滤波补偿装置（精选7篇）
滤波补偿装置 篇1
摘要：通过分析, 比较了现代工业供配电中, 谐波背景下各种无功补偿装置的优点与缺陷, 着重介绍了最广泛使用的去谐滤波器补偿方案。
关键词：供配电,设计,滤波,补偿
在现代工业供配电系统中, 有大量的非线性负载, 如变频器、UPS、计算机、电弧炉、大型轧钢机、电力机车等, 都以开关电源的方式工作, 所以不可避免地会引起电网中电流、电压的波形产生畸变, 供电电网被谐波污染。因此, 随着配电系统中的谐波负载的持续增长, 谐波对电力系统和设备的危害越来越不能忽视。在设置电容补偿时, 必须对所在系统的谐波情况进行校核, 如有必要需加装滤波装置。
1 常见滤波器的分类
降低谐波最简单有效的方法是设置交流型滤波器。交流型滤波器的形式有“有源滤波器”和“无源滤波器”两种。
有源滤波器是从外部向供电系统注入与谐波电流大小相等, 相位相反的电流, 以抵消供电系统中非线性负载所产生的谐波电流的滤波装置。有源滤波器可以对变化的谐波实现迅速的动态跟随补偿, 并且补偿特性不会受到系统阻抗的影响, 可以有效解决电网谐波、闪变、功率因数低等电能质量问题。有源滤波器的结构比较复杂, 运行时能量损耗大, 设备一次性投入成本高;在消除原有谐波的同时又会向供电系统注入新的谐波。在某些谐波含量较高, 但系统功率因数相对较高, 负载变化较快的场合可以采用这种滤波器。
无源滤波器则是利用LC谐振的原理, 人为地设计一条串联谐振支路, 为主要次谐波提供极低阻抗的旁路通道, 使相应次数的谐波被分流而不能注入电网。无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点, 在现阶段广泛用于配电网中。电容器与电抗器可以采用不同的设计连接方式而达到滤除某些特定次数谐波的功能, 常见的无源滤波器有以下几种:
常用的滤波器主要有单调谐滤波器和高通滤波器。对于7次及以下次数的奇数次谐波采用单调谐滤波器, 而对于9次及以上次数的奇数次谐波多采用以11次为主的高通滤波器。
2 补偿方案的比较
2.1 单电容补偿方案 (无去谐电抗器)
该方案只能用于无谐波源的系统, 适用场合比较少, 但投资小。由于现代配电设计中很少遇到无谐波源的情况, 所以此方案不常用到。
2.2 去谐滤波器补偿方案
电抗率6% (或5.67%) ———针对工业项目 (5次以上谐波) ;电抗率14%———针对民用建筑项目 (3次以上谐波) ;去谐方案非常安全, 可以满足绝大多数项目的要求。
2.3 调谐滤波器补偿方案
考虑到安全性, 在不知道将来实际谐波的情况下, 此方案要慎重采用。
2.4 补偿 (单电容器或去谐滤波器方案) +有源滤波器方案由于成本原因, 很少采用。
3 去谐滤波器补偿的应用
对于电网系统而言, 包括变压器及负荷, 其主要显现感性特点, 而无功补偿装置则显容性特点, 如果忽略系统电阻特性, 便形成了LC震荡回路。因此, 在有谐波背景的系统中使用纯电容进行补偿, 将会在某一特定谐波频率下于系统和电容之间形成LC震荡回路。发生震荡的直接后果就是造成补偿电容击穿, 同时影响整个供电系统的稳定性。而串联于补偿回路的电抗器的根本作用就是打破LC震荡回路, 彻底消除谐振。由于电抗器的感抗随着频率的增加而增加, 而电容器的容抗随着频率的增加而减小, 因此, 在基波频率50/60Hz时, 设计串联电抗器的感抗小于电容器的容抗, 补偿回路显容性, 可以进行有效的无功功率补偿。而在谐波频率背景下, 设计电抗器的感抗大于电容器的容抗, 补偿系统显感性, 在消除谐振的同时也可滤除系统谐波。由于滤波补偿方案可靠性高, 大大提高了整个供电系统的稳定性, 适用性强, 所以在现代电气设计中经常采用此种方案。
3.1 并联电容器的选取
确定电容器的额定电压时, 不但要考虑供电网的电压水平, 还要考虑电容器在有谐波背景的供电网中工作时, 谐波电压降与电容器的基波电压相叠加, 电容器的实际工作电压将升高。当电容器和电抗器组成的滤波补偿电路接入电网时, 电容器两端的电压也将高于电网的电压。当供电网所需补偿的容量、补偿装置的投切方式和电容器组的分组方法等确定后, 还需要根据应用现场的实际情况对单台电容器的容量、外形尺寸、安装方式以及内部连接形式和浸渍剂种类进行选择。
3.2 串联电抗器的选取
在使用滤波补偿方案时, 应根据谐波源的具体情况确定消除或者抑制谐波的措施。配置电抗器的原则是能够消除主要次数的谐波, 同时还要保证其他次数谐波引起的电压升高, 在电容器能够承受的范围内。所采用的电抗器的电抗率和电感值这些主要参数要经过认真计算和修正后才可以确定, 并不是随意选取的数值都可以, 否则非但达不到预期消除或者抑制谐波的效果, 反而会带来更严重的危害———会在某一特定频率下产生谐振现象从而引起谐波电流幅值被放大。通常限制涌流时选取电抗率在0.1%~1%之间的电抗器;抑制谐波时选取电抗率在4.5%以上的电抗器, 准确的电抗率的计算是根据所需滤除谐波的次数得出的。
电抗器电抗率选择常用方法: (1) 当供电网中的3次谐波含量接近或者已超过标准限值时, 最好选用串联12%~13%的电抗器; (2) 当供电网中的5次谐波含量接近或者已超过标准限值时, 最好选用串联4.5%~6%的电抗器; (3) 当供电网中背景谐波主要成分为3次、5次, 且这两种谐波含量都比较大时, 最好将12%~13%和4.5%~6%的电抗器混和使用或者串联3%左右的电抗器; (4) 当供电网中背景谐波主要成分为3次、5次, 且这两种谐波含量都较小时, 可以忽略其影响, 不串联电抗器。
参考文献
[1]工业与民用配电设计手册-3版[M].北京:中国电力出版社, 2005.
[2]建筑电气设计要点及常见问题分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
滤波补偿装置 篇2
关键词：SVC原理,系统组成,配置性能,各项效益
1 概述
随着国民经济的发展和现代化技术的进步, 电力网络负荷急剧增大, 对电网无功功率的补偿指标要求与日俱增。一些大耗能用户的用电设备在不同的生产周期中, 会伴随大量无功快速随机的波动, 如轧机、电弧炉、矿井提升机等。这些大容量非线性冲击负荷的不断增加, 加上电力电子产品的普遍应用, 使得电力网络发生了电压波形畸变、电压波动及闪变、三相不平衡等问题, 导致了电能质量降低、网络损耗增加等不良影响。因此, 解决好电网的无功功率补偿和谐波滤除问题, 对于提高电能质量、安全运行、降低损耗、节能、充分利用电气设备的出力等具有重要的意义。传统的分组投切电容器组对这种快速变化的无功需求已经无法适应, 并且会因为谐波等因素导致寿命缩短甚至毁坏, 高压动态无功自动补偿成套装置 (Static Var Compensator, 以下简称SVC) 能够实时跟踪无功功率的变化, 提供动态且连续的无功补偿容量, 并滤除系统产生的各次谐波, 使系统功率因数始终保持在0.95以上, 为用户使用高质量的电能提供强有力的保障。下面就高压静止无功功率自动补偿装置的工作原理、SVC的组成、性能实现等作一介绍。
2 工作原理
在无功补偿装置并入电网系统进行补充时, 单独的TCR由于只能提供感性的无功功率, 因此往往与并联电容器配合使用。并联电容器后, 使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率, 因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。另外, 并联电容器串上小的调谐电抗器还可兼做滤波器, 以吸收TCR产生的谐波电流。通过控制与电抗器串联的反并联晶闸管的导通角, 既可以向系统输送感性无功电流, 又可以向系统输送容性无功电流。由于该补偿装置响应时间快 (小于半个周波) , 灵活性大, 而且可以连续调节无功输出, 所以目前在我国的输电系统和工业企业中应用最为广泛。
TCR+FC型SVC装置一次原理图如图1所示, 单相的TCR由2个反并联的晶闸管与电抗器串联而成, 而三相一般采用三角形接法。图1中, Qs为系统供给的无功功率;QL为负载无功功率, 它是随机变化的;QC为滤波器提供的容性无功功率, 是固定不变的;QR为TCR提供的感性无功, 它是可以调节的。根据电工学原理可以列下式:Qs=QL+QR-QC。
当负荷发生扰动变化时, SVC通过调节晶闸管的触发角从而调节TCR发出的感性无功, 使得QR总能弥补QL的变化。这样的电路并入到电网中相当于△Qs=△QL+△QR=0。这就是TCR+FC型静止无功补偿装置 (SVC) 对无功功率进行动态补偿的原理。
当TCR+FC电路仅需要补偿很小的容性无功功率QL时, 感性支路补偿的感性无功功率QC除吸收QL外, 还应抵消QS实际上在容性支路和感性支路中已流过的很大的电流, 只不过是与所提供的无功功率相互抵消罢了。当TCR+FC电路仅需要补偿很小的容性无功功率QS时, 也存在类似的情况。从上述分析可知, 如果QS为很大的感性无功功率, 那么, 感性支路必须有很强的补偿感性无功功率的能力。以上所述均为TCR+FC型SVC的不足之处。为了克服这些缺点, 可以采用图1所示的并入投切补偿电容器的方式, 每组补偿电容器的容量选得小一些, 根据所需要补偿的容性无功功率QC的大小, 通过开关将并联的补偿电容器分组投切, 控制系统调节感性无功功率QR满足补偿要求。开关可采用机械开关, 也可采用晶闸管电子开关, 采用机械开关的补偿电路称为TCR+MSC型SVC, 而采用晶闸管电子开关的补偿电路称为TCR+TSC型SVC, 它们统称为混合型SVC。
将此电路并联到电网上, 就相当于交流调压器电路接入电感性负载, 此电路的有效相移范围为90°～180°。当触发角α=90°时, 晶闸管全导通, 导通角δ=180°, 此时电抗器吸收的无功电流最大。根据导通角与补偿器等效导纳之间的关系式:
BL=BLmax (δ-sinδ) /π
其中BLmax=1/XL。可知, 增大导通角即可增大补偿器的等效导纳, 这样就会减小补偿电流中的基波分量, 所以通过调整触发角的大小就可以改变补偿器所吸收的无功分量, 达到调整无功功率的目的。
3 静止型高压动态无功补偿 (S VC) 装置的性能
静止型高压动态无功补偿装置 (SVC) 是一种能够为电力系统快速连续地提供容性和感性无功功率的电力电子装置。高压动态无功补偿装置 (SVC) 采用成熟、可靠、先进、实用的晶闸管控制电抗器和固定电容器组, 即TCR+FC的典型结构, 能准确迅速地自动跟踪电网或负荷的动态波动, 对变化的无功功率进行动态补偿。静止型高压动态无功补偿装置 (SVC) 控制响应时间小于10 ms, 实现功率因数补偿至0.95以上。静止型高压动态无功补偿装置 (SVC) 具有灵活的控制方式, 能进行连续、分相和近似线性的无功功率调节, 同时, 将固定电容器组FC做成多回路滤波器, 能够滤除电网中存在的谐波。
静止型高压动态无功补偿装置 (SVC) 可提供高质量、高可靠性的无功补偿及滤波的解决方案。静止型动态无功补偿装置 (SVC) 具体完成如下功能: (1) 滤除谐波; (2) 抑制负荷变化造成的电压波动与闪变; (3) 补偿负荷所需的无功, 提高功率因数, 优化电网的能量流动; (4) 平衡因负荷变化引起的三相电压不平衡; (5) 补偿有功、无功负荷的不平衡, 提高用户的经济效率。
4 静止型高压动态无功补偿 (S VC) 装置的配置级特点
4.1 全数字控制系统
屏式结构, 通过测量系统变量, 经过运算处理, 调节控制器的控制角, 产生相应的触发脉冲, 调节主电抗器的无功功率, 使功率因数维持在需要的水平, 使三相有功负载平衡, 使电网电压保持稳定。
4.2 晶闸管阀组
晶闸管阀组由串联的若干只晶闸管元件组成, 有足够的可靠性和裕度。晶闸管阀组采用相位触发控制方式, 用于控制主电抗器的电流, 实现动态无功功率的调节和补偿的目的。晶闸管阀组采用光电触发的方式。
每臂串联的晶闸管有2～3只冗余, 当冗余晶闸管损坏时, 设备可正常运行, 控制器发出报警信号, 可在设备检修期间查明原因, 进行更换。如果晶闸管损坏数量超过冗余数时, 发出报警信号的同时, 立即跳闸, 查明原因进行更换。
晶闸管每臂阀组都有相应的阻容吸收回路、均压回路、晶闸管换向过电压保护电路及晶闸管击穿保护。晶闸管触发角度:102°～165°, 触发角误差小于1电角度。
晶闸管的过载能力:1.3倍电流:300 s;1.5倍电流:60 s;2倍电流:10 s。
4.3 并联 (相控) 电抗器
并联电抗器为空芯结构, 自然冷却。为了避免晶闸管承受过高的短路应力, 将每相电抗器分为两部分, 当某一部分电抗器发生短路后, 晶闸管最大承受2倍的额定电流。通过调节器对反并联连接的晶闸管阀进行相应控制, 改变流过补偿电抗器的电流大小, 从而达到动态无功补偿的目的。
4.4 FC滤波回路
FC滤波器组是由电容器、电抗器和电阻等组成的滤波支路, 除了起滤波作用外, 还兼做无功补偿的作用。滤波电容器选用了金属全膜介质的滤波电容器, 具有较高的场强和稳定性, 并装有内放电电阻。滤波电抗器为空芯干式, 自然冷却。
在谐振频率下, XCn=XLn, 可对相应频次谐波表现为低阻抗, 从而有效地抑制了流向电网系统或其他负荷的谐波电流, 改善了系统的电能质量。
4.5 冷却系统
散热是电力电子设备安全、稳定运行所必不可缺少的因素, 只有电气元器件的散热条件好才能保证设备能正常、长期的运行, 因此, 电气元器件的散热十分重要。目前有热管自冷和水冷2种冷却方式。
4.6 实时监控系统
监控系统提供人机界面, 实时显示系统工作状态。监控仪可采用196KC多功能CPU板, 196KC具有丰富的指令系统, 不但运算速度快, 而且编程效率高, 尤其具有不受CPU干扰的高速输入和高速输出接口, 大大提高了检测速度。由于采用了当前流行的工业控制总线STD标准, 和以往数字电路的监控柜相比, 具有体积小、显示直观、操作简单、安装方便、抗干扰能力强等优点, 且具有标准的通讯接口, 可以和主控室的后台机通讯, 实行远方监控。
4.6.1 监控范围
(1) 六相高压阀上的晶闸管阻断能力; (2) 六相高压阀上高电位电子设备运行情况; (3) 六相高压阀上紧急触发BOD动作数; (4) 监控装置和触发装置直流电源的运行情况; (5) 六相高压阀上的晶闸管、高电位电子单元和触发监控柜光接收电子单元损坏位置; (6) 监控系统及光传输系统的自我检测。
4.7 后台监控系统及保护
4.7.1 后台监控系统主要功能
(1) 通过计算机终端画面显示SVC装置的工作状况, 显示的内容主要包括:主接线图、潮流图、继电保护配置图、设备参数;每个回路的开关状态/电压/电流/功率, 并对各监视量进行越限监视与告警;事故、报警监视、随机打印并自动显示事故画面;系统事件记录, 主要有开关状态变位、事故追忆、事故顺序、各种日报、月报记录等;
(2) 画面具体形式可由用户提出定制;
(3) 监控系统可以通过通讯接口与其他系统进行通讯。
4.7.2 保护功能
TCR过电压保护采用国际上先进的BOD器件, 它与其他电子器件一起构成晶闸管二次触发回路, 使晶闸管免受过电压冲击而损坏。当晶闸管的端电压超过某一指定值时, BOD立即触发晶闸管, 将高电压泄放到电抗器等设备上, 以避免对晶闸管产生破坏作用。动态均压采用RC电路, 可避免各阀端电压的不平衡。SVC除装有电流速断和过流保护外, 还设有以下保护:过电压保护、低电压保护、开口三角电压保护、不平衡电流保护等。
每相晶闸管阀组中任一只晶闸管击穿时, 即发出就地和远方报警信号。当任一晶闸管阀组中有2只以上的晶闸管击穿时, 即瞬时关闭晶闸管阀组, 同时联跳高压开关。
控制电源、直流电源和控制系统等出现异常时均能发出报警信号和联跳高压开关。控制系统具备自诊断功能及各种故障信号。
5 经济效益和社会效益
因功率因数稳定在较高的水平, 且电压也非常稳定, 谐波量大大减少, 所以设备的运行效率得到保证, 产品质量稳定。
由于不再有谐波的影响, 也不再有电压剧烈变动的干扰, 电网中其他设备的工作寿命也会比原先相应地延长。
由于功率因数的提高, 可以减少电网向负荷输送的无功功率。这样, 线路的损耗也会相应减少, 意味着由线路向空气中排放的热量减少, 这对保护环境是非常有利的。
由于对谐波、电压闪变的滤除和限制, 挂于电网上的设备谐波损耗会大大降低, 而闪变也不再存在。
6 结语
目前在工农业等方面电网系统无功补偿装置选型各有不同, 选型能否满足电网系统的无功补偿需求, 有无过投现象, 对电网有无引起震荡, 补偿效果是否满足要求等, 电力等管理部门一定要认真对待。随着社会的快速发展, 靠先前的人工投切, 已不能满足现代电网的无功补偿需求。掌握无功补偿现行发展的技术及发展水平, 是电网安全运行发展的迫切需要。
参考文献
[1]GB50052—1995 中华人民共和国供电系统设计规范第五章无功补偿
[2]GB50227—95 并联电容器装置设计规范
[3]DL5014—92 高压静止无功补偿装置
滤波补偿装置 篇3
江苏省冶金设计院正在为福建鑫海冶金有限公司设计的一条具有国内先进水平的高速线材生产线及配套辅助设施, 年产Φ5.5～16 mm光面线材和螺纹钢筋盘卷70万t。采用全连轧方式组织生产。其设计水平先进, 投资控制合理经济, 严格执行国家规范, 产品具有较强市场竞争力。
全厂轧机28架, 粗、中、预精轧机组共18架, 机架采用直流电机单独传动;19～28机架精轧机组由一台5 500 kW交流电机传动。分组配置整流变压器, 整流变压器接线组别分别采用D, d12、D, Y11, 组成等效的12相整流, 以降低10 kV母线上的谐波电流。
2电气设备容量
根据甲方及本院工艺及其他专业所提供的资料, 其中:
(a) 直流主传动设备约11 000 kW, 交流主传动设备5 500 kW;
(b) 直流辅传动设备约1 297 kW。加热炉入炉、出炉辊道和斯太尔摩风冷线运输机总容量约297 kW;
(c) 全厂直流及交流变频设备总容量约为17 694 kW;
(d) 全厂交流380 V用电设备总装机容量10 934 kW;
根据负荷计算, 10 kV I段母线有功功率15 084 kW, 无功功率7 306 kvar, 计算负荷为17 058 kVA.补偿后功率因数为0.92。补偿容量为9 516 kvar。
3无功补偿容量计算
I段母线主要负荷为:轧机、飞剪、碎断剪、吐丝机、托板提升、运卷小车、辊道等设备, 根据这些设备的工作特点, 无功补偿容量计算如下:
T1、T2、T3、T4变压器带有1#～18#轧机负荷, 这18台轧机负荷采用晶闸管直流调速控制系统。轧机负荷运行时无功功率冲击性强, 造成系统自然功率因数较低。根据工程经验, 为了达到良好补偿效果, 计算无功补偿容量时自然功率因数取0.6, 补偿后功率因数按0.92计算, 所需要补偿的容量为:
T1～T4整流变所带负荷总额定功率:∑Pe=11 000 kW
自然功率因数:cosφ1=0.6
补偿后:cosφ2=0.92
需要系数:KX=0.8
补偿容量:Q1=KX∑Pe (tanφ1-tanφ2) =0.8×11 000×0.938=8 255 kvar
T5变压器带19～28机架, 为三卷变压器, 二次采用DY和Dd双绕组输出, 负荷为一台5 500 kW轧机, 采用交直交变频调速系统。根据经验, 这种负荷在工作过程中, 功率因数较高, 应在0.9以上。计算无功补偿容量时自然功率因数取0.9, 补偿后功率因数按0.92计算, 所需要补偿的容量为:
T5整流变所带负荷总额定功率:∑Pe=5 500 kW
自然功率因数:cosφ1=0.9
补偿后:cosφ2=0.92
补偿容量:Q2=KX∑Pe (tanφ1-tanφ2) =5500×0.89=490 kvar
T6变压器所带负荷采用晶闸管直流调速和交-交变频两种控制方式, 其中飞剪、碎断剪、吐丝机、托板提升、运转小车负荷共1 297 kW, 采用晶闸管整流;入炉辊道、出炉辊道、风冷辊道负荷采用交交变频控制。T6变压器所带负荷数量多容量小, 系统补偿无功功率Q的计算过程就不一一列举了。根据公式计算,
补偿容量:Q3=KX∑Pe (tanφ1-tanφ2) =771 kvar
总补偿:QZ=Q1+Q2+Q3=9 516 kvar
4谐波电流计算分析
4.1T1变压器轧机谐波电流计算undefined
式中 Sn为轧机最大视在功率 (kVA) ;i为电动机过载倍数 (可取1.5、2.0或2.5) ;Ku为整流器电压计算系数 (可取1) ;Ki为整流器电流计算系数, 6脉动取0.816;12脉动取0.789;Pdn为电动机额定功率 (kW) ;ηd为电动机效率, 一般取0.93;ηt为整流器效率, 一般取0.95。
整流装置按12脉动考虑, 由上式可得
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对于整流装置而言, 符合n=kp±1 (n为谐波次数, k为正整数, p为脉动数) 的特征谐波, 其谐波电流大小为:undefined。
非特征谐波 (5、7) 电流大小取决于控制角、负荷及系统阻抗, In取undefined。
根据此原则计算的10 kV侧负荷谐波发生量如表1。
同理可计算出各个变压器谐波电流。
4.2总谐波电流计算
两个谐波源的同次谐波电流在一条线路上的同一相上叠加, 当相位角已知时, 总谐波电流In可按下式计算
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式中 In1为谐波源1的第n次谐波电流 (A) ;In2为谐波源2的第n次谐波电流 (A) ;θn为谐波源1和谐波源2的第n次谐波电流之间的相位角。
当两个谐波源的谐波电流间的相位角不确定时, 总谐波电流可按下式计算
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式中 系数Kn可按表2取值。
两个以上同次谐波电流叠加时, 首先将两个谐波电流叠加, 然后再与第三个谐波电流叠加, 以此类推。
总谐波电流计算值见表3。
根据国家标准限制GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》给出了基准容量为100 MVA, 10 kV公共连接点的各次谐波电流允许值, 以上I段母线负荷注入到10 kV侧PCC点的5、7、11、13次谐波均已超标。
5谐波滤波及无功功率补偿方案
本设计直流及交流变频设备总容量约为17 694 kW, 均采用变流装置供电, 在变流装置工作过程中将会产生大量的高次谐波电流, 使10 kV母线上电压总谐波畸变率和注入电网的谐波电流均超过国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》中所规定的限值和允许值。如不采取措施, 高次谐波电流会对电网产生公害, 危及电气设备的安全运行, 以致损坏变压器、电动机及电容器等。同时, 电压波形的畸变会造成变流装置调节系统紊乱, 甚至使生产不能正常进行。
因此, 本设计拟在10 kV I段母线上装设谐波滤波装置一套, 并同时作为无功功率补偿装置用。该装置投入使用后, 可使10 kV母线上电压总谐波畸变率和注入电网的谐波电流量低于国标所规定的限值及允许值, 并可将10 kV I段母线的功率因数提高到0.92以上。
为了稳定电压、改善功率因数、降低能耗, 必须对时变冲击性无功负荷进行动态无功补偿。目前, 国内采用的无功功率补偿装置投切开关元件, 普遍存在响应速度慢、触点经常烧损、工作不可靠等缺点。静止型动态无功功率补偿装置, 简称静止补偿器 (缩写为SVC) , 是一种可以控制的无功功率补偿装置。SVC与一般并联电容器补偿装置的区别是能够跟踪电网或负荷的波动无功, 进行随机性实时补偿, 从而维持电压稳定, 提高电网功率因数。
在实际应用中, 高压TCR型动态无功补偿装置通常并联电容器组, 即典型的晶闸管控制电抗器+固定电容器组 (TCR+FC) 型式, 如图1所示。采用该模式使得装置总的输出无功功率为TCR与并联电容器组无功功率抵消后的净无功功率, 因而可以将补偿装置的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。同时由于TCR采用相控原理, 在系统中除产生特征谐波外, 还会产生非特征的奇次、偶次谐波, 并联电容器组串联上电抗器还可兼作滤波器, 吸收TCR产生的谐波电流。
图1为部分并联滤波电容器可以分组投切的动态无功功率补偿装置, 它包括几组谐波滤波器及相控电抗器。高压TCR型动态无功功率补偿装置相控电抗器的接线形式大都采用三角形联结, 因为这种接线形式比其他形式线电流中谐波含量要小。另外, 实际工程中还常常将每一相的电抗分成如图2所示的两部分, 分别接在晶闸管阀组对的两端, 这样可以使晶闸管在电抗器损坏时能得到额外的保护。
根据计算得出的10 kV轧线Ⅰ段母线负荷数据, 谐波治理及无功补偿要求, 本方案设计采取加装高压TCR型SVC动态无功补偿及滤波装置的方案, 在滤波净化电网的同时进行功率因数调整, 以保证电气设备正常运行和系统可靠供电。
SVC主要元件选用国内外著名公司的产品, 晶闸管采用进口优质元件。保护系统完善, 使产品做到长期免维护运行, 降低了用户的运行费用, 提高了装置的可靠性。SVC可靠性高, 抗干扰能力强, 根据负荷变化, 自动跟踪补偿, 是国际上广泛应用的一种成熟的技术方式, 是治理本系统谐波和无功补偿的有效措施。
6结束语
滤波补偿装置 篇4
近年来萨北油田低压配电系统出现了较重的谐波污染。从2 0 0 7年测试结果看, 主要谐波源是各类泵用变频器。据统计, 变频器谐波电压总畸变率与变频器负载占变频器所在站点总负载比重有关, 变频器负载占总负载比重越大, 则被测变频器谐波电压总畸变率越大, 直至超标。变频器谐波电流基本以5、7次谐波为主, 5次谐波电流含有率一般在60%～80%之间, 7次谐波电流含有率一般在4 0%～5 5%之间。转油系统、污水系统谐波污染程度较轻, 部分谐波电压含量有超出国家标准值现象, 谐波电流含量均超出了国家标准值;配注系统谐波污染程度最重, 谐波电压、电流含量均出现了超出国家标准值的现象。
站用无功补偿装置投运时率低。油田站所一般采用动态无功补偿, 站内母线功率因数在0.83～0.99之间, 据统计, 47.2%补偿柜运行效果良好, 受补母线功率因数均达到0.9以上;11.6%的补偿柜补偿功率因数在0.83～0.89之间, 没有达到油公司及国家规范要求;4 1.2%的补偿柜因电压高或设备损坏已无法投运。目前无功补偿装置存在无法投运或投运后电容器被烧毁、分组投切开关损坏等问题, 致使低压配电网功率因数难以达到0.9以上, 分析原因如下:
(1) 通用型补偿电容器额定电压为4 0 0 V, 当系统电压高于4 0 0 V时, 电容器无法投运。金属自愈式电容器长时间投运在过高的电压下而被烧毁。电容器前端无限流电抗器, 电容器在投切的过程中产生的瞬时高压也会损毁电容器。
(2) 系统存在谐波。谐波电压叠加基波电压后, 往往大于4 3 0 V, 导致电容器烧毁。谐波在电容器上将被放大, 造成电容器长时间在过电压下运行。
(3) 电容器分组投切开关寿命主要受开关的机械寿命限制。投切开关虽然是过零投切法, 但这只是提高了电触头的电寿命, 而对于开关频繁投切动作, 其机械寿命仍无改善。
2 解决措施及技术方案
2.1 变频器谐波治理
变频器特征谐波以5、7、1 1、1 3次为主, 谐波电流含有率高, 电压畸变率大。变频设备固有功率因数很高, 理论值=0.9 5 5, 如采用L C无源滤波技术治理效果不佳, 易造成过补偿。L C无源滤波还有可能将谐波放大, 造成滤波装置过流跳闸不能投入, 即使能够投入运行其谐波滤除率也很低。有源滤波投资高、自身能耗大、运行不稳定。并且这两种方法是在谐波做功之后采取的补救性滤波方式。
目前, 大庆油田还没有一套较为成熟的谐波治理方案, 基于无源滤波和有源滤波在其他采油厂的实验结果, 我厂和相关单位合作, 提出利用磁场滤波的方式 (不含电容器) 来治理变频器引发谐波的设想, 即利用电场和磁场互相感应的原理, 通过减小或消除谐波磁通来达到消除谐波电流的目的。通过对磁路结构、绕阻接线及三相对称排列方式的研发设计, 得出了滤波新技术, 即磁场滤波技术, 并研制了品字型磁性滤波器。 (见图1)
磁场滤波技术是利用电磁转换原理和移相技术, 将谐波电能转换为磁能。谐波电流产生的磁场在磁性滤波器特殊品字型磁路结构中, 被分解为方向相反的磁通, 在铁芯磁路中相互抵消, 从而达到对电能谐波滤除的目的。
磁性滤波器是无源类产品, 本身耗能极低, 不存在电容器补偿, 不涉及过补问题, 可把谐波消除在没有做功之前, 属于预防式谐波治理方法, 同时提高功率因数、抑制浪涌和改善三相不平衡。
2.2 改变无功补偿装置运行方式
我厂站用低压配电系统采用集中就地补偿。补偿电容为三相同投同切, 接触器投切频繁, 易损坏, 又由于母线电压相对较高和三相不平衡, 造成电容器运行时率较低。基于磁性滤波原理, 我们对无功补偿装置运行方式进行了改造:取消电容补偿柜内的投切开关, 在电容器后端加装3台空芯限流电抗器, 构成一条容性支路;同时加装1台可控电抗器, 构成一条感性支路, 与容性支路并联。 (见图2)
(1) 通过控制程序实时调节可控电抗器电流来改变三相主线圈激磁电流和激磁电抗, 从而调节可控电抗器发出的感性电流。同时感性电流与多余的容性电流中和, 吸收过补容性电流。随着负荷的波动, 感性电流可以不断的改变, 吸收多余容性电流, 从而达到稳定功率因数的目的。
(2) 将3台限流电抗器的电抗率, 调整在系统特征谐波频率附近, 起到了限流和滤波双重作用。
3 治理效果
以北1 7-1注入站谐波治理和无功补偿改进运行为例, 本站共安装磁性滤波器5台, 无级补偿滤波装置1套。试验分两部分, 磁性滤波试验和无级补偿滤波试验。
3.1 磁性滤波试验
3.1.1 变频器配电回路试验测试
本站共有5台注入泵, 均采用变频器控制, 泵功率为4 5 k W, 变频器功率为4 5 k W, 开环手动调节, 变频器输出频率在0～4 5 H z之间, 磁性滤波器串联在变频器上侧。以3#泵为例, 测试时频率为3 9 H z, 磁性滤波器投入前后电能质量数据见表1所示:
3.1.2 低压母线侧测试结果
该站变压器额定容量为4 0 0 k V A, 短路阻抗5.9 6%, 带有5台4 5 k W的注入泵。5台磁性滤波器投入前后母线电能质量测试数据见表2所示:
3.1.3 取得的治理效果
(1) 原变频器配电回路电压总畸变率在5.7%左右, 母线电压总畸变率在5.4%左右, 均超出了国家标准规范。治理后, 变频器配电回路电压总畸变率降到2%以下, 母线电压总谐波畸变率降到2.2%左右。
(2) 变频器配电回路5次谐波滤除率在7 0%左右, 7次谐波滤除率在8 7%左右;母线5次谐波滤除率为5 4%, 7次谐波滤除率为6 5%。
(3) 变频器配电回路的功率因数由0.6 8提到了0.9以上;母线功率因数由0.85提高到了0.9以上。
(4) 电压波形有所改善, 电流波形由“双峰”趋近于正弦波。
(5) 变频器配电回路总有效电流值降低了2 5%, 母线总有效电流降低了6%, 三相电流不平衡度降低6 5%左右。
3.2 无级补偿滤波试验
17-1注入站低压母线电压较高, 达410V, 母线电压、电流畸变率较大, 导致无功补偿装置一直无法投运。本次试验将原无功补偿柜拆除, 将无级补偿滤波装置并联到低压母线上。补偿容量为6 0 k v a r。滤波补偿设备投入前后测得的母线电能质量数据见表3所示:
因该站5台注入泵变频同时应用了磁性滤波器, 安装无级补偿滤波装置后, 该站母线谐波含量得到了进一步滤除, 功率因数进一步被提高:
(1) 谐波电压含量在磁性滤波的基础上又被滤除了2 1.7%, 谐波电流又被滤除22.8%。
(2) 母线功率因数由0.91提高并稳定在0.98～0.989之间。
(3) 负载总有效电流值降低了5%, 进一步改善了电流波形的连续性, 消除了变频器开关元件周期断开所形成的电流为零的死区。
3.3 结论
(1) 磁性滤波器可以降低配电网由于变频器引发的谐波含有率。谐波污染越重滤除率越大, 同时改善了电压、电流波形。
(2) 磁性滤波器改善了配电网的三相不平衡, 降低了负载电流有效值, 提高了配电线路功率因数, 吸收了配电网中浪涌峰值, 降低了配电网的能耗。
(3) 磁性滤波器治理变频器产生的谐波有显著效果, 不仅适用于配注系统、转油系统, 同时还可用于机采井变频器的谐波治理, 6 k V高压线路的谐波治理。
(4) 无级补偿滤波装置更好地解决了常规无功补偿装置存在的问题, 提高了无功补偿装置的运行时率, 延长了电容器的使用寿命。
4 效益分析及推广前景
4.1 项目的创效情况
(1) 变压器铁损节省费用。
(2) 变压器铜损和线损节省费用。
(3) 功率因数提高带来无功损耗减少节省费用。
(4) 减少停产损失的产能收益。
(5) 设备维修费用:按变频器及泵每年维修一次计算。
(6) 延长设备使用寿命:治理后, 按变频器及所带的各类泵可延长使用寿命10年计算。
具体节能收益见表4。
4.2 项目的应用前景
变频器的广泛应用为我厂节能降耗做出了积极贡献, 同时带来的谐波问题也不容忽视。经试验证明, 磁性滤波器治理谐波效果显著, 在消除谐波、改善电压和电流波形的同时, 净化了配电系统电能质量, 提高了线路功率因数, 取得了节能降损的成效。本项目的实施在电机变频系统谐波治理、节能降耗方面开辟了新的途径, 有广泛推广应用的价值。
滤波补偿装置 篇5
关键词：煤矿供电,FC+SVG动态补偿,滤波装置
矿井主提升设备以及大型的空气压缩机、通风机、水泵、采煤机以及抽采装置等, 这些类型的设备单位功率均很大, 启动的次数多, 给供电的系统武功冲击的力度加大。在大型用电机器运作的过程中, 要耗费很多没用的功率建立和维系磁感电流对用电机器的供给。此外在煤矿井下供给配电的整个系统里有很多的感性负荷在里面, 这里的感性负荷需要耗费很多无功功率, 使供电的整个系统功率因数过低, 加大电路中电压的消耗以及电能的耗费。这时改变频率的机器以及能控制整体电流的装置来拖动应用在矿井升高机中, 运作的时候有很多高次谐波出现, 会危害整个供电系统中电能的质量。
1 煤矿的供电系统中应用FC+SVG动态补偿的可行性
淮南矿区几乎每一个矿井的供电系统都受到谐波影响, 许多矿曾经都发生过电压互感器烧坏, 电容器保险熔断, 乃至大型设备的电子监控系统出现故障而造成大面积停电事故的现象。几个专业的机构测试了谐波, 其中主要是5次、7次和11次。矿井在建设的时候设计安装的非动态FC, 非动态滤波的补偿装置, 是一种高通的滤波器, 它的组成是电容、阻尼电阻以及电感, 在技术方面是相对落后的, 没办法监控无功负荷的改变, 瞬间功率因数比较低, 供电的时候有很大损失和消耗, 对系统的经济和运行都产生很大影响。而且因为FC滤波旁边的电流无功率容量是相对比来说稳定的, 矿井升高机这些机械的负荷波动是很大的, 每一个矿都发生过过补偿的情况, 其原因就是大型机械设备停止运行, 导致投入5次滤波支路成为极限, 超过7次就无法使用。因此必须要综合性整治无功补偿以及谐波, 这一点毋庸置疑。有一个成本方面的问题需要考虑就是已安装的FC系统装置虽然在效果上是不好的, 但是成本低, SVG滤波补偿在效果上非常高效但是路线繁琐, 成本高, 在综合考虑之后, 对比经济性和可行性两方面, 应用FC和SVG的并联合用系统是最合适不过的, 既解决了无功补偿的问题和滤波的问题, 也在一定程度上节约了成本减少了资金的投入。
2 SVG动态补偿滤波装置在技术方面的先进性
SVG是依赖电力的一种电子设备, 它能够检测系统的谐波, 也可以产生和系统谐波振幅相同, 但具有不同方向相位的向量谐波, 这时系统的谐波就可以被抵消, 然后波形变成正弦。SVG不仅可以滤除谐波, 而且能够非静态的补偿无功功率, 再加上SVG有相当快的反应速度, 对谐波的滤除率能够超过95%, 相当细致的进行无功补偿。
SVG具有极高的可靠性, 在自身的运行方面。它对于所有阻止和抵抗的电网系统都是相适用的。谐振的现象不会出现, 在安全方面和可靠方面是绝对可以保证的。在SVG工作时, 不把IGBT的高频率开关所产生的高次谐波注入, SVG在补偿无功以及谐波的消除上会有更好的效果。补偿谐波的时候, 把与负载电流的基波无功分量反极性的成分加入到补偿电流的信号指令中去, 就能够达到使负担无功功率得到补偿的目的。此时, 负载的电流里谐波以及无功的成分和补偿的电流互相抵消掉了, 电源的电流相当于负载的电流中基础电波的有功分量。
补偿电流里面的谐波和无功这些电流的分量都能够运用SVG的控制系统经过指定的电流计算方式计算出来, 然后根据计算结果推出实际中补偿的电流, 补偿的电流和要接受补偿的谐波和无功等这些电流相抵消, 最后取得预期的电源中的电流, 从而达到滤除系统中谐波的目的。
经过了上述的分析表明, SVG拥有强大的技术支持和优势, 尤其应用上FC+SVG的补偿方案, 是SVG装置的容量大大减小, 使工程的成本和投资得到了最大程度上的减少, 而且SVG快速的运算速度也能够高效的解决滤除谐波以及无功补偿的问题, 能够实现对于实时补偿的各方面要求。
3 SVG在技术上的方案以及滤除谐波的补偿效果
以淮南矿业集团顾北煤矿的供电系统情况为例, 将他作为本次具体研究的对象, 将已有的FC系统和SVG装置进行最优化的结合, 准确算出无功补偿的容量以及谐波补偿的容量, 尤其是必须准确合理的计算出SVG容量, 解决各种高频率谐波带给矿区电网系统的危害, 增加系统功率因数。
最前沿的技术叫做拓扑结构和多电平PWM技术都应用在SVG装置中来进行递次谐波的抵消, 使电压和电流谐波产生畸形变异的概率低于0.03, 实现既不加大硬件的成本, 又达到了滤波的目的。应用可关的功率较大的电子器具组件组成自己更换的电路, 经过电抗器在电网上并联, 根据具体情况调节在电路的交流电一侧输出的电压幅度和相位, 或者直接对交流电一侧的电压电流进行控制, 这样就能够让这个电路把适合的无功电流进行吸收或者发射, 以此来实现动态的无功补偿。
4 FC+SVG动态补偿技术在应用时产生的综合效益
FC+SVG的使用给淮南电网带来了非常大的经济效益, 矿井的总功率因数在该技术实施稳定之后由87%提高到了97%, 在10000V的电压下, 侧电流能够大概减少200A, 从而使电能的损耗得到了一定的减少, 也使电费资金得到了节约。
成功应用FC+SVG技术, 使矿井每一个变电站的谐波问题得到了很好的解决。有效地让电压的波动不稳和瞬间变化这些问题受到了控制。5次和7次的谐波含量在实施项目之前每一个矿井中相对来说比较大, 造成了电力的设备损伤和生产过程中机器设备的损害, 实施FC+SVG装置之后就有效的滤除了谐波, 使电能的质量得到更好的保障, 保证了继电工作的正确性, 在电气机械设备的运行上也具备更高的可靠性以及安全性。
在矿井系统出现故障的时候, FC+SVG装置能够给予最及时最快速的判断, 从而开始武功调节功能, 震荡阻尼系统, 来行之有效的使线路中输电的容量变大, 让整个输电的系统稳定性得到提高, 高效的是受到负荷一侧的电压得到稳定的调节和维持, 确保了矿井中一些重要的部分能够得到既安全又稳妥的电能供给。
5 结束语
FC+SVG动态补偿滤波装置的应用, 有很快的响应速度, 很高的可靠性和安全性, 能够提高功率因数, 使供电系统稳定持续供电, 确保了全自动装置的动作准确性, 也保证了每一种电气机械设备的稳定安全运作。经过实际调查, 该技术应用在煤矿的供电系统中, 效果明显, 安全可靠, 经济运行;为矿井赢得了巨大的经济方面的利益以及安全方面的保障。该技术发展成熟之后能够被推广并且应用在其他相同类型的煤矿矿井中, 用以展现出更好的优势, 带来更大的社会经济安全效益。
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有源滤波器电流补偿控制策略 篇6
并联有源滤波器通过检测负载电流il的谐波含量得到补偿电流ic的指令信号ic*。然通过控制开关器件实现ic=ic*。其本质就是可控电流源, 而控制开关器件输出可控电流的方法就是本文提到的谐波电流补偿控制策略。
2 两种常见的谐波电流补偿控制策略
2.1 滞环比较电流控制
滞环比较电流控制方式把补偿电流的指令信号ic*与实际的补偿电流信号ic进行比较。两者的偏差作为滞环比较器的输入, 通过滞环比较器产生控制主电路中开关器件通断的PWM信号, 该PWM信号经驱动电路来控制开关器件的通断, 从而控制补偿电流ic的变化。如此开关器件反复通断, 迫使ic在ic*-H和ic*+H之间的范围内呈锯齿波状地跟随ic*变化,
2.2 三角波比较PWM电流控制
这种方式并不直接将指令信号ic*与三角波比较, 而是通过闭环来进行控制的。把补偿电流指令ic*和实际补偿电流ic进行比较, 求出偏差电流, 通过放大器A后得到调制波, 再把该调制波和高频三角波进行比较, 产生PWM波形, 作为功率开关器件的控制信号, 从而获得所需的补偿电流。
3 新的控制方法
通常的在三角波比较方式中三角波的峰峰值大于调制波的峰峰值的, 在新的控制方法中, 允许调制波的峰峰值超过三角波即过调制。这样通过过调制来实现开关器件长时间开通的情况;在输出电流较小的时候采用固定的三角波生成方式, 当需要快速提升电流或者快速降低电流的时候采用类似滞环比较的办法, 使开关器件长时间处于开通或者关断状态来提供最大的电流上升或下降速度;这样就能有效控制开关器件的开关频率, 对快速的电流变化的响应速度也有明显提升, 因为开关器件是一直开着的, 最大化的改变电流, 下面结合进行仿真进行验证;
4 仿真对比
在相同直流电压与电网电压以及负载的前提下, 为了说明问题, 采用了较大的串联电抗器。故意提高补偿后的电流的THD。三种控制方法的开关器件驱动信号, 输出电流与指令电流差的有效值, 负载电流经过补偿后的THD。
4.1 PWM波形 (如图1)
4.2 输出补偿电流与指令电流电流差 (ic-ic*) 的有效值对比
4.3 有源滤波器补偿后电流的THD对比
5 总结
从电流跟踪能力上看;滞环比较最好, 三角波比较最差, 三角波过调制居中。但是三角波过采样能够在控制开关频率的前提下提高大电流的补偿跟踪能力, 此方法的意义还在于:对于已经应用三角波比较生成PWM的产品来说, 只需要很小的改动就能得到输出波形跟踪能力的提升, 提高有源滤波器的性能。
摘要：分析了两种主流补偿电流跟踪控制技术 (固定环宽的滞环比较电流控制和三角波比较PWM电流控制) 的原理, 提出了一种三角波过调制的电流跟踪控制新方法, 该方法能够有效控制开关频率, 提高了大电流的跟踪能力, 减小系统的跟踪误差。采用PSIM软件, 搭建器件模型进行了仿真实验, 并对其开关信号和跟踪误差的结果进行了分析比较, 理论分析和仿真实验结果表明了所提出的新的补偿电流跟踪控制方法的可行性和有效性。
关键词：有源电力滤波器,补偿电流,三角波滞环控制
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滤波补偿装置 篇7
1 有源滤波器谐波补偿策略
谐波补偿就是通过APF向电网注入一定的电流, 通常用非线性负载连接到公共连接点 (PCC) 进行补偿。根据负载电流来控制APF的示意流程, 如图1所示。
源电流Is可以看做是基波电流I1和谐波电流Ih的叠加, 即
其中Ih是各次谐波电流之和:
由SAPF发出与Ih大小相等, 方向相反的补偿电流。
1.1 基于负载电流补偿
在传统的控制策略中, APF的参考电流IL, h取自负载电流IL (图1 (a) ) 。因为负载电流IL和谐波电流IL, h在补偿前并不变化, 所以测量出的谐波电流在这种控制策略中可看做是前馈控制, IF是输出的补偿电流。传统APF控制策略如图2所示。
当只考虑谐波电流补偿时, 滤波器的参考电流为
1.2 基于源电流补偿
当考虑补偿效果时, 传统的APF控制策略还可以通过检测源电流IS来补偿谐波。从IS中提取出的谐波电流IS, h和谐波电流控制器位于这个反馈回路中, 将被检测出的谐波参考值设置为0, 从而输出与谐波大小相等方向相反的补偿值, 如图1 (b) 所示。
1.3 基于电压补偿
补偿方法可以通过采集电压作为参考信号。从电压中提取出的谐波电压作为谐波控制器的输入信号, 谐波控制器依据所选择的谐波电压来产生滤波器的参考电流IF*, 如图1 (c) 所示。
由于滤波器参考电流从谐波电压中获取, 就不再需要电网电流的信息, 只需考虑电网电压即可。在这种方法中, 滤波器的参考电流IF*为
或更精确的表达为
这是考虑补偿全部谐波时的情况。将每一个频率的谐波电压V*hn的参考值设置为0。这种补偿策略与之前所介绍的方法本质不同。因为它实现控制采集的是电压信号而不是电流信号。这种补偿方式的控制策略如图3所示, 包含以下环节:
1) 谐波检测。多重复系数滤波器来检测谐波, 正序和负序的基波和谐波被解耦, 正序的基波被用来确定频率和相位。
2) 谐波控制器。在谐波控制器内, 通过静止坐标系下的广义积分器 (SGI) 将各次谐波分离。
3) 锁相环。通过一种通用的同步旋转坐标系下的锁相环技术 (SRF-PLL) 来确定频率[10]。
2 基于电压补偿的控制策略
2.1 多重复系数谐波检测器
文献[11]提出了一种频率同期方法, 这种方法通过基于多重复系数一阶带通滤波状态估计器来实现, 如图4 (a) 中所示, 它通过使用静止坐标系下的克拉克变换形成一个正交的两相α-β系统, 可以实现复系数滤波器的应用, 如图4 (b) 所示。
多重复系数滤波的主要优势是各次谐波通过带通滤波器时不会使滤波器信号产生相移。复系数滤波器的传递函数和输入信号分别为HBPk±和U±αβk, Input, 其中k代表频率的次数。带通滤波器输出的各频率信号为
其中
2.2 静止坐标系下的广义积分器 (SGI)
谐波控制器由各次谐波对应的PI控制器组成。为使控制器适应各自的频率, 将它设计成带通特性。控制器针对k次谐波的传递函数为
静止坐标系下的广义积分器如图5所示, 各次谐波的控制器参数设置如表1所示。
谐波控制器处理各自的谐波电压, 同时产生一个基于该频次谐波的参考电流。当采用整体性谐波补偿时, 滤波器的参考电流等于所有单次谐波参考电流的和。所以补偿器的参考电流IF*为
式中:Kp和Ki为比例和积分增益系数, Uh, x为所选择的谐波电压。
2.3 结合多重复系数滤波和SGI技术的优点
当电网处于暂态时, 准确检测出基波电压和谐波电压对于实现控制器补偿电流的控制非常重要。基于SRF-PLL技术为多重复系数谐波检测器提供了一种简单高效的方法, 当电网处于故障状态时, 可以准确地检测出基波电压和谐波电压的幅值和相角。基于派克变换的SRF-PLL技术减少了计算量, 复数滤波器需要的谐波和不平衡提取量取自克拉克变换, 减少了完成计算所需的数据量。
将耦合的各次谐波分离, 使其独立地通过谐波积分器, 提供基于电压的谐波补偿值。由于复系数谐波检测器在克拉克坐标下计算谐波电压, 因此SGI控制器的计算量变得非常少。
2.4 多重复系数滤波器模拟测试环境
使用一个简化的低压电网作为测试对象, 测试系统的构成如图6所示。
用户负载接入母线1和母线3, 同时快速充电设备接入于母线上, 产生谐波电流。测试系统的参数如表2所示。
本文提出的多重复系数滤波器并联接到母线2可验证所提出的谐波补偿策略的补偿效果。
3 仿真实验及结果分析
测试系统用MATLAB Simulink里Sim Power Systems Toolbox来实现, 使用一个理想化的电流源来模拟SAPF变流器提供补偿值, 选择具有多种参数的负载来产生较强的谐波电压。
为了确定补偿器的补偿效果, 在有补偿和无补偿两种条件下检测电网电压中的谐波含有率THDu。补偿前后的谐波含量对比值如表3所示, 连接补偿器时的电网电流和补偿器的补偿电流如图7所示。
%
从图7可以看出, 当补偿器电流增加时, 电网谐波电流明显减少。
多重复系数滤波器分离谐波的结果如图8所示。
从图8可以看出, 通过多重复系数滤波器检测技术的应用, 可以实现基波电压和谐波电压的分离, 同时也可以检测出各单次谐波。
测量点的谐波含量如图9所示。
由图9可见, 补偿器连接点母线2处的谐波几乎被完全补偿, 同时通过提供母线3和母线1上的谐波含量补偿前后的值, 可以看到这种补偿策略能够有效地降低谐波电压。
4 结语
本文提出了一种基于电压的选择性谐波补偿控制策略, 通过多重复系数滤波器和广义PI控制器来实现。多重复系数滤波器可以从失真条件下准确且快速地提取出频率和相位的信息, 同时给谐波控制器提供分离的参考信号。而且广义PI控制器应用于静止的α-β坐标系, 减少了计算量。仿真结果表明, 这种控制策略能够显著地降低电网中的THDu, 同时被选择的各次谐波也得到了很好的补偿。
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