电网电压波动

电网电压波动（精选7篇）

电网电压波动 篇1

当电网出现故障时, 可能导致风力发电机供电电压的骤降, 从而触发其最低电压保护装置动作, 使发电机从电网上解列。如果并网的风力发电机组比较多, 这种大量跳闸就会影响电力系统的稳定性。大量风电机组的并网, 将给电力系统带来许多问题, 比如发电调度、负载和频率的控制、无功功率和电压的控制以及电力系统稳定性等。因此, 这个问题是限制风力发电机组并网和实现其有效地发电的关键;而发电机的响应性能便成为保护装置的设计基础。

1 各国电网的要求

在当今世界各国实施的电网规程中, 对于风力发电机电压骤降 (跌落) 穿越能力的要求是不同的。各国电网规程中对于电压骤降响应要求的“电压——时间”曲线如图所示。各国电网规程对于电压骤降要求的电压、时间和功率因数见表1。

各国的电网规程对于电压骤降的要求主要分为两种, 即:矩形电压骤降和多边形电压骤降。 (1) 矩形电压骤降——英国、爱尔兰、法国和意大利实施这种要求 (但是英国和爱尔兰的电网也有要求多边形电压骤降的) 。它的电压恢复比较快, 其曲线呈现陡坡。 (2) 多边形电压骤降——德国、北欧各国、西班牙和美国实施这种要求。它的电压恢复是平稳的。各国对于发电机和升压变压器高压端都有无功能力的要求。对于发电机承受电压骤降的能力方面, 最苛刻的运行工况要求是在比较低的超前功率因数下发出额定有功功率。此时的比较低的超前功率因数范围为:0.9~0.95 (发电机终端) 和0.95~0.989 (升压变压器高压端) 。

注:1----英法意等国单边形 (矩形) 跌落;2—-北欧的多边形跌落;3---德国的多边形跌落;4---美国加拿大的多边形跌落的矩形跌落;

2 电压骤降的响应

2.1 笼型感应发电机

当电网电压骤降时, 会导致这种发电机电磁转矩下降, 并引起转子加速。当电压骤降结束时, 转子可能减速回到原来的转差率, 也可能继续加速, 直至超速保护装置使机组跳闸。在发电机处于减速的稳定状态下, 或在使机组跳闸的不稳定状态下, 都需要比较高的电流。因此, 这种发电机很难满足电网对于电压骤降抵抗能力的要求, 因为发电机的转动惯量愈大, 抵抗能力越强, 而这种发电机的转动惯量通常很小。它只能用于局部的小型区域性电网。电压骤降时, 这种笼型感应发电机最终是回到最初运行点, 还是失去稳定性, 取决于电压骤降的持续时间。在出现故障和减速过程中, 发电机消耗无功电流, 而这个无功电流却受到瞬态电抗和等效外部电抗的限制。

2.2 双馈感应发电机

由于实现了变频调速, 可以使风力机运行在最大效率工作点处, 这是双馈感应发电机的最大优点。此外, 它在靠近电网一侧的定子变频器还具有向电网持续提供无功功率补偿的能力。

(注:1——法国规定外部电抗为0.54 p.u., 其它国家均无此规定。2——加拿大和墨西哥的规定与美国相同。3——中国采用美国I EEE的规定。)

s

转子变频器与定子变频器之间通过直流环节的电容耦合在一起。转子变频器用来控制转速、转矩或转子无功功率。转子电流的d轴分量是励磁电流, 可以控制发电机的无功功率;转子电流的q轴分量是转矩电流, 可以控制电磁转矩。

靠近电网一侧的定子变频器可以控制机组的无功功率和电容器电压。定子变频器电流的d轴分量决定了定子变频器的有功功率, 并能控制电容器电压;定子变频器电流的q轴分量决定了由定子变频器提供的无功功率。

双馈式发电机对于电压骤降的响应能力, 主要受到直流环节的过电压和转子变频器的过电流的限制。它与笼型发电机的区别在于:笼型发电机不但在电压骤降时消耗无功功率, 在减速过程中也同样消耗。而双馈发电机却在电压骤降时只消耗无功功率。在电压骤降时, 可以在转子中串联电阻来减小直流环节的过电压和转子变频器的电流。

2.3 多极同步发电机

这种多极同步发电机的最大优点是取消了机组的齿轮箱。由于它配备了变频调速的电压源型电力电子变频器, 可以使风力机始终运行在最佳效率的工作点上。它的控制系统类似于双馈式感应发电机。但是它没有转子变频器, 却在电网一侧增设了一个变频器, 并与原有的定子变频器之间也是通过电容耦合成为直流工作环节。与感应发电机不同, 这种多极同步发电机在电压骤降时并不吸收无功功率, 而是通过连接到直流环节的过电压保护装置消耗有功功率来降低过电压, 而这个有功功率是由风力机提供的, 而不是由电网一侧的变频器提供。因为受到电网一侧电流的限制。

靠近电网一侧的变频器具有持续提供无功功率补偿的能力, 可以控制机组的无功功率和电容器电压。

靠近发电机一侧的电压源型脉宽调制式定子变频器, 则能向发电机提供频率可调 (变频调速) 的三相电压系统。这个定子变频器可以用来控制转矩和转速。定子变频器电流的d轴分量决定了有功功率, 可以用来控制电容器电压;其q轴分量为转矩电流, 决定了由定子变频器提供的无功功率, 以用来控制电磁转矩。

这种多极同步发电机在电压骤降时并不吸收无功功率。电压骤降时它的穿越能力受到直流环节过电压的限制。因为, 即使在瞬态过电压情况下也不允许直流环节过电压的任何变化。但是, 装设过电压保护装置可以降低直流环节的过电压。

有关同步发电机对电网规程要求做出响应的灵敏度方面的研究结果表明, 具有比较低的升压变压器电抗值和比较高的同步发电机短路比值的风力发电机, 就能保证满足电网规程的要求。各种风力发电机电压骤降的响应性能见表2;发电机电压骤降穿越能力受到的限制和解决办法见表3。

3 改进励磁系统

3.1 新的要求

随着电力工业的跨越式发展, 发电机和电网容量不断增大, 电网结构更加复杂。由于发电机和电力系统非线性因素的影响、运行方式和网络参数的变化, 都对发电机励磁控制系统的运行性能和功能参数, 提出了更高的要求。

有关电压骤降穿越能力的要求, 在电网规程中引用的国际标准IEC和美国标准IEEE的基础上, 最近又增加了新的要求, 即隐极转子发电机应该能够在额定功率因数下连续输出额定功率, 频率还要保持在+3%~5%范围内。此外, 还要求:当发电机升压变压器的高压端电压发生瞬态变化时, 发电机应仍保持与电网的连接。如果发电机失去同步, 就可能引起跳闸。

3.2 电力系统稳定器

为了保证电力系统的安全稳定运行, 国内各电网的调度管理部门决定对其电网进行完善并采取安全稳定运行方面的保护措施, 其中包括向电网中投运PSS (电力系统稳定器) 。采用这项措施的有效性已被当今世界各大电网所证实。由于它是基于人工智能型的高科技, 所以至今为止, 它也是保护电力系统安全稳定性最先进的手段。但是, 这种保护系统要求首先向它输入发电机励磁控制系统详细而又准确的性能、参数, 必须提供在励磁控制系统设计阶段所采用的现代化数学模型, 以便超前掌握发电机输出电压等参数的变化趋向。

采用经过改进和优化的励磁控制系统, 就可以提高发电机电压骤降的穿越能力, 满足电网的要求。哈电机公司原有的微机励磁控制系统具有较高的稳定性, 只是调节速度稍微慢了。经过优化改进了的发电机励磁控制系统的性能参数等, 都通过了国家电网按照美国标准进行的测试, 达到了世界先进水平。

3.3 静止励磁系统

为了提高发电机的运行稳定性, 满足电网规程的要求, 发电机应当采用由电网母线馈电的静止励磁系统, 并在励磁绕组上连接一个辅助的直流电压源。静止励磁系统本身就具有快速响应性能, 其电压调节的响应时间≤0.08s。它的优点是不需要采用交流励磁机。为了满足各大电网用户的要求, 还开发应用了具有快速起始响应功能的交流励磁机励磁控制系统, 它的电压调节响应时间甚至接近于静止励磁系统。

3.4 国家验收

仿真测试——首先利用厂内实验站的励磁仿真装置对新的励磁软件进行了大量的仿真测试, 加深了对新的数学模型参数设置的理解, 同时对软件进行了大量的改进, 使其功能更加完善。

入网测试——顺利地通过了在国家电网指定的华北电力科研院实验室进行的励磁系统入网资格测试。

4 结束语

不管是哪个国家, 电力系统对于入网电力的质量要求都是一样的, 其中包括水电、火电、核电和风电等。风电是一种新能源, 而且数量庞大, 必须妥善解决并网瓶颈问题。哈电在开发应用能够满足国家电网按照美国I EEE标准要求的具有快速响应性能的励磁控制系统方面, 取得了一些经验, 值得参考。

摘要：风力发电机并网瓶颈问题, 至今并未完全解决。为了满足各国电力规程的要求, 通过模拟仿真实验研究, 指出了各种风力发电机电压骤降的承受能力, 限制这种能力提高的因素以及解决办法。电力规程对于各种发电机 (其中包括水电、火电、核电和风电等) 发出电力的质量要求是一视同仁的。风电也必须采取措施满足电网关于电压骤降穿越能力方面的“电压—时间”特性曲线要求。

关键词：风力发电机,穿越能力

电弧炉供电电压波动的抑制方案 篇2

电弧炉是电力系统中一个典型的冲击性负荷, 它的运行对电网的电能质量产生着严重的干扰。有必要采用各种手段减轻电弧炉对电网的影响。

电弧炉的工作过程可以分为熔化期、氧化期和还原期三个过程, 前两个过程对电网的影响最大。电弧炉对电网的影响主要有:

1) 电弧弧长的不规则变化导致无功与有功功率的急剧波动, 使电网产生明显的电压波动和闪变。

2) 电弧电阻的非线性和瞬变性使电网电压和电流产生高次谐波。

3) 熔化期电极频繁短路和开路, 电网电压产生严重的负序分量, 使供电系统出现严重的三相不平衡。

主要的解决途径有以下几点:

工艺流程, 优化电弧炉设计参数;供电设备;无功补偿装置。效果最明显的解决方案。目前电弧炉的无功补偿设备主要是SVC和DSTATCOM。SVC出现较早, 应用成熟, 而DSTATCOM技术先进, 比SVC补偿功能更优, 效果更好, 具有广阔的发展前景。

2 电弧炉的运行特性分析

电弧炉供电系统单线图见图1, 由于电弧伏安曲线的非线性, 会引起谐波电流, 给计算分析工作带来一定的困难。为使计算分析方便, 以下均忽略了谐波对计算方法的影响。

XS为电弧炉连接点至系统的等值阻抗;XF包括:炉变前置电抗器、炉变、短网的电抗;RF为电弧炉的等值电阻, 它作随机变动;ES为电源电势;U为电弧炉端点的电压。

式中IR、IX分别为负载电流的有功和无功分量。

由于, 所以, 则有:

即得:, 经过变换有:

上式的轨迹为一半圆, 其圆心为点, 半径为, 可作电弧炉的电流圆图, 见图2。

由图2可以看出, 当电炉运行在A点时, 有功电流最大为, 此时有最大的有功功率, 功率因数cosϕ=0.707。此时电炉的运行功率因数较低。一般正常运行在C点。

当电炉运行至B点时, 电极通过钢水发生短路, 如果忽略电阻的影响, 此时电炉有最大的无功电流, 并有最大的无功功率。

如果电弧炉正常运行于A点, 那么此时的无功电流冲击量为, 无功功率冲击量为。

由此可知, 若电弧炉正常运行于某点, 则该点处的无功电流冲击量为电极短路时的最大无功电流减去该点处的无功电流分量, 该点处的无功功率冲击量为电极短路时的最大无功功率减去该点处的无功功率。

3 抑制电压波动方法

DSTATCOM为配电网静止同步补偿器, 其本质上是一种基于全控型大功率换流器技术的电压源逆变器 (VSC, Voltage Source Converter) 。在实际工程中, 可以采取多种措施消除其输出电压中的谐波分量, 此时可将它简单视为一个幅值、相位和频率均可任意调节的三相正弦交流电源。DSTATCOM通过联络电抗器或升压变压器与配电网连接, 为便于分析, 假设DSTATCOM通过纯电感与配网系统连接, 见图3。其典型工况可描述如下:

当Us>U时, 电流由DSTATCOM经电抗器或变压器漏抗流向配电网, DSTATCOM向配电网注入感性无功功率, 相当于同步调相机处于过励磁运行状态。

当Us

当Us=U时, DSTATCOM与配电网之间不存在无功功率交换, 相当于同步调相机处于停运状态。

电网中电压波动 (Δu) 的原因主要是系统中无功功率的变化。可将电网中电压波动表示为:

(1)

式中: SDR为供电系统的短路容量。ΔQ为电网提供的总的无功功率的变化量。

电弧炉在供电系统中时, ΔQ是电弧炉负荷引起的电网中无功功率波动值。由于DSTATCOM能够平滑、连续、双向地调节无功输出, 并且响应速度不超过10ms, 相对于SVC优势明显。图4是电弧炉供电系统DSTATCOM装置原理图。

图4的工作原理是:将电弧炉随时变化的无功功率信号 (即电弧炉向电网注入的无功电流) 检出, 用来控制DSTATCOM输出的无功功率, 使DSTATCOM输出的无功功率QSTATCOM全部用来补偿电弧炉消耗的无功功率QF, 即:

QF=QSTATCOM (2)

设供电电网向电弧炉电气系统提供的总的无功功率为QΣ, 则由系统的无功功率平衡可知:

QΣ+QSTATCOM=QF (3)

由此可知, 总的无功功率将维持不变, 并且趋近于零, 即:

QΣ=QF-QSTATCOM≈0 (4)

因此电网的无功波动值ΔQ趋近于零, 则电网的电压波动也趋近于0, 即可维持电网电压的稳定, 抑制电压波动。

4 结论

利用DSTATCOM对电弧炉进行动态无功补偿, 可以使电弧炉回路构成柔性供电系统, 既抑制电网电压波动, 使接于同一电网的其他用电设备获得良好的供电质量, 又能对炼钢过程起到稳压作用, 提高电弧炉变压器的利用率, 使熔化功率提高。同时, DSTATCOM相对于SVC在无功特性、响应速度、体积等方面具有诸多优势, 并且随着电力电子技术的发展, 高压大容量可关断功率器件的价格呈下降趋势。DSTACOM的应用会更加普遍。

参考文献

[1]苏良德.大容量电弧炉对电网干扰的抑制方法研究[J].电网技术, 2001 (9) :64-66.

[2]翁利民.超高功率电弧炉对电网不利影响的抑制方法研究[J].江苏电器, 2004 (3) :4-10.

电网电压波动 篇3

在某气源系统机组运行的过程中经常会遇到电网电压波动的问题, 电网电压的高低对电机的起动和运行性能有着直接的影响。

通常, 电动机允许电源电压在+10%~-5%范围内波动, 电源电压过高或过低, 都会导致对电动机的不良影响。下面我们就以电动机的数学模型为基础, 分析电网电压高低是如何对电机性能造成影响的。

1 异步电动机基本原理

当在异步电机定子绕组中通入三相正弦交流电时, 即会产生一个旋转磁场, 由于转子导体与此旋转磁场间存在相对运动, 转子导体即切割此旋转磁场而产生感应电动势。转子导体是被端环短路的, 所以在感应电动势的作用下, 转子导体内将产生与感应电动势方向一致的感应电流。这些载有感应电流的转子导体, 在旋转磁场中则又将受到电磁作用力, 对转子转轴产生转矩, 即电磁转矩。电磁转矩的作用方向与旋转磁场的方向一致, 因而转子就随着旋转磁场的方向转动起来。

从异步电机基本原理上可以看出, 定子绕组上所通三相正弦交流电即电源电压, 会直接对电机的定子电流、转子电流、电磁转矩等参数产生直接的影响, 从而改变电机的机械特性, 使电机的性能产生变化。下面我们分别从电源电压偏高和偏低2个方面进行具体阐述。

2 电源电压偏高时

2.1 对定子电流的影响

定子电流I1由激磁电流分量Im和负载电流分量I1L2部分构成, 而I1L=-I2′ (I2′为归算到定子边时转子电流的归算值) , 因此有I1=Im+ (-I2′) , 所以对定子电流的影响必须从Im和I2′2个方面进行。

(1) 对激磁电流的影响:电机输出电压的平均值与激磁电流和转速的乘积成正比, 若使电机在不同转速工作时其输出电压的平均值保持不变, 则须通过电压调节器对其激磁电流进行相应的控制, 且要求电机的激磁电流与转速成反比。当电机工作时, 其输出电压和激磁电流随转速和负载而变化。

U1↑---→激磁电流Im↑

式中, Z1σ和Zm分别为定子漏阻抗和定子激磁阻抗, 此时均为定值。

(2) 对转子电流的影响:在空载开度不变的情况下增加励磁电流会使机端电压升高, 频率降低, 转子电流增加。

U1↑---→磁通m↑---→转子电流I2↓

正在运行的电动机如果负载即电磁转矩M不变, 电源电压偏高时磁通m上升, 电机转子电流会有所减小。其中, CT代表电流互感器。可见电源电压偏高时激磁电流分量增加, 而负载电流分量减小, 定子电流的变化取决于负载的大小。

空载或轻载时, U1偏高会使定子电流增加, 重载时会使定子电流减小。

2.2 对电机转矩的影响

当定子磁链幅值和磁通角 (定、转子磁链夹角) 变化发生矛盾时, 磁通角变化决定转矩变化的传统观点是在一定前提条件下成立的, 否则, 在某些情况下, 转矩的变化与磁通角变化相反, 导致控制实际效果与开关表设定相反, 增大了转矩脉动。

U1↑---→电磁转矩M↑

式中, m1为定子绕组相数;p为极对数;r2′为转子绕组电阻;s为转差率;f1为定子电压的频率;r1为定子绕组电阻;x1和x20′分别为定、转子绕组漏抗。

起动转矩Mst与电源电压U1的平方成正比, 电源电压偏高时电机电磁转矩增加, 对电机的起动和运行有利。

2.3 使电机铁损增加

U1↑---→铁芯损耗pFe↑

(1) 从磁通密度的角度分析如下:

U1↑---→磁通↑---→磁通密度B↑---→铁芯损耗pFe↑

式中, CFe为铁芯损耗系数;f为频率;G为铁芯重量。

(2) 从激磁电流角度分析如下:

U1↓---→激磁电流Im↑---→铁芯损耗pFe↑

式中, m1为定子绕组相数;Rm为激磁电阻。

铁芯损耗p过大会造成铁芯过热。

3 电源电压偏低时

3.1 对电动机起动转矩的影响

起动转矩Mst与电源电压U1的平方成正比, 电源电压过低时起动转矩显著下降, 电动机起动困难甚至不能起动。

U1↓---→起动转矩Mst↓

式中, m1为定子绕组相数;p为极对数;r2′为转子绕组电阻;f1为定子电压的频率;r1为定子绕组电阻;x1和x20′分别为定、转子绕组漏抗。

3.2 对定子电流的影响

与分析电压偏高时一样, 电压偏低时对定子电流的影响也从激磁电流Im和转子电流I2′2个方面进行。

(1) 对激磁电流的影响所下:

U1↓---→激磁电流Im↓

式中, Z1σ和Zm分别为定子漏阻抗和定子激磁阻抗, 此时均为定值。

(2) 对转子电流的影响如下:

U1↓---→磁通↓---→转子电流I2↑

I2cosφ2为转子电流的有功分量。当负载不变时, 电源电压下降, 气隙主磁通下降, 为保证输出转矩, 转子电流有功分量必然增加, 其定子边归算值也随之增加。

电源电压偏高时激磁电流分量减小, 而负载电流分量增大, 定子电流的变化取决于负载的大小。

空载或轻载时, U1偏高会使定子电流减小, 重载时会使定子电流增大。

定子、转子电流都增大时, 定子铜耗和转子铜耗都增大, 导致电机发热, 会缩短电机使用寿命, 严重的可能烧毁电机。

(3) 从功率角度分析如下:

某厂房的5 000 k W异步电动机在试验时基本运行于满载工况下, 即使加载前其功率也可达到1 200~1 300 k W之间, 因此可以认为电网电压偏高或偏低时, 负载电流对定子电流的影响远大于激磁电流分量对定子电流的影响, 电压偏高时, 电机定子电流必然减小。电压偏低时, 电机定子电流必然增大。对于这一结论可从功率的角度进行分析而得到印证。

U1↓---→定子电流I1↑, U1↑---→定子电流I1↓。

明显有功功率P和功率因数cosφ一定时, U1和I1成反比。对于正在运行的电动机, 如果负载不变, 电源电压偏低时为了保证输出功率, 电机定子电流会明显增大;电源电压偏高时电机定子电流会随之减小。

4 对电机机械特性的影响

异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比, 电源电压偏高或偏低都可能改变电动机的机械特性。但是由于异步电动机在额定电压下运行时, 磁路已经饱和。因此, 电源电压高于额定电压时并不能改变机械特性。这里只讨论电源电压高于额定电压时电机的机械特性。

当电源电压U1降低时, 电磁转矩M (包括最大电磁转矩Mmax和起动转矩Mst) 与U12成正比减小, 但与最大电磁转矩对应的临界转差率sm和异步电动机的同步转速n1与U1无关而保持不变。因此, 电源电压偏低时得到的各条人为机械特性曲线都通过n1点, 临界转差率sm相等。如图1所示, 曲线1为额定电压Un时, 电机的机械特性, 曲线2和曲线3分别为电源电压降为0.8Un和0.5Un时电机的人为机械特性。

由图1可见, 电源电压偏低时的人为机械特性, 其线性段的斜率变大, 机电机械特性变软。起动转矩Mst和最大电磁转矩Mmax均按U12关系减小, 即电动机的起动转矩倍数和过载能力均显著下降。如果电动机在额定负载下运行, U1降低后将导致n下降, 转差率s增大, 转子电流将因转子电动势E2=s E20的增大而增大, 从而引起定子电流增大, 导致电动机过载。长期欠压过载运行, 必然使电动机过热, 电动机的使用寿命缩短, 而且电压下降过多时, 可能出现最大转矩小于负载转矩, 这时电动机将堵转。

5 结语

从以上分析可知, 电动机在电源电压偏高下运行的条件比在电压偏低下运行要好一些, 所产生的不利影响小一些。电压降低时, 定、转子电流都增加, 从而使损耗增大, 电机温升增高, 而且由于力矩减小, 起动条件变坏。电压偏高时虽然会导致磁通增多而使铁损增加, 造成温度升高, 对定子绕组温度造成一定影响, 但是由于定子电流降低, 又使定子绕组的温升减慢, 因此总的趋势是温度略有降低。铁芯本身的温度稍有上升, 对电机性能没有影响。电压升高会引起力矩增大, 大大改善电动机的起动条件。所以, 电源电压偏高不超过10%的范围对电机性能不会产生不利影响, 而电源电压偏低的情况则应该尽量避免。

参考文献

[1]汤蕴璆, 史乃.电机学[M].机械工业出版社, 2004

电网电压波动 篇4

现代电力系统中,电网规模不断扩大,具有快速调节性能的自动控制装置逐渐增多。但发电机快速励磁系统在提高系统响应速度的同时,励磁系统时间常数大大减小,降低了电力系统阻尼,甚至出现负阻尼,使系统的稳定性受到影响[1]。

电力系统稳定器(PSS)作为一种附加励磁控制环节,即在励磁电压调节器中,通过引入附加信号,产生一个正阻尼转矩,去克服励磁调节器引起的负阻尼,控制量可以采用电功率偏差、机端电压频率偏差、过剩功率、发电机转速度偏差及它们的组合等。

目前国内外对电力系统低频振荡的研究已经逐步深入。文献[2]通过对发电机有功功率和无功功率关系、增加发电机有功功率对发电机运行状态的影响、励磁电流的调节对有功功率和无功功率影响等方面的分析入手,得出励磁超调会造成机组功率的波动,并提出了防范措施。文献[3]分析了秦山第二核电厂650MW发电机产生低频振荡的原因,将电力系统稳定器投入运行,通过仿真试验优化了励磁系统参数,取得了一定的效果。文献[4]将无功功率偏差△Q引入到△P+△W输入类型的PSS中,这种PSS称作MPSS(Multi-Input PSS)。并将MPSS应用于100kVA同步发电机中进行试验,证明了MPSS能够有效地抑制低频振荡。

现有大多数国内外文献介绍的是PSS模型和仿真,很少涉及现场PSS性能测试和参数整定问题。现场对PSS性能测试时需要携带很多仪器,很不方便,较少有集白噪声的输出、波动量的提取、频谱特性的计算和PSS参数整定于一体的仪器。为了解决这些问题,本文将在参考以上文献基础上研制电压波动信号分析系统,以对电力系统稳定器性能进行测试,并对其参数整定,提高电力系统安全性。

2 系统原理

2.1 PSS数学模型及测试方法

电力系统稳定器数学模型主要包括PSS-1A型和PSS-2A型两种,PSS-1A型(如图1)就是单输入通道,一般采用电功率△P输入,当对调速器进行功率增减操作时,容易产生无功大幅度地向相反方向调节,影响正常操作甚至是机组稳定,这就是“反调”现象。为了解决这一问题,在PSS-1A模型的基础上再引入△ω信号,即功率与转速双通道输入,经合成计算后成为加速功率信号,有效地解决了“反调”问题,这就是PSS-2A模型[5]。

基于实测发电机励磁控制系统频率响应特性的PSS参数整定方法,是国内外电力界广泛采用的一种效果良好的PSS参数整定方法。该方法是建立在频域内相位补偿概念基础上的。PSS的主要作用是:在发电机低频振荡的频率范围内,将励磁控制系统产生的电磁力矩滞后相位加以补偿,获得一个与转速偏移△ω成正比的阻尼转矩。因而只要测量出励磁控制系统在不同频率下相位滞后角,就可方便确定PSS的参数[6]。

发电机电压波动信号分析系统便是基于实测发电机励磁系统频率响应特性来对PSS参数整定方法开发的,能够对电力系统稳定器性能进行准确测试和参数计算。

2.2 系统实现原理

2.2.1 数据通信原理

由于电压电流信号的采集、波动信号的提取以及白噪声的发出都是在下位机完成的,而信号的分析及与用户的交互功能是在上位机完成,信息的上下通信关系到数据后处理是否准确。

本系统要求的采样频率较高,传输数据量大,为了保证数据传输的质量,故采用USB接口进行通信。Visual C++并没有提供可用的USB通信控件,本文自主编写USB通信的接口函数。

系统使用USB芯片为飞利浦D12USB2.0,它有两个传输线:端点1和端点2。端点1使用中断方式,用于传输小量数据;端点2使用批量方式,用于传输大量数据。上位机对下位机的设置信息为小量数据,采用端点1传输;而波形数据为大量数据,采用端点2传输。

2.2.2 无功功率和有功功率的实时计算方法

电压电流的有效值分别用U和I表示,有功功率P=UIcosα,无功功率Q=UIsinα。

假设电压u和电流i的动态方程为:

那么瞬时功率可以表示为:

则瞬时有功功率:p(t)=P(1-cos2(ωt))≥0(3)瞬时无功功率:q(t)=Qsin(2ωt)(4)有功功率的计算公式为

离散形式表示为

瞬时无功功率q(t)的平均值为零,因此瞬时功率计算不能直接计算得到无功功率Q。我们可以采用将电压波形移相90°、然后再同电流相乘的办法计算。

如图2所示矢量。从图中可以看出电压u(t)向前移相90°得u′后在电流矢量i(t)上的投影就等于瞬时无功功率(反相),这样我们可以计算出移相后的瞬时无功功率q′(t)为

这样,我们可以得到无功功率的计算公式为

写成离散形式为

N为每周期采样点数[7]。根据上式可计算出无功功率。

2.2.3 频谱分析原理

频响函数的计算流程如图3。数字信号分析时对时域信号的截断将导致频谱分析时产生泄漏。为了抑制泄漏,需要采用特种窗函数使时域上截断信号两端的波形由突变变为平滑。

常用的窗函数有四种:(1)矩形窗,适用于冲击过程和瞬态过程的测量;(2)汉宁窗(Hanning),用于随机信号的处理;(3)凯塞-贝塞尔(Kaiser-Bessel)窗,用于本来就具有较好的离散频谱的信号,如周期信号或准周期信号;(4)平顶(Rectangular)窗,与凯塞-贝塞尔窗类似。由于波动信号和白噪声信号属于随机信号,我们选用汉宁窗。

系统的频率响应函数估计H軗(f)按下面关系式求出:

白噪声的自谱估计G軒x(f)以及白噪声和波动的互谱估计G軒xy如下计算得到:

式中Xi(f)和Yi(f)是白噪声x(t)和波动信号y(t)第i条时间记录经FFT计算的傅里叶变换,Xi*(f)和Yi*(f)是它们的共轭复数,kc为标尺系数,nd为平均次数。平均次数越多,谱估计的相对标准偏差越小。

平均处理主要是为了减小噪声的影响。对于不同的研究对象,需要选择适当的平均类型和平均次数。通常有谱的线性平均,时间记录的线性平均和指数平均。平稳随机过程的测量分析,通常采用谱的线性平均[8],那么kc=1,nd可根据需要设定。

3 系统组成与实现

3.1 系统框架结构

发电机电压波动信号分析系统包括硬件部分:互感器、信号调理、采样芯片、数字信号处理器和白噪声信号发生器;软件部分:DSP程序和上位机程序。本系统能够完成发电机电压电流测量、转子电压电流测量、频谱分析、白噪声输出及其产生的波动信号测量等功能,集数据采集、记录、计算、分析处理及图形显示等于一体。

3.2 上位机框架结构

上位机分析平台利用微软Visual C++2005编写的,主要完成数据的实时显示、数据存储、数据分析以及同DSP的通信。平台主要功能介绍:(1)与下位机通信:实现用户的设置数据与测试数据上传下载;(2)连续录波:实现电气量(包括三相交流电压电流和励磁电压电流,有功与无功)的实时显示和录波后的离线分析;(3)绘制关系曲线:这种方式适用于需要长时间监视、记录的静态或人工慢速调节过程的数据记录,并可以绘制关系曲线,如发电机空载试验等;(4)频谱分析:对发电机励磁系统频率响应特性测定,数据处理后,求取频率响应数据,并生成bode图。

4 系统功能

4.1 连续录波模块

连续录波模块用于三相交流电压电流有效值、有功功率和无功功率的实时计算和显示。有功功率和无功功率瞬时值可通过式(6)和式(9)计算得到。

连续录波模块可实现试验数据的保存,格式为二进制,然后进行离线分析(图5)。

4.2 动态特性分析模块

动态特性分析模块用于实现对控制系统对阶跃输入信号的动态响应特性的计算。动态性能指标包括:上升时间,峰值时间,调整时间,超调量。

图5中阶跃试验的电压信号动态特性分析如图6所示。

4.3 绘制关系曲线模块

绘制关系曲线模块用于需要长时间监视、记录的静态或人工慢速调节过程的数据分析,如发电机空载试验等。

定子开路的运行工况称为同步发电机的空载运行。如果改变直流励磁电流,便得到不同励磁电流的相应空载电势,进而得到电机的空载特性曲线。通过电机空载特性可以掌握电机磁路的饱和程度,并从模型上直观地看到电机磁场的分布情况,通过调整达到电机参数的优化。

发电机空载特性曲线如图7,由空载特性计算得到的饱和系数:sg1.0=0.197,sg1.2=0.538。图中红线为试验数据线,蓝线为曲线拟合延长线,绿线为气隙线。

4.4 频谱分析模块

频谱分析模块用于得到电力系统稳定器的频率响应特性。发电机励磁调节器接入白噪声信号,下位机计算得到机端电压波动量并上传给上位机程序,由上位机计算得到电力系统稳定器频率响应函数,生成Bode图并显示,从而得到励磁系统的相位滞后角,为电力系统稳定器PSS参数的整定奠定了基础。图8为南京南瑞继保电气有限公司动模试验结果数据。

5 实验分析

5.1 试验设备与方法

电压波动测试仪在南京南瑞继保电气有限公司的动模实验室进行功能测试。其动模实验室可对实际电力系统中的各种行为进行仿真,是世界上首个对800kV特高压交直流混合系统、1000kV特高压交流系统进行物理模拟和容量最大的实验室。

本次试验采用容量为30kVA的发电机组,RCS9400型励磁调节器进行试验。试验仪器采用电压波动测试仪、频谱分析仪CoCo80、电压变送器FLC-2。

首先在励磁调节器上用CoCo80频谱分析仪加入白噪声信号,将电机PT三相电压接入FLC-2中,再将白噪声信号和FLC-2输出接入CoCo80的接收端。试验开始后,逐步增大白噪声输出电平,使发电机电压波动,但不超过2%,经过8次平均计算,记录下励磁系统频率响应特性曲线。

然后用电压波动测试仪向励磁调节器加入白噪声信号,将电机PT三相电压接入电压波动测试仪的电压输入端,再次进行试验。

5.2 结果分析与对比

所得试验结果如图9所示。

通过电压波动测试仪与中国电力科学研究院生产的FLC-2变送器和频谱分析仪CoCo80的试验结果比较可知,在我们关心的0～2.0Hz低频段内相频曲线基本重合;大于2.0Hz段不重合是由于两个系统参数设置不同引起的。

由于在关注0～2.0Hz段相频曲线基本吻合,说明本系统能够正确计算励磁系统频响函数,为电力系统稳定器PSS参数的整定奠定了基础。

6 结论

本文分析了电力系统低频振荡原因,介绍了电力系统稳定器的测试方法,试验验证了电压波动测试仪能够完成发电机电压电流测量、频谱分析输出等功能,避免了现场使用设备多和接线过于复杂,在某种程度上避免电网低频振荡事故的发生,减少因为电网大面积停电给社会带来的巨大经济损失。

摘要：为判定PSS能否有效抑制低频振荡的这一关键问题,开发了一种发电机电压波动信号分析系统。首先分析了电力系统低频振荡的原因和危害,以及电力系统稳定器(PSS)安装和性能测试的必要性。然后说明了系统工作原理,并详细介绍了平台数据分析过程和主要功能:完成数据的实时显示和存储、数据的分析以及同DSP的通信。最后在南瑞继保电气有限公司的动模实验室进行了功能测试,并将测试结果与中国电科院仪器分析仪所得结果进行了对比。结果表明,该系统可准确测定电力系统稳定器性能,以此提高电力系统安全性,具有积极意义。

关键词：低频振荡,电力系统稳定,频率响应,电压波动

参考文献

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[7]郑小平.关于无功功率的定义及其计算方法[J].电测与仪表,2006,43(6):1-16.

电网电压波动 篇5

河南中美铝业有限公司110kV双回路电源均取自地方电网。由于地方电网孤网运行, 供电质量差, 系统电压波动范围过大, 致使设备经常大面积跳停, 严重影响了正常生产。尤其是煤气车间、溶出车间的鼓风机、加压机等大功率设备, 每次电压波动都会产生欠压或过流等故障。而这些设备都是重点设备, 只要跳停就会导致全厂生产瘫痪, 损失比较严重。

一、变频器电压检测及欠压故障

变频器电压检测一般检测中间直流回路电压, 一般工业用变频器DC的欠压跳闸限制值是0.65·U1min, 其中U1min是主电源电压范围内的最低值。对于400V和500V单元, U1min是380V;对于690V单元, U1min是525V。对应于主电源, 400V和500V单元电压跳闸值的中间电路的实际电压是DC334V, 690V单元的是DC461V。一般变频器欠压故障有以下几个原因:电网电压低、主电源缺相、保险丝烧坏或整流桥组内部损坏等。

二、模拟试验过程

现以ABB变频器为例进行手动迅速关/合电源, 模拟操作电网电压瞬间波动对变频器运行影响的试验。

1. 未修改变频器参数, 对变频器进线三相电源开关迅速关/合操作一次, 监测到的曲线见图1。

图中, 曲线[1]为电机转速, [2]为电机电流, [3]为电机转矩, [4]为直流母线电压, [5]为DI输入状态, [6]为AI1给定值。在图1中, 曲线[4]直流母线电压缺口处为迅速关/合变频器进线三相电源开关时出现的直流电压脉动。在进线三相电源开关断开的时刻, 变频器报DC UNDERVOLT (3220) 直流母线欠压故障, 变频器停止工作。

2. 修改完参数用标量控制时 (表1) , 对变频器进线三相电源开关迅速关/合操作1次, 监测到的曲线见图2。

此时, 变频器报过电流故障。

在图2中, 曲线[4]直流母线电压缺口处即为迅速关/合变频器进线三相电源开关时出现的直流电压脉动, 在进线三相电源开关断开的时刻变频器报OVERCURRENT (2310) 过电流故障, 变频器停止工作。

3. 修改完参数用DTC控制时 (表2) , 对变频器进线三相电源开关迅速关/合操作1次, 监测到的曲线图见图3。

此时, 变频器能正常运算。

在图3中, 曲线[4]直流母线电压缺口处即为迅速关/合变频器进线三相电源开关时出现的直流电压脉动, 同时, 曲线[1]电机转速下降;当变频器主电源恢复供电后, 曲线[1]电机转速按22组的加速时间运行到给定的转速。此过程中变频器没有停止工作, ABB变频器主电源短时间断电及电网扰动试验成功。

对于ABB变频器, 为了防止供电电网出现电压波动造成变频器跳停, 必需使用DTC (直按转矩控制) 控制功能, 不能使用SCALAR (标量控制) 控制功能。变频器的欠压故障还可以通过适当降低欠压故障跳闸值等办法来实现。调整参数时要结合现场具体设备的工况要求, 尤其是投入瞬间停电再启动功能, 要根据生产工艺对设备运行情况的要求进行调整。

电网电压波动 篇6

随着越来越多的风电机组并网运行,风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。风资源的不确定性如风速变化,风剪切,塔影效应等都会引起转矩波动,转矩波动也将造成风电机组输出功率的波动[1]。风电功率的波动势必会引起电压的变化。落差过大也可能会使电压波动和闪变超出国家有关标准[2]。

文献[3]用定幅值工频电流源等效法估算风电场运行引起的电压波动。文献[4]采用两种模型研究电压闪变:简化模型忽略了风电机组的动态特性,通过潮流计算找出了系统中电压闪变最严重的节点;复杂模型采用动态仿真的方法考虑负荷特性来预测电压闪变程度。以上两种方法都是在网侧分析和解决电压波动与闪变对电网的冲击。

20世纪90年代,中国科学院韩京清研究员提出的自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)[5]得到了众多学者的重视,成为传统PID的强有力竞争者,并在电机调速系统、传动装置的运动控制等领域得到初步应用。本文从风电机组的特性出发,将自抗扰控制技术应用于双馈风力发电机组转矩控制系统,建立风电机组的动态仿真模型,利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电机组仿真模型。该方案能够有效观测系统d、q轴间的交叉耦合扰动并加以前馈补偿,削弱了扰动因素对控制性能的影响;同时通过非线性状态误差反馈控制率抑制转子电流波动,抑制转速扰动,实现在发电机输出侧,抑制输出电压波动,提高供电质量。仿真结果证实了该方法的有效性。

1 变速恒频双馈风力发电机组模型

1.1 变速恒频双馈风电系统

双馈型异步发电机采用绕线式转子感应发电机,定子直接接入电网,在转子侧施加交流励磁来控制发电机转矩。变速恒频交流励磁双馈风电系统如图1所示。

1.2 双馈风力发电机模型

为实现双馈电机的高性能控制,采用磁链定向的矢量控制技术,通过坐标变换和磁链定向,将DFIG定子电流分解成相互解耦的有功分量和无功分量分别控制,从而实现有功和无功的解耦控制。

在双馈风力发电系统的转子绕组中,有两个频率均为转差频率的电源,一个是转子绕组的感应电动势,另一个是转子绕组的外加励磁电源。独立调节转子侧励磁电源Ur的幅值和相位能够改变转子电流,进而控制系统电磁转矩。双馈异步风力发电机等值电路图如图2。

不考虑电网电压的动态变化即假定电网电压及定子磁链恒定。采用定子电压定向矢量控制方案,即同步旋转坐标系的d轴定向于定子电压矢量us。此时有:

根据(1)式得定、转子电流分量的关系:

电磁转矩和风力发电机组运动方程为:

联立上式(1)至(4)得,

式中usd、usq表示定子d、q轴电压;ird、irq表示定子d、q轴电流;ψr、ψrq、ψrd表示定、转子d、q轴磁链;Ls、Lr、Lm表示定、转子自感和互感;ωs为定子电流角频率;ω1为电机输出角频率。由式(5)可知,如果保持定子磁链不变,则转子转速由irq和风力机机械转矩Tm协调控制。

2 控制系统的设计与实现

2.1 自抗扰控制原理

ADRC的典型结构包括[5]:跟踪微分器TD(tracking differentiator)、扩张状态观测器ESO(extended state observer)和非线性状态误差反馈NLSEF(nonlinear state error feedback)三部分。设被控对象的方程为:

式中:f(x,...)为未知模型扰动及外部扰动的作用量,b为系统放大系数;w(t)为未知扰动;u(t)为控制输入量。基于ADRC控制系统的原理框图如图3所示,其中,点线框内的部分为对应的自抗扰控制器。

2.2 双馈风电机组转速自抗扰控制器的设计

根据式(6)设计跟踪微分器,对给定转子电流指令ir设计跟踪微分器。取ird,irq为状态变量,将(1)式分解d-q形式,

式中,wd,wq视为扰动[7],表达式为:

以ird,irq为测量输入量,根据自抗扰控制器的扩张状态观测器(ESO)对应的方程式,分别构造扩张状态观测器测量扰动wd,wq。d轴构造的扩张状态观测器为:

式中,

b0取ωs/σLr,z21 d,z21 q为实际电流跟踪值,z22 d,z22 q为扰动量wd,wq的估计值。

设计跟踪微分器可知,d、q轴转子电流参考值ird_ref、irq_ref对应其跟踪值z1 d、z1 q。取转子电流反馈得出状态误差构成非线性控制率,并通过前馈环节对扩张状态观测器得出的扰动估计值进行补偿,进而计算得到转子电压的给定值urd_ref和urq_ref,

以q轴为例,双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制器结构图如图4。

3 仿真与结果分析

3.1 ADRC控制器参数整定及仿真

结构确定的自抗扰控制器,其控制性能主要取决于参数的选取。为确保TD有足够快的跟踪速度,本文选取通频带200Hz。NLSEF比例微分环节,微分系数k1=50,k2=1000。β01,β03和β02主要由控制器的离散控制周期决定,故取β01=80,β02=200,β03=3000。根据参考文献[8]以及大量仿真实验证明,ADRC的鲁棒性较好,对参数kp、b0的估计要求不高,其相对误差在30%之内不会影响控制效果。为了检验ADRC的控制性能,分别用PID控制器和ADRC控制器对带扰动(频率为2Hz,幅值为0.2的正弦信号)的阶跃响应信号(初始值为0,在1s时跃变为1)进行实时控制,PID参数为kp=9.0,ki=1.4,kd=2.8。仿真结果比较如图5。从仿真波形上看,与PID控制器相比,ADRC能有效抑制幅值为阶跃信号平均值20%的扰动信号,具有更强的抗干扰性。(对于三叶片风电机组而言,波动频度为3P(P为叶轮旋转频率)时,最大波动幅度约为转矩平均值的20%)[1]。

3.2 风电机组仿真分析

本文采用德国Nordex公司S70/1500kW风力机组的数据进行仿真,相关参数如表1。

根据式(1)至(7),在Simulink中搭建风力发电机组仿真模型。桨距角置00,取风速初始值为8m/s,在5s后上升为14m/s。如图6。

由图7看出,在加入PID控制器后,风速增大,风电机组控制系统做出相应调整,调整瞬间风机转矩震荡明显,引起变频侧直流电压在18s时,出现尖峰波动。导致电网电压Vabc出现波动。风电机组控制系统需要采取措施,抑制风机转速调整时的尖峰波动。

在控制系统加入ADRC控制器后,在相同的风况下,风电机组的仿真结果如图8所示。随着风速增大,风电机组控制系统做出相应调整,调整瞬间风机转矩无明显震荡,变频侧直流电压无尖峰波动。电网电压平滑。结果表明ADRC的抗扰动能力强,能抑制网侧电压波动。

4 结论

本文详细分析了双馈风力发电系统的运行特性,将ADRC引入风力发电机转矩控制系统。对1500kW的风力机组仿真表明,在相同的扰动情况下,ADRC展现出比经典PID更优异的动态性能。仿真证实,该系统响应速度快,抗扰动性强,能抑制幅值为阶跃信号20%的扰动,抑制风电机组电压波动取得了较好的控制效果。本文的工作有利于增强风电机组的鲁棒性和抗扰动能力,提高电能质量。

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电网电压波动 篇7

近年来, 电力系统中电气化铁路、电弧炉、轧机等大功率冲击性负荷不断增长, 这些负荷对电力系统的无功、有功冲击和谐波污染日益严重, 造成电压波动和闪变、三相不平衡、谐波等一系列电能质量问题。一方面, 对于配电网, 以上电能质量问题降低了系统运行可靠性和供电质量, 增加了线路损耗, 并增大了相关设备的运行维护和管理的难度;另一方面, 对于终端用户, 以上问题降低了冲击性负荷用户的生产效率和设备使用寿命, 并对敏感性负荷的正常生产带来严重影响, 造成巨大的经济损失。因此, 供用电双方均对以上电能质量问题给予了较大的关注。

目前, 电力系统的无功补偿设备主要以电抗器和电容器为主, 电压调整主要采用变压器有载调压与电抗器或电容器投切方式。由于这些静态补偿设备无法频繁地投切, 因此难以有效解决电网中广泛存在的电压波动和闪变、三相不平衡等电能质量问题。新近发展起来的SVC、STATCOM等动态无功补偿设备能够克服以上缺陷, 快速响应负荷功率变化, 精确注入无功功率, 是解决以上电能质量问题的有效途径之一。静止无功补偿器SVC能够实现动态无功补偿的目的, 但其自身存在的谐波污染问题导致其无法大规模应用。静止同步补偿器STATCOM基于全控型电力电子器件构建, 具有比SVC更加优良的补偿性能, 而且自身不产生谐波, 抑制电压波动和闪变的性能约为同容量SVC的2～3倍, 是解决以上问题的最有效手段。

2 STATCOM的工作原理

STATCOM本质上是一种基于全控型大功率换流器技术的电压源逆变器。通过采用合适的控制策略和电路拓扑, 其外特性类似于幅值、频率以及相位可变的交流发电机。由于STATCOM仅用于补偿无功功率, 而不参与系统调频, 因此其频率和相对于接入点电压的相位都是保持固定不变的。

STATCOM实现无功功率补偿的基本原理可见图1。STATCOM通过联络电抗器或升压变压器与电网连接。当STATCOM的输出电压Uc高于系统电压Us时, 补偿电流I由STATCOM流向电网, 补偿电流I在相位上超前电压Uc90°, 外特性类似于补偿电容器。而当STATCOM输出电压Uc低于系统电压Us时, 补偿电流I由流向电网STATCOM, 补偿电流I在相位上滞后电压Uc90°, 外特性类似于补偿电抗器。

由于STATCOM既可以实现容性补偿, 也可以实现感性补偿, 补偿特性与调相机类似, 而且不含旋转部件, 因此常将STATCOM称为静止同步补偿器。

3 方案分析

利用STATCOM消除冲击性负荷导致的电压波动和闪变问题, 主要利用了其固有的无功功率快速补偿能力。工程经验表明, SVC对电压闪变的抑制能力可以达到2∶1。受响应速度的限制, 即使再增大SVC的容量, 也不可能显著改善其抑制电压闪变的效果。STATCOM固有的电流源补偿特性, 使其对电压闪变的补偿能力可以达到4∶1甚至5∶1。由于响应速度非常快, 增大设备容量可以继续提高其抑制电压闪变的能力。

图2所示的冲击性负荷供电系统中, undefined为电源的等值电压, Z为系统的等值阻抗, Ψ为系统的等值阻抗角;undefined为PCC母线电压, ZL为负荷等值阻抗, ϕ为负荷阻抗角;undefined为PCC点由系统汲取的电流, undefined为冲击性负荷电流, undefined为并联补偿设备注入PCC母线的电流。

根据基本电路原理, 当不考虑无功补偿设备时, PCC点的电压为:

undefinedq (1)

因负荷电流导致的电压降落为:

undefinedLZmsin (ψ-φ) =ΔUp+jΔUq (2)

一般来说, ΔUq对U的影响很小, 因此往往仅考虑ΔUp分量的影响。即:

ΔU≈ΔUp=ILZmcos (ψ-φ) (3)

由于undefined以及undefined, 因此:

undefined

由式 (4) 可知, 冲击性负荷导致的电压偏移不仅取决于系统的短路容量和等值阻抗角, 还取决于负荷的大小和功率因数, 而当ψ-ϕ→90°时, 冲击性负荷导致的电压偏移趋向于零。

当安装有动态补偿设备时, PCC母线的电压偏移则修正为:

undefined

其中, undefinedundefined

由式 (5) 可知, 补偿容量SC的存在不仅可以降低PCC点的等值负荷, 减少电压波动, 同时还可以减小等值负荷的功角, 从而使得ψ-ϕC→90°

对于冲击性负荷来说, 不仅其负荷大小存在波动, 而且功率因数也处于动态变化当中, 因此导致PCC电压不断变化。通过在PCC节点安装具有动态补偿功能的STATCOM, 由STATCOM向系统精确注入动态无功功率, 从而使得PCC节点的等值负荷Sundefined水平减小, 同时提高节点的等值功率因数cos (φC) , 最终消除电压波动和闪变。

STATCOM在国内的电能质量领域的应用还不是很多, 目前主要用于解决由电弧炉、电气化铁路等导致的配电网电压波动及闪变等问题。

图3为DSTATCOM离线时, 24小时内供电母线的电压波动水平, 电压波动事件用阴影标注。图4为DSTATCOM在线时, 24小时内供电母线的电压波动水平, 波动事件用也用阴影标注。为便于比较, 将行业标准中规定的城市与乡镇的配电馈线电压波动最大允许值在图中绘出。城市馈线由上方曲线表示, 乡镇馈线由下方曲线表示。由两图对比可见, DSTATCOM抑制配电馈线的电压波动效果显著。

4 结束语

采用静止同步补偿器是解决电压波动与闪变等电能质量问题的最有效方案之一, 但该装置的设计制造涉及到电力电子、自动控制及数据处理等诸多尖端技术, 目前只有少数国家能够自主开发。随着GTO、IGBT等电力半导体器件技术性能的不断提高, 控制理论和控制器的不断完善, STATCOM在电能质量治理方案中的应用已越来越广泛, 示范工程越来越多, STATCOM也开始逐渐应用于提高电力系统的稳定水平和输电线路的输送能力等其他方面。国内外电力工程界普遍认为STATCOM代表了今后电力系统动态无功补偿和电压调节的发展趋势。

参考文献

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