后电路图图负载冲击电流系数及稳态电流与时间的关系图图冲击电流项及稳态电流与时间的关系图图冲击电流项及稳态电流与时间的关系图万方数据图时闭合开关仿真结果图时闭合开关仿真结果图断开开关后电路图图整流性负载等效电路图图整流性负载电压电流波形图图基于处理器的主控电路设计图图驱续研究提供参考。通过实验项目，本课题需要研究的问题如下根据现有的三相不平衡问题，从负载侧着手，提出柔性切换装置的设计方案，包括总体结构设计和控制电路设计通过对设计方案的研究，进行理论分析，推导出各类负载在切换过程中冲击电流为零的时刻在理论分析的基础上，搭建实验装置，进行实验验证对实验结果进行总结，并进行后续展望。万方数据中国计量学院硕士学位论文三相不平衡分析三相不平衡基本概念三相不平衡根据电工理论，多相系统可分为对称系统和不对称系统。对称的相系统中各相电量大小相等，彼此的相位差均等于。多相系统有平衡多相系统和不平衡多相系统两种。功率瞬时值不随时间变化的称为平衡多相系统，而功率瞬时值与时间有关的称为不平衡多相系统。相数的对称系统定是平衡的，即的对称多相系统的功率瞬时值不随时间变化。如果多相系统中只是电压参数对称，其他参数不对称，则功率瞬时值与时间有关，并且脉动频率是角频率的两倍。三相不平衡可分为正常性和事故性两大类。因为正常性不平衡是难以避免的，所以允许正常性不平衡长期或在相当长段时间内存在。但是正常性不平衡也要控制在定范围内，若超过定范围，将会影响系统的安全运行。事故性不平衡由系统故障引起，是不允许的，般要采取措施切除故障元件后，再恢复系统运行。三相不平衡度是指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。三相电压不平衡度式中，分别是正序电压方均根值和负序电压方均根值。若将式中换为，则为相应的电流不平衡度的表达式。三相不平衡的国家标准电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为，短时不得超过。接于公共接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值万方数据中国计量学院硕士学位论文般为。三相不平衡度计算三相电量的不平衡度通常以负序分量与正序分量的百分比表示。任何组不对称的三相相量和都可以分解成三组对称的相量，即零序正序负序。而用图解法可以求出各序分量，如图所示。图不平衡三相电压向量图设对应的线电压为，则万方数据中国计量学院硕士学位论文将和代入式，得由此可见，要求出和，只需以为边，做等边三角形和即可。如图所示，，。在图中引入坐标，便可利用解析几何法推导出不含零序分量时的三相不平衡度。以边为横坐标，边的垂直平分线为纵坐标，做出如图所示的坐标图。图三相不平衡坐标图从图中可以看出向量三角形中各点的坐标为，，。图中为未知数，要确定它们的值，则需要两个算式。的面积为，万方数据中国计量学院硕士学位论文式中，将其代入式得故根据直角和直角得出和，将这两式相加整理后可得因为将式和式代入式和式中，简化后可得三相电压不平衡度的算式式中。工程上用来估计个不对称负荷在公共连接点上造成的不平衡度。式中负荷电流的负序分量万方数据中国计量学院硕士学位论文线电压公共连接点的短路容量。该式只能用于电气距离和发电厂或大的电机较远的场合。该场合中电机的阻抗只占联系阻抗的小部分，而阻抗中大部分为静止元件。三相不平衡的危害当系统处于三相不平衡运行时，负序分量会给供电系统和用户带来极大的危害，主要体现在以下几点增加线路的电能损耗三相四线制网络中，电流通过导线时产生的电能损耗与通过电流的平方成正比。单相负载的存在难免会造成三相负载不平衡。当三相负载不平衡运行时，便有电流流过中性线。这样不仅相线有电能损耗，中性线上也有损耗产生，从而导致电路的电能损耗增加。电流不平衡度越大，线路的电能损耗也越大。增加配电变压器的电能损耗变压器在三相负载不平衡情况下运行，会产生零序电流。该零序电流会作用在铁芯上产生零序磁通。零序磁通会在金属件中形成回路，引起磁滞和涡流。磁滞和涡流会使金属件温度升高，进而导致变压器运行温度升高，甚至会烧毁变压器。减少配电变压器出力配电变压器的绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，绕组性能基本致，各相额定容量相等。由于配电的最大允许出力受每相额定容量制约，当出现不平衡运行时，负载轻的相就会有富余容量，从而减小了配电出力，降低了配电的利用率。三相负载不平衡越大，配电出力减少就越多。降低电动机效率负序电压产生的旋转磁场对正序电压产生的旋转磁场起制动作用。当不平衡电压输入电动机后，正序磁场起主要作用，电动机仍按正序磁场方向转动，但受到负序磁场的制动作用，电动机输出功率必然会减少，从而降低电动机效率。三相不平衡运行还会导致电动机温升和无功损耗增加。影响用电设备的安全运行三相负载不平衡运行时，三相输出电流也不平衡，造成中性线上有电万方数据中国计量学院硕士学位论文流通过，导致中性点漂移，使各相相电压发生变化。这样就很容易造成电压高的相所带的用户用电设备被烧坏，而电压低的相所带的用户的用电设备可能无法正常使用。本章小结本章主要介绍了有关三相不平衡的概念，说明了三相不平衡度的计算方法，讨论了三相不平衡所带来的危害。这些危害让人们意识到，如果不把三相不平衡度控制在国家标准范围内，则供电系统和用户的利益便无法保证。万方数据中国计量学院硕士学位论文柔性切换系统的研究柔性切换系统设计方案柔性切换系统总体结构设计主控电路将电网电压和经滤波器滤波后的逆变器输出电压进行比较，根据比较结果来控制逆变器调整输出电压。当两者同步相位和幅值相同后便可进行负载的切换。切换控制电路也由电路控制。柔性切换装置的原理框图如图所示。图切换装置原理框图根据图所示的原理框图，设计了如图所示的系统总体结构示意图。图所示的结构示意图中，单相逆变电源滤波器切换控制器和采样电路组成切换装置。输入采样用于逆变电源跟踪原接入相的电压，使逆变电源输出与原接入相具有同频同相的电压输出采样用于闭环控制，使逆变电源输出电压幅值达到原接入相的大小。由于将切换的设备可能是三相中任意相，所以三相的输入电压都需要采样，中间采用信号开关进行切换。已知各设备的额定功率，系统控制器图中未画出实时监测三相的电压和电流大小，计算出每相的实际功率大小，便可以知道三相万方数据中国计量学院硕士学位论文中功率负荷最大相和功率负荷最小相，也可以知道三相功率相差多少。通过各设备已知的额定功率或实际功率，确定要切换哪几台设备。经过次切换后，重复上述计算步骤，再进行切换，直到三相不平衡度达到国家标准为止。图系统结构示意图单相逆变电源输出频率和幅值可调的单相电压。假设图所示的六个设备的额定功率相同，从图中可以看出相功率负荷最大，相功率负荷最小，因此要将第三设备从相切换到相。切换步骤如下所述开关处于闭合状态，第三设备由相供电。逆变器输出跟踪相电压。当逆变器电压的幅值与相位和相相同时，闭合开关。此时第三设备由相和逆变器同时供电断开开关，第三设备由逆变器单独供电。同时逆变器跟踪相电压。当逆变器电压的幅值与相位和相相同时，闭合开关。此时第三设备由相和逆变器同时供电断开开关，第三设备由相单独供电。经过上述步切换，次完整的柔性切换就完成了。万方数据硕士学位论文基于单相逆变电源的柔性切换系统的设计作者严虹导师蔡慧副教授学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于单相逆变电源的柔性切换系统的设计作者严虹导师蔡慧副教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向电力电子技术二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签