不平衡补偿（精选10篇）
不平衡补偿 篇1
1 引言
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),也就是正交频分复用,它的提出已有40年的历史。它利用高速串行基带码流经过串/并转换变成N路并行的低速信号,然后分别用N个子载波进行调制。近几年来,由于数字信号处理(DSP)技术的飞速发展,OFDM作为一种频谱利用率高,抗多径干扰能力强的高数传输技术在无线信道和有线信道中得到了广泛的应用。特别是在EOC(Ethernet over cable)技术上应用的非常广泛。许多EOC技术,如MOCA[1],HINOC[2],HomePlug[3],降频WIFI等都是采用的OFDM技术。由于成本等因素,在OFDM系统中,射频一般采用基带连接。一个有线信道下的OFDM系统框图如图1所示。
由图1可知,在基带连接时,发端发送的I,Q两路时域波形经过正交上变频,cable信道,正交下变频之后经过两条线路到达接收端。通常在这两条信号流过的线路上,会出现IQ 不平衡现象[4,5]。目前,业界的研究主要集中在正交上下变频器的非理想特性导致的IQ幅度不平衡以及相位的不平衡问题上。而对IQ 时延不平衡(IQ delay imbalance)的研究却比较少。实际上,IQ delay imbalance的问题在OFDM系统基带连接系统中是经常存在的,并且对系统性能的影响也很大。因此,对系统的IQ delay imbalance量进行估计与补偿是很有意义的。
IQ delay imbalance是指I,Q两路时域信号经过两条线路时,所受到的延时量不同。在接收端ADC采样之前,I,Q两路时域波形分别要经过LPF I和LPF Q,由于这两个滤波器的特性不会完全一致,会使I,Q两路时域信号有一个相对群延时[4],这是导致接收端IQ delay mismatch的主要原因。
本文对IQ delay imbalance对系统的影响进行了分析,给出了一种在正交上下变频都存在IQ幅度和相位不平衡[5]的情况对RX端I,Q delay imbalance进行估计与补偿的一种方法,从而消除IQ delay imbalance对系统性能的影响。
2 IQ delay 不平衡对接收性能影响
理想情况下(系统没有IQ幅度和相位不平衡,cable长度很短,cable信道近似于AWGN信道),系统的IQ delay imbalance模型如图2所示。
图2中,τ0表示系统IQ delay imbalance的量的大小,其单位是数据采样间隔,也就是数据采样速率的倒数。假设系统的基带信号是i(n)+j×q(n),子载波的序号是undefined,表示直流。频域信号是X(k),则有X(k)=FFT(i(n)+j×q(n))。若系统存在图2所示的IQ时延不平衡,则在接收端接收到的信号为:r(n)=i(n)+j×q(n-τ0),对接收到的信号进行FFT变换,由FFT的时域频域变换性质可知:
undefined
由(1)可知,当τ0为0时,R(k)=X(k),接收到的频域信号与发端的频域信号一致,而当τ0≠0,R(k)就不是发端原始频域信号X(k),而是叠加了对应频点的镜像干扰undefined,由于在QAM调制中,X×(-k)在星座点的映射上具有随机性,因此,对应频点的镜像干扰也是一种随机干扰,并且影响的程度正比于undefined,当|τ0|=0.5时,n(k)与k的关系如图3所示(假设N=256)。
因此,当τ0较小(|τ0|<0.5)时,镜像干扰的幅度随子载波频率的增长而加大。而当τ0较大(|τ0|>0.5)时,镜像干扰的幅度将呈现周期性的变化,如图4所示。
undefined是于自身频谱固定的角度变化,可以通过均衡模块予以纠正。因此,存在系统delay不平衡时,子载波的SNR水平将与镜像干扰的幅度成反比。一个典型的有线OFDM系统模型(N=256,其中210个有效子载波)在IQ delay imbalance 量为时,系统接收信号的信噪比(SNR)曲线如图5所示。
从图5中可以看出,系统IQ delay imbalance会给接收端带来ICI(inter carrier interference),这种ICI干扰的结果是给系统带来了有色噪声,在IQ delay imbalance量比较小的时候,这种有色噪声随着系统子载波的频率的加大而增加。给系统接收性能带来严重的影响。
3 接收端IQ delay imbalance参数估计与补偿
对于有线信道的OFDM应用来说,由于正交上下变频器的非理想特性,一般会存在IQ幅度不平衡和相位不平衡。图6是在正交上下变频器有幅度和相位不平衡以及接收端IQ delay imbalance存在的情况下,I,Q信号路径的框图如图6所示。
如图6所示,αt、βt是发送端的幅度增益参数,θt、ϕt是发送端的相位旋转参数。βt/αt反映了发送端的I/Q幅度不平衡特性,ϕt-θt反映了发送端的I/Q相位不平衡特性。αr、βr是接收端的幅度增益参数,θr、ϕr是接收端的相位旋转参数。βr/αr反映了接收端的I/Q幅度不平衡特性,ϕr-θr反映了接收端的I/Q相位不平衡特性。τ0是接收端I器引入的群延时,τ1是Q路滤波器的群延时。τ0-τ1是由于I,Q两路上LPF的群延时不同导致的IQ delay imbalance。由于是有线信道,同时,在实际测试的时候,发端和接收端的cable连接可以比较短,这时正交上下变频器之间的cable信道可以看做是近似AWGN的理想信道。按照图6中的方框图可以得出接收端信号与发端信号的表达式如下所示:
yi(t)=αt×αr×cos(θt-θr)×xi(t-τ0)-βt×αr×sin(ϕt-θr)×xq(t-τ0)
yq(t)=αt×βr×sin(θt-θr)×xi(t-τ1)+βt×βr×cos(ϕt-θr)×xq(t-τ1)
设发端发送的频域信号为X(k)=FFT(xi(t)+j×xq(t)),-N/2
xi(t)=IFFT(X(k)),xq(t)=0
在发端构造满足上述条件的频域数据序列X(k),则接收端的信号为:
yi(t)=αt×αr×cos(θt-θr)×xi(t-τ0)
yq(t)=αt×βr×sin(θt-ϕr)×xq(t-τ1) (3)
考虑到实际情况下正交上下变频器的IQ幅度和相位不平衡量都是一个很小的值,也就是说在⑶式中,αt×αr≈αt×βr,θt-θr≈θt-ϕr≈δc,δc是上下正交变频的载波初始相位差,在实际情况下,上下变频其之间的频率不可能完全相等,会有微小的差别(但是这个微小的频差不会影响这里公式的推导),这个微小的频差会导致在不同的时刻发送帧,在接收端看到的上下变频其的载波相位差不同.因此,δc是随时间变化的,可以将其看成与发端帧索引号(帧的发送时刻不一样,用帧标明帧的发送顺序)相关的一个随机变量。
对接端接收到的I,Q两路信号分别作FFT变换即有:
观察(4)中表达式的可知:
由(3)式可知,接收到的I,Q两路时域信号的功率是随载波初始相位差δc而变化的,为了不让I,Q两路的功率相差太大而影响估计的精度,在接收端,先要计算I,Q两路波形功率情况,在功率比为一定范围内的时候,再开启估计运算。同时为了进一步提高估计精度,可以采用估计反馈补偿的方式进行参数的估计,原理框图如图7所示:
图7中,ri(t)与rq(t)是正交下变频的输出,τ是接收端IQ两路低通滤波器的群延时差。时延补偿模块是采用的lagrange插值[5]滤波器实现的,lagrange插值滤波器可以完成数字序列的非整数采样点的延时。同时,在建立模型的时候, IQ delay imbalance也可以用lagrange插值滤波器来实现。接收端估计经过时延补偿模块后的IQ delay imbalance量,并将估计结果乘以一个小于1的系数β反馈给时延补偿模块,时延补偿模块在原来补偿值的基础上加上这个修正值。这样,经过多次估计反馈之后,接收端时延估计模块估计出线路IQ delay imbalance近似于0,此时延补偿模块中的最终值即是线路IQ delay imbalance的参数。这样,即完成了线路IQ delay imbalance的估计,也完成了IQ delay imbalance的补偿。反馈系数β则控制估计的收敛速度和精度。实际系统中时延补偿模块应放在均衡模块之后(图中并未画出),对Q路的时域信号进行补偿。在后面的仿真中,补偿模块使用的是3阶lagrange插值滤波器。
4 仿真及结果分析
按图7搭建matlab仿真模型,其中,时延模块和时延补偿模块均是采用拉格朗日插值滤波器来完成的。线路添加的IQ delay imbalance从-1.2到1.2,以0.1递进,添加37dB的AWGN噪声。正交上变频器的IQ幅度不平衡量为1.05,相位不平衡量为5°,正交下变频器的幅度不平衡量为0.95,相位不平衡量为-5°,则本方法估计IQ delay imbalance的绝对误差如图8所示:
从仿真的结果可以看出,估计的绝对误差在0.007以下。在一个有线信道的OFDM传输系统模型中添加IQ delay imbalance 的估计与补偿,图9(a)是在CN=35dB,IQ delay imbalace为0.2时64QAM的星座图,图9(b)是IQ delay imbalnce经过纠正之后的星座图。
从图9(a),图9(b)中可以看到,IQ delay imbalance造成星座图的发散,通过不同后星座图得到了明显的改善。为了确定具体改善的程度,仿真系统在128QAM时,有无IQ delay imbalance参数估计与补偿的情况下系统的性能如图10所示。
图10中,no_delay表示系统没有IQ delay imbalance时的性能,d_0.05_comp表示仿真时设置的IQ delay imbalance的大小是0.05个采样间隔并反馈补偿后系统的性能。d_0.05表示仿真时设置的IQ delay imbalance的大小是0.05个采样间隔不补偿时系统的性能。从图9中我们可以明显的看出,IQ delay imbalance被补偿后系统的性能与系统没有IQ delay imbalance的性能几乎完全一样。若以的误码率来衡量,当系统有0.05倍采样间隔的IQ delay imbalance时,估计补偿后性能提升约0.2dB,0.1倍采样间隔的不平衡时性能提升约1dB,0.15倍采样间隔的不平衡时性能提升约4dB,而在0.2倍采样间隔的不平衡时性能提大于6dB。可以发现,在IQ delay imbalance越大的时候,补偿的方法对系统性能的提升越明显。
5 结束语
本文分析了在有线信道OFDM 系统IQ delay imbalnce对系统性能的影响,并针对有线信道OFDM系统提出了一种在正交上下变频都存在IQ 幅度和相位不平衡的情况下估计接收端IQ delay imbalance参数和补偿的方法。仿真结果表明,对于收端的IQ delay imbalance参数估计比较准确,同时补偿方法对系统的性能有较大的提升。
摘要：在有线信道OFDM传输系统中,IQ不平衡一直是影响系统接收性能的一个重要因素。自从OFDM进入实用化以来,人们对IQ不平衡研究的比较多。但是大多都关注于IQ的幅度和相位的不平衡的研究。对于IQ时延不平衡(IQ delay imbal-ance)的研究则相对较少。IQ delay imbalance也会对系统的接收性能造成较大的影响。本文分析了IQ delay imbalanc对OFDM系统接收的影响,提出了一种在接收端存在IQ幅度和相位不平衡情况下估计和补偿接收端delay不平衡的方法。仿真结果表明,该算法可以改善系统的性能。
关键词：有线信道,OFDM,IQ不平衡,IQdelay不平衡
参考文献
[1]张强.采用MoCA技术进行广电双向网改造[J].CATV Technology,2010,19(2):26-29
[2]高性能同轴电缆接入网(HINOC)物理层传输模式及媒质接入控制协议(面向NGB电缆接入技术的建议方案),Nov,2010
[3]C E Adams.Home Area Network Technologies[J].BT Technology Journal,2002,20(2):53-72
[4]Tim Schenk.RF Imperfections in High-rate Wireless Systems Impact and Digital Compensation[M].Springer Netherlands:2008.0-315
[5]Deepaknath Tandur,Marc Moonen.Efficient Compensation of Frequency Selective TX and RX IQ Imbalances in OFDM Systems[J].Electrial Engineering,2009:343-351
[6]A.Eisinberg,G.Fedele,G.Franzè.The Lebesgue constant for Lagrange interpolation on equidistant nodes[J].Analysis InTheory And Applications,2004,20(4):323-331
不平衡的《平衡》 篇2
从1997年底开始，历时3年半，彭辉进入可可西里，与西部工委书记扎巴多杰带领的“野牦牛队”队员们同吃同住，一起巡山，一起大口喝酒，一起打击藏羚羊盗猎分子，到2000年，这部讲述可可西里地区环保事业艰难状况的纪录片横空出世，一举囊括了国内外多个纪录片大奖。
即使在12年后再看这部纪录片，仍然没有任何“过时”的感觉。虽然主动报名来到现场的会员多为20多岁的年轻人，其中大多数人对可可西里的印象只停留在陆川的电影和旅行途中的记忆里，但在74分钟的时间里，几乎每一位观众都安静地投入其中，情到深处，还默默地流下了眼泪。“为什么我今天才看到这部片子?我心里真的很难受。”坐在记者身边的29岁的女白领徐露，小声地说道。
整部纪录片没有一句解说词，全部台词由坐在清水河边接受彭辉采访的扎巴多杰的口述组成。配乐方面，除了后期制作的少量音乐外，呼呼的风声，轰隆隆的发电机声，队员们煮饭时随意哼出的《世上只有妈妈好》，还有队员们为志愿者杨欣庆生时唱的生日歌，每一段都来自大自然、来自野牦牛队队员的声音，都是最真实的声音。
“我不怕死，我还要干下去!”影片后段，在扎巴多杰几乎用尽全身气力吼出这句话不久，他便意外去世了。他伤心欲绝的妻子对着彭辉的镜头，哽咽着无法说出一句完整的话。而大幕下的黑暗中，哽咽的观众们也再说不出一句话。
影片结束，灯光开启，观众们还没有从影片中抽身而出。沉默着看完片子的彭辉站起身说：“这部片子我看了100多次了，说实话，我现在很不想再看。”还沉浸在影片中的会员们纷纷举起了手，和彭辉导演就纪录片进行了深入的交流。
导演观点
彭辉：我害怕看这部片子
“一般情况下我是不太愿意再看这部片子的，它不是一个关于美丽和广袤的大自然的片子，而是展示了心灵和现实上的不平衡。这个不平衡不止是来自扎巴多杰和野牦牛队，它一直伴随着整个片子，表现的是环保事业现状和现实的不平衡。整个片子拍完后，我把片子丢在一边，空了很久才敢去碰。我的感觉是很不平衡，我相信大家看完后也有很多不平衡，心里会有很多疑问。记得前两年有媒体采访我说：‘彭老师，我们看完片子很不平衡。听说你在拍《平衡2》，在第二部里我们能看到平衡不?’我的答案是：更不可能。下周，我就要去青海继续拍《平衡2》了，这部片子里，我不仅会采访之前野牦牛队的队员，扎巴多杰的儿子，甚至还会采访到盗猎分子。”
嘉宾观点
“我很骄傲有彭辉这个好朋友。”迟阿娟成都著名摄影家
“我和彭辉是20多年的老朋友了，这个朋友让我非常骄傲和自豪。拍《平衡》的时候，他在可可西里和队员们同吃同住了3年，这种困难不是一般人能够承受下来的。我还记得当年他和扎巴多杰一起到成都，我们一起吃饭，看理查德·布莱曼的钢琴会时的场景，我们谁都没有想到，扎巴多杰书记在回家的第二天就走了。虽然我没有和彭辉到过可可西里，没有到过现场，但从我和扎巴多杰那短暂的相处来看，他是个汉子!我的好朋友彭辉，也是条汉子!”
现场互动
Q＝观众A＝彭辉
Q：为什么整部片子都没有解说词?
A：我曾经准备过解说词，拍摄时我每天都在帐篷里写日记以作为蓝本。但在我和扎巴多杰去北京前，我突然想让他对有些问题做一个主述，就列了三四十个题目，一个一个地问，于是就有了扎巴多杰在河边接受采访的这一段，这也是他最后一次在可可西里和我交流。采访完，我们去了北京。从北京回来，他就出事了。如果那天我懒惰了一下，没有采访，那之后整个片子我都写不出来了，任何解说词我都写不出来，我觉得任何一个词、一个笔画，都达不到扎巴多杰声音的力量。
Q：从哪里可以看到《平衡》的168分钟的完整版?
A：我建议你再等一段时间。明年我会出一张《平衡1》和《平衡2》的合集，我会按照我的艺术理想和理解，重新剪辑出《平衡》的完整版。我也会和院线合作，在影院播放。另外，我还会出一套DVD合集和画册，不会卖得很贵。我想的是能卖多少卖多少，赚来的钱我们去帮助现在还躺在医院里的野牦牛队队员。这个队员因为脑溢血住院了，我前段时间去看望过他，他已经完全变样了，意识也不是很清醒，但他躺在床上对我说：“我现在这个样子了，但我从来不后悔在可可西里的那十几年。”我非常震动。
Q：陆川导演的《可可西里》是以《平衡》做为蓝本的，能讲讲其中的故事么?
A：陆川在拍片前找到我，我给了他很多素材。后来，陆川把我“绑架”到了首映式，他说：“我希望你看过之后，能得到你的拥抱。”看完片子，我一句话没说。在后来的讨论会上，大家坐在一起讨论。陆川说：“我最在意的是彭辉的意见。”我站起来，就给了他一个拥抱。之前我很犹豫，我害怕这部片子将野牦牛队完全屏蔽，但在片子开始的5分钟内，一群盗猎分子对保护者说：“你们是西部工委吗?”对方回答：“是。”然后崩的一声，盗猎分子开枪了。就凭这一小段，我觉得陆川不错。
看电影啦!
从即日开始，《成都女报》将定期组织“女报观影会”，不管是小众的纪录电影还是火热的大制作电影，“女报观影会”都将带领你一网打尽。还犹豫什么，只要加入《成都女报》“聚乐部”，一旦成为会员，就能看尽各种大片小片，总之，反正是好片。
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补偿系统电压不平衡的分析与处理 篇3
1.1 补偿度不合适所引起的相电压不平衡
网络的对地电容与补偿系统内所有消弧线圈构成以不对称电压UHC为电源的串联谐振回路,如图1所示,中性点位移电压为:
式中:uo为网络的不对称度,一系统补偿度:d为网络的阻尼率,约等于5%;U为系统电源相电压。由上式可以看出,补偿度越小,中性点电压就越高,为了使得正常时中性点电压不致于过高,在运行中必须避免谐振补偿和接近谐振补偿,但在实际情况下却时常出现:(1)补偿度偏小时,因电容电流IC=2πfc姨3 Uφ和消弧线圈电感电流IL=Uφ/2πfL由于运行电压、周波的变化,都能引起IC和IL的变化,从而改变了旧的补偿度,使系统接近或形成谐振补偿。(2)线路停止供电,操作人员在调整消弧线圈时,将分接开关不慎投在不适当的位置,造成明显的中性点位移,进而出现相电压不平衡德现象。(3)在欠补偿运行的电网里,有时因线路跳闸,或因限电、检修而导致线路停电,或因在过补偿电网里投入线路,均会出现接近或形成谐振补偿,造成较严重的中性点位移,出现相电压不平衡。
1.2 电压监视点PT断线出现的电压不平衡
PT二次熔丝熔断和一次刀闸接触不良或非全相操作出现的电压不平衡的特点是;接地信号可能出现(PT一次断线),造成断线相的电压指示很低或无指示,但无电压升高相,且此现象只是在某个变单独出现。
1.3 系统单相接地引起的电压不平衡
补偿系统正常时不对称度很小,电压不大,中性点的电位接近大地的电位。当线路、母线或带电设备上某一点发生金属性接地时,与大地同电位,两正常相的对地电压数值上升为相间电压,产生严重的中性点位移,其特点有:接地相电压的电阻不同,两正常相电压接近或等于线电压,且幅值基本上是相等的,中性点位移电压的方向与接地相电压在同一直线上,与之方向相反,其相量关系如图2所示。
1.4 线路单相断线引起的电压不平衡
造成单相断线后,网内参数发生不对称变化,使之不对称度明显增大造成电网中性点出现较大的位移电压,致使系统三相对地电压不平衡。系统单相断线后,以往的经验是断线相电压升高,两正常相电压降低。但是,因单相断线位置、运行条件和影响因素的不同,中性点位移电压的方向、大小和各相对地电压指示,都不尽相同;有时两正常相对地电压升高,幅值不等或相等,断线相电源外对地电压降低;或一正常相对地电压降低,断线相和另一正常相对地电压升高却幅值不等。
1.5 其他补偿系统感应耦合引起的电压不平衡
两个补偿系统分别送电的两条线路较近且平行段较长,或同杆架设交叉开口备用时,二者经并行线路之间的电容构成串联谐振回路。出现相对地电压不平衡。
1.6 谐振过电压出现的相电压不平衡
电网中许多非线性电感元件如变压器、电磁式电压互感器等,与系统的电容元件组成许多复杂的振荡回路。空母线充电时,电磁式电压互感器各相与网络的对地电容组成独立的振荡回路,可能产生两相电压升高、一相电压降低或相反的相电压不平衡,这种铁磁谐振,只在用另外电压等级的电源,经变压器对空母线充电时,在这仅有的一个电源母线上出现。在一个电压等级的系统里,由送电干线对所带的二次变电所母线充电时,不存在这一问题,要避免空充母线要带一条长线路一起充电。
2 系统运行中各种电压不平衡的判断和处理
系统运行中出现了相电压不平衡的状况时,多数伴有接地信号,但电压不平衡却并非全属接地,不能盲目地选线,应从以下几方面分析判断:
2.1 从相电压不平衡范围查找原因
2.1.1 如电压不平衡仅限于一个监视点且无电压升高相,造成用户无缺相反应时,则是本单位PT回路断线.此时只考虑带电压元件的保护能否误动和影响计量间题。不平衡的原因是否因为主回路负载连接不平衡,导致显示不平衡,还有是否是显示屏幕出现故障引起的。
2.1.1 如电压不平衡在系统内各电压监视点同时出现,应检查各监视点的电压指示。不平衡电压很明显,且有降低相和升高相,各电压监视点的指示又基本相同,各送电线路末端二次均无缺相反应时,说明系统已接近谐振补偿运行。造成电压异常的情况还有可能如母线压变接触不良等很特别情况。也还可能几种原因混在一起,如仍无法弄清异常原因,将异常部分退出运行,交给检修人员处理。作为调度及运行人员,判断出异常原因在母线压变及以下回路,并恢复系统电压正常即可。原因可能有:(1)补偿度不合适,或调整操作消弧线圈时有误。(2)欠补偿系统,有参数相当的线路事故跳闸。(3)负荷低谷时,周波、电压变化较大。(4)其它补偿系统发生接地等不平衡事故后,引起该系统中性点位移,补偿间题引起的电压不平衡,应调整补偿度。
欠补偿运行电网线路跳闸引起的电压不平衡,要设法改变补偿度,调整消弧线圈。网内负荷处于低谷,周波、电压升高时出现的电压不平衡,可等不平衡自然消失后,再调整消弧线圈。作为调度员,应掌握这些特征,以准确判断,快速处理运行中可能出现的各种异常。单一特征的判断相对容易,两种及以上情况复合性故障引起的电压异常,判断与处理较为复杂。如单相接地或谐振常常伴有高压熔丝熔断和低压熔丝熔断。而高压熔丝不完全熔断时,接地信号是否发出,取决于接地信号的二次电压整定值和熔丝熔断程度。从实际运行情况看,电压异常时,常出现二次回路异常,此时电压高低与接地信号是否发出,参考价值不大。寻找排查规律,对电压异常处理尤为重要。
2.2 根据相电压不平衡的幅度判断原因
如系统运行中各变电所都出现严重的相电压不平衡,说明网内已有单相接地或干线部分单相断线,应迅速调查各电压监视点的各相电压指示情况,作出综合判断,如是单纯的一相接地,可按规定的选线顺序选线查找.从电源变电所出口先选,即”先根后梢”的原则选出接地干线后,再分段选出接地段。
2.3 结合系统设备的运行变化判断原因
(1)变压器三相绕组中某相发生异常,输送不对称电源电压。(2)输电线路长,导线截面大小不均,阻抗压降不同,造成各相电压不平衡。(3)动力、照明混合共用,其中单相负载多,如:家用电器、电炉、焊机等过于集中于某一相或某二相,造成各相用电负荷分布不均,使供电电压、电流不平衡。
综上所述经消弧线圈接地的小电流接地系统(补偿系统)在运行中,相电压不平衡现象时有发生,并因产生的原因不同,不平衡的程度和特点也不尽相同。但总的情况是电网已处在异常状态下运行,相电压的升高、降低或缺相,会使电网设备的安全运行和用户生产受到不同程度的影响。
摘要：衡量电能质量是电压、频率。电压不平衡严重影响电能质量,相电压的升高、降低或缺相,会使电网设备的安全运行和用户电压质量受到不同程度的影响,造成补偿系统电压不平衡的原因有很多,本文介绍了引起电压不平衡六种原因,进行详细分析,对于不同的现象进行分析和处理。
关键词：补偿系统电压,不平衡,分析与处理
参考文献
[1]程浩忠,吴浩.电力系统无功与电压稳定性[M].中国电力出版社,2004.
爱恋平衡，水油不偏心！ 篇4
国际最新美容理念是注重皮肤的平衡，因为“平衡”的皮肤最美。“平衡美人”会得到越来越多的艳羡目光！
[调查结果]
160名女性选择平衡类产品……
肌肤平衡越来越得到女性的重视，但对平衡类产品却没有足够的认识。如今，市场上受欢迎的平衡产品有哪些呢？它们的性能如何？还是看看我刊特约市场调查组的报道吧！
综合评价：
雅诗兰黛平衡油脂深层清洁滋润面膜 由植物提炼出来的纯天然成分，有效调节皮肤的天然平衡，保护皮肤水脂膜。不含油分的清爽配方，补充水分之余更可调节皮脂分泌，吸取过剩的油脂，使毛孔畅通，减少暗疮形成，效果相当明显，受到使用者的广泛认可，成为本次综合评价最佳清洁滋养平衡类产品。
资生堂盼丽风姿均衡水 蕴含的革命性崭新成分及丰富的营养物质，特别针对导致皮肤干燥、疲劳的内外因素，与皮肤本身自然机能相互协调，令干性及极干燥皮肤恢复正常生机，散发细腻芳香。较为适中的价格，良好的效果受到中等收入女性的欢迎，成为本次综合评价最佳平衡化妆水类产品。
（以上调查结果仅供参考）
[调查发言]
提示：平衡皮肤PH值的正确认识
李维丝 27岁 自由撰稿人 工作性质决定了我没有规律的生活，眼周、嘴角开始出现细纹，面色晦暗无光，额头还长出了痘痘。广告上常说这是皮肤PＨ值失衡的表现，有的建议用香皂。我很纳闷这是真的吗？
专家建议：PH值实际上是化学上用来衡量一个物质的酸性或者碱性的指标，一般来说PH值小于7代表酸性，大于8就代表碱性，也就是说，7到8之间就是中性。皮肤的PＨ值是指在皮肤表面加小量净化水而测得的值，通常为4.5～6.5，平均值为5.75，呈弱酸性。皮肤只有在正常的ｐＨ值范围内，也就是处于弱酸性，皮肤抵御外界侵蚀的能力以及弹性、光泽、水分等等才处于最佳状态。但是，以清洁用品的PＨ值是否接近中性来判断其品质是非常错误和缺乏科学根据的。
提示：平衡是有效地调节皮肤PH值
雷敬 23岁 外企客户形象代表 繁忙的工作使我身心疲倦，但靓丽的外形又是工作的需要。最近一段时间我的面部三角区开始出油，额头和下颌却又干燥脱皮，我只能用厚重的粉底来掩饰，但问题依然严重。
专家建议：健康肌肤的特征是具有自然的活力与保护能力，同时兼备调节水分与油分平衡的功能，否则就会出现局部脱皮而其余地方出油等现象。针对这种情况，可以使用酸性化妆水 ，具有止汗、冷却、收缩等效果，可有效地调节皮肤PH值。配合含有温和弱酸性配方的平衡滋养乳液，在维护肌肤健康的同时，对干燥、衰老的肌肤也具有稳定滋润的功效。
提示：失衡皮肤PH值的对策
田歌 28岁 资深营销人员 作为一名业务员，每天都要拜访客户。北方的气候干燥不说，阳光更是充足，每天下班回家我都有面部干燥、局部微红、轻微疼痛等现象。
专家建议：紫外线过多照射会导致细胞老化、皮肤PＨ值严重失衡。建议使用平衡性化妆水,能使脸上的酸碱值正常化。田小姐的皮肤可能很敏感，应每3天使用一次海藻修护面膜，以清除皮肤上的有害细菌及脱落老化细胞，调节皮脂腺活性。
[产品调查]
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名称：植村秀轻盈美白爽肤水
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功效 ：完全不含酒精，调整肌肤PH值，植物性稳定配方不用担心过敏；充沛的保水力可防止肌肤粗糙干燥，避免黑斑、雀斑的产生，提高肌肤水循环能力，使肌肤细致亮白！
规格：25ml
价格：48元
名称：资生堂盼丽风姿均衡水
成分：含Balancing Softener等成分。
功效：特别针对导致皮肤干燥及疲劳的内外因素，与皮肤本身自然机能相互协调，令干性及极干燥皮肤恢复正常生机。质地柔软，散发细腻芳香。
规格：150ml
价格：283元
名称：Aupres欧珀莱优能均衡柔软水
成分：含有透明质酸、刺梨提取液。
功效：具有高超的持续滋润功效，赋予肌肤光泽和弹力，是使肌肤柔软娇嫩的高保湿化妆水。
规格：180ml
价格：140元
滋润类
名称：自然美平衡皮肤润肤霜
成分：含特殊植物再生元素。
功效：平衡皮肤酸碱值，使肌肤回复弹性光泽，并具有镇静安抚、稳定肌肤的功能。对使用保养品、化妆品不适或因使用过强药性乳霜等导致皮肤抵抗力脆弱、引起习惯性皮肤过敏者，甚为有效。
规格：15g
价格：78元
名称：大宝MT日霜
成分：含Mt（生物活性蛋白）、角鲨烷、人参提取液、珍珠水解液、精制貂油、硅油、高级脂肪酸、天然保湿剂。
功效： SPF16，能迅速渗入皮肤细胞，有效防止因干燥、寒冷引起的皮肤粗糙，平衡油脂分泌，保持毛孔通畅，使皮肤的呼吸保持在最佳状态。
规格：50g
价格：49元
名称：SK-II护肤乳液
成分：含SK-II Pitera天然液体美容素
功效：高保湿效果SK-II Pitera天然液体美容素及保湿剂的双重作用，温和弱酸性处方可调整肌肤的酸碱值，不含香精、色素。
规格：75ml
价格：408元
精华素类
名称：雅诗兰黛平衡油脂深层清洁滋润面膜
成分：由植物提炼出来的纯天然成分。
功效：柔细的马铃薯泥在面膜变硬时，提供柔软质感；以芦荟强化保湿度，改善暗沉，对肌肤无刺激。同时能平衡皮脂分泌，吸取过剩的油脂,使毛孔畅通，减少暗疮形成的机会，不含油分的清爽配方在补充水分之余,更可重新调节皮脂分泌。
规格：30ml
价格：62元
名称：傲卡佳净化控油补湿精华素
成分：富含茶树、芦荟精华、桉叶精华、维生素B6、胶原蛋白纤维等。
功效：深入调理皮脂腺体分泌，减少细菌感染，改善其角化过程，能有效预防暗疮、粉刺的生成。
规格：30ml
价格：320元
名称：姗拉娜死海泥平衡油脂面膜
成分：含天然死海泥。
功效：枯死的细胞会在冲洗泥浆时一并洗去，缓解毛细孔粗大、油光满面以及易生粉刺、黑头、白头、油脂粒的困扰，具有良好的保湿、润滑、防皱的效果。
规格：100g
价格：98元
名称：蝶妆曼丽妃丝柔高效均衡精华
成分：含有维生素C与类黄酮成分、鼠尾草、麝香草提取物等。
功效 ：鼠尾草提取物可促进胶原蛋白的合成，增强皮肤弹性；麝香草提取物可去除有害氧化物，有效调节皮脂分泌。
规格：35ml
价格：135 元
名称：玉兰油净白亮采修护霜
成分：蕴含维生素E、矿物质和先进的UVA/UVB双重防晒因子，SPF15。
功效：有效保护肌肤自然平衡，预防紫外线侵扰，并滋养肌肤，适宜各种肤质一年四季使用。
规格：50g
价格：94 元
平衡手册之一 ——专家提示：PH值的科学理念
提示一：不同部位、不同年龄以及不同的季节、不同人群的PH值不完全一样。如面部、手足和关节等部位的PH值略高，而头部、前胸、后背的PH值略低；幼儿及成年人较老人低，女性比男性稍高；汗液的PH值往往在开始分泌时呈酸性，分泌多时则倾向于碱性；大汗腺部位皮肤的PH值比其他部位更倾向于碱性。加之由于遗传、心理、生理、环境、饮食、劳逸作息及自然节律等诸多因素影响，不同人在不同时期皮肤的PH值都不相同，一旦皮肤的碱中和能力减弱 ，肤质就会改变，导致皮肤衰老、受损。
提示二：皮肤的平衡是整体观念：指肌肤天然的生理机能——水分存送、油脂分泌、敏感反应、结构组织四个方面的协调平衡，皮肤就会呈现最佳状态。相反如果上述四个方面失衡，皮肤就会有相应的问题产生。皮肤护理专家建议通过以下几点达到改善肌肤状况的目的：紧急补水、紧急脱敏、平衡油脂分泌、紧急补养。
平衡手册之二 ——化解误区
化解误区之一：PH值的大小不是反映产品清洁功效优劣的唯一标准，PH值为中性未必就不能清洁、溶解人体表面的污垢，包括皮脂、死角质细胞、灰尘等酸性污垢。
化解误区之二： PH值高即呈碱性状态并不是用过清洁品后感觉皮肤缺水的主要原因，PH值大小与是否刺激皮肤并不直接相关。皮肤自身就有很强的PH值调节能力。
不平衡系统下无功补偿的策略研究 篇5
在科技与经济快速发展的今天,随着现代电力电子技术的发展,其占有率在现代工业与电子行业已经有举足轻重的地位,大量不平衡和冲击性负载的存在对现代电网造成了越来越严重的电流污染, 大量无功电流在电网中现实存在,影响电力企业的经济效益,准确实时地检测无功电流至关重要。本文介绍了基于瞬时无功功率理论的无功检测方法, 但这是在负载是平衡时的方法,在三相负载不平衡环境下使电网中产生大量负序电流,针对三相不平衡的负载则要采用正负双序控制策略对不对称负载进行平衡化,以三电平空间矢量控制为手段,对检测出来的电流信号进行矢量变化,不仅能为电网提供大量的无功电流的传输量,而且能更好地提高电网的功率因数,对不对称负载能起到很好的平衡作用。 本文是以二极管钳位型三电平逆变器为控制方式产生脉冲信号,此方法较之前的载波调制和两电平逆变器,产生的谐波更少,对直流侧电压利用率更高, 降低电网中负载的不平衡度,无功补偿效果更佳。
2 SVG系统整体概述
SVG补偿装置的工作原理如图1所示,整个系统相当于SVG通过连接电抗器与电网相来调节吸收无功功率的大小。
设三相系统电网电压是对称且平衡状态下,三相电压有如下表示形式[1]:
由图1的等效电路知,补偿装置的输出电压的形式为:
式中,K值表示的是逆变器的变压比; δ 表示SVG装置经过逆变的输出电压与电网电压的相位角的差值,根据基尔霍夫原理可以表示出三相动态的方程:
对电容电压原理进行分析得到动态数学方程:
将上几个方程经Park变换整理得到以下矩阵:
对上面的SVG数学模型矩阵分析[2],当电网平衡时,只考虑基波分量,只有正序分量的变化,但只能实现正序无功补偿,对于在三相不平衡系统中,三相电路中将产生负序电流,并会在直流侧处产生特征谐波电流对系统有害; 电路中存在负序电流,这样对SVG的分析就不能只是在正序状态下搭建数学模型, 在三相不对称时,会导致电网电压出现负序分量,所以既有正序也会有负序电压,此时电网电压usa为upsa+ unsa,其中,p、n分别表示电压的正序和负序。
本文设计了正序、负序双序同步的控制策略,将复平面中三相电压和电流矢量通过d-q旋转坐标变换,但会出现谐波分量,控制时采用陷波器加以滤除,这样经过转换处理后的电压电流信号中只含有相应直流分量,经过d-q变换就是为了使正序分量为直流量,而负序分量则为二次谐波分量,正序分量以 ω 为角频率旋转,负序分量则以- ω 的角频率旋转,采用PI调节器即可实现正、负双序电流的无静差控制。
3正负双序叠加同步控制策略
本系统是采用电流与电压双闭环控制,即电压外环和电流内环解耦控制,通过外环控制直流电压稳定,内环对电流进行正负序解耦控制[3，4],如图2所示。
图2所用到的基于 ω 的坐标变换Cpabc -dq是三相到两相旋转坐标之间的变换,表示为正序坐标变换公式:
同理采用电流负序控制的运算方式时,三相到两相旋转坐标的运算矩阵为:
这样经过旋转坐标变换之后,SVG输出的正序和负序电压分量的反馈量与参考值都是直流量,对于正负双序同时控制方案,电流内环控制采用两组控制器,分别为建立在正序d-q坐标系上的PI控制器,为正序控制器,另一组为建立在负序d-q上的PI控制器,为负序控制器,在负载不平衡时,进行对正序和负序分量控制,这样双序控制就能实现同时对信号正序和负序的同步补偿控制,整体的设计方案采用前馈解耦控制,电流调节器采用PI控制时,同时对外环直流侧的电容电压和内环的电流进行跟踪控制,对于电流正序控制方程算法为:
电流负序控制同样道理可以得到:
具体的双序叠加控制变换如下[5]:
( 1) 电流的正序控制是指将系统的三相电流信号进行坐标变换,经过滤波器得到正序无功分量指令,与SVG输出的电流信号经过同样正序坐标变换得到的正负序电流值i*dp和i*qp相比较,再经过PI调节和内环解耦就能得到正序电压信号u*dp和u*qp。
( 2) 电流内环负序解耦控制,是指三相电流信号经过坐标变换再经过滤波器之后得到负序的有功和无功电流指令i*dn和i*qn,同样与SVG输出的电流经过相同的负序坐标变换得到的电流信号idn和iqn相比较作差,然后经过PI调节器和内环解耦控制得到负序的电压输出信号,然后将求取的正负序电流信号相加得到实际的需要补偿的信号:
通过三电平空间矢量变换生成IGBT的开关脉冲信号,通过正序与负序叠加控制能够同时补偿电流的正序与负序,经过信号处理后也会是直流信号, 经过PI调节器的调节实现信号的跟踪控制。
4三电平拓扑结构与调制原理
三电平逆变器相对于传统的两电平来说,主开关其间的电压会降低一半,具有输出容量大,谐波含量大为降低,在同样谐波含量的情况下,开关频率下降一半,采取相同调制比来提高电网的工作效率,这就是多电平通过增加电平数目来增大容量和抑制谐波产生的原因。三相三电平逆变器的每一相的输出三种情况对应等效电压矢量有27个开关状态,如图1所示,三电平NPC型逆变器拓扑Cd1和Cd2来为变换电路提供两个相同的直流电压,VT11和VT12用来电平钳位[6，7]。
4. 1扇区的判断
根据坐标变换把三相电压信号由坐标变换计算出Uα和Uβ,据此就能计算出扇区,下面以参考向量在第一扇区下的六个小扇区为例介绍小扇区的判断。小扇区的判断如图4所示。
4. 2矢量时间的计算
判断出了参考矢量所在的区域,则可根据NTV法则,找到合成参考矢量的三个基本矢量,把这三个基本矢量一起代入伏·秒平衡方程组,解得( A,B区域) 基本矢量的作用时间:
其中,,根据已经求出的参考矢量的扇区号,各个扇区的合成基本矢量的作用时间可以根据参考矢量所在的扇区号进行时间分配就可得到各区域的作用时间,再根据扇区的转换公式theta = π /3 + θ - ( π /3) N,可以把其余扇区转化为在第一扇区内的角度。
4. 3确定开关矢量作用顺序
在三电平逆变器正常运行过程中,逆变器的三种状态只能在1和0,0和- 1之间连续的相互转换,而不能在1和-1状态之间突变,在每个小的三角形中至少含有一对小矢量,在本系统中所提出的空间矢量算法中,所输出的矢量都是正小矢量,因为每相邻的两个正小矢量是只相差一个不同的状态, 即根据这些时序图就能得到三个桥臂IGBT开关器件的驱动信号,图5所示为其中两个小扇区的时序图。
5仿真与实验结果分析
采用正负双序同步控制与三电平的空间矢量技术可以实现对电网的无功功率补偿,同时输出的电压波形进一步较之前的补偿技术有了更高一层的提高[8]。
( 1) 平衡负载的仿真( 突变负载)
仿真过程持续0. 3s,初始为三相平衡的阻感性负载,三相电阻为3Ω、电感为0. 008H的阻感负载, 电压超前电流,时间一开始就加入补偿装置完成了很好的补偿,在0. 14s时突变阻容性负载,电压滞后电流,三相电阻为2Ω、电容为600μF的阻容性负载。
直流侧电压波形如图7所示,在整个仿真过程中电容电压稳定在600V,在对直流侧电压进行外环PI控制后能够很好地控制电容电压的稳定。
( 2) 不平衡负载仿真结果
为了模拟负载不平衡情况下的负载,此次仿真设计了三相不平衡的负载参数,负载参数分别为A相负载参数为电阻2Ω,电感0. 008H,B、C相负载参数电阻3Ω,电感0. 008H,这样就模拟了三相不平衡负载的环境。
通过采用正负双序同步控制之后,对比图8( a) 和图8( b) 补偿前后三相负载电流的波形图,可以看出,采用双序控制之后三相电流明显得到平衡控制, 三相不平衡的负序检测电流如图9所示,网侧电流运用正负双序控制策略后稳定输出,对不平衡负载的电流补偿效果明显,对负序电流的补偿控制方法而得到了验证,通过图10可以看出能够稳定直流侧电压,仿真补偿效果良好,实时性与功能性得到了验证。
整个系统实验的主控部分是由目前控制领域最先进的微处理器之一的32位定点DSP控制器TMS320F2812为主要芯片的控制板、测量和电源板、信号调理板等构成,由于应用高性能的DSP专用信号处理芯片使得控制系统本身的反应时间在5 ms以内。本文在实验室对实际的三相平衡阻感负载系统进行了算法的实际验证,对实际阻感负载进行在线补偿,由图11( a) 可以看出负载的电压与电流有一定的相位差。本次实验是在实验室条件下针对三相平衡阻感负载引起的功率因数低的情况下, 来对理论进行实际验证与测试,本次实验的实验数据为: 三相电网相电压为53V,ADCLK =15MHz,其中针对相应的IGBT的死区时间为Tdelay= 4μs,逆变器直流侧电容进行并串联组合,为了防止高次谐波进入电网就加入电感值为5mH的滤波电感,具体的PI参数为kp= 0. 06,ki= 0. 001,输出的滤波电容数值为600μF,实验过程分为两部分来做:
一是针对无功提取的算法设计,通过瞬时无功理论的支持,对三相电网电流经过d-q轴坐标变换提取到电网中的无功电流成分; 二是针对空间矢量的PWM脉冲波的调制,通过对提取的三相无功电流,首先要根据Clark变换,将三相坐标系转换成两相直角坐标系,在直角坐标系下进行算法的运算,然后再进行时间的求取,再分配,最后由求得到基本矢量的作用时间与三角载波比较产生脉冲响应去控制主电路开关器件IGBT的通断。
通过对实验结果的分析得到电网的功率因数提高到接近1的数值,从图11可以得到一定的结论, 针对平衡阻感性负载通过SVG的实时补偿和借助瞬时无功理论的理论支持可以实现补偿,效果比较接近理想数值。
6结论
不平衡补偿 篇6
1 传统低压无功补偿装置的补偿方法
通过对南京供电公司某片区587台配电变压器监测仪采集的数据显示,经统计约有57.58%的公用配电变压器不平衡度超过了20%,三相不平衡度分布情况如表1所示。不平衡度变大,不仅引起低压配电网功率因数低下,而且带来了损耗的增大。
目前应用较广的低压无功补偿装置一般采用三相共补、单相分补、共补与分补结合的3种电容补偿方法,共补是指三相同时投入等容量的三角形接法补偿电容,分补是指在各相投入星形接法的补偿电容[2]。传统低压无功补偿装置采用共补分补混合补偿的方法,其原理是:系统三相功率因数偏低时,先投入等容量的共补电容,若在共补电容投入后,某相功率因数还是偏低,则在不过补偿的情况下,各相再分别投入分补的电容进行补偿。该补偿方法虽然可以补偿无功,但由于其接在相与相间的共补电容是等量的,不能达到转移有功电流的目的,所以无法对三相不平衡度进行调节。为了达到既补偿无功,又调节三相不平衡的双重目的,应用一种全电容的调节补偿模型,并对此进行优化,达到了很好的调节补偿效果。
2 三相不对称调节补偿方法及模型
2.1 三相不对称调节补偿的基本原理
三相不对称调补方法与共补分补混合补偿方法的差异在于接在相与相间的电容是不等量的,它的基本原理是利用负荷中的电感,通过适当地在相与相之间、相与零线之间接入不等容量的电容,从而实现在补偿系统功率因数的同时,又可调整三相负荷的不平衡度[3,4],其工作原理如图1所示。
2.2 三相不对称调补模型
在三相四线制的电压配电网络中,假设变压器低压出线端的三相电压幅值相等,相位相差120°,即:
设CAB为加在AB相上的电容器容量,则对于A相,AB相上电容器产生的,根据相量法,则可分解为与A相平行的纯有功电流及与A相垂直的纯无功电流,相量图如图2所示。即:
由图1可知,超前了A相180°,与A相有功电流的方向相反,从而转移了A相部分的有功功率;超前了A相90°,从而补偿了A相部分的无功功率,则转移和补偿的有功功率、无功功率分别为:
对于B相、C相,同理可推导得到加在BC,CA相间的电容量CBC,CCA对应相所转移的有功功率量和补偿的无功功率。
设定Pa,Pb,Pc分别为调补前的各相有功功率;Qa,Qb,Qc分别为调补前的各相无功功率;PA,PB,PC分别为调补后的各相有功功率;QA,QB,QC分别为调补后的各相无功功率。则可以得到:
CAY,CBY,CCY分别为加在A,B,C各相的电容量,其分别补偿了各相的无功功率,代入式(3)得到最终调补模型为:
2.3 优化模型的建立
在三相四线制的配电网中,可将中线电流表示为各相电流的矢量和以及配变运行时的总损耗。根据系统运行指标要求,可以确定以配变损耗最小为目标对调补模型进行优化,并相应地建立目标函数。该目标函数为:
式(5)中:Rf为绕组电阻;R0为零序电阻。
结合实际加在各相中和各相间的电容量是有限制的情况,可以得到调补模型的约束条件为:
式(6)中:const为一个常数。
在实际应用中还要求各相投入的电容量不得过补偿,所以调补模型还必须满足以下条件:
从上述模型可见,式(5)的目标函数是非线性的。因此,该优化模型是带约束条件的非线性最优化的问题。
3 算例优化与仿真验证
3.1 算例优化
在理论推导的基础上,利用MATLAB软件中的fmincon函数来求多变量有约束非线性函数的最小值[5]。
(1)算例1。某一型号为S11-315 k VA/10 k V的配电变压器,其零序电阻R0=0.121Ω,绕组电阻R1=0.008 50Ω,其低压侧调补前各相的有功功率、无功功率分别为:
假定加在各相中的星形电容量为25.00 kvar,各相间的三角形电容量为39.00 kvar,即调补模型约束条件为:
为了各相投入的电容量不过补偿还需满足式(7)条件。现把上述的约束条件输入fmincon函数,得到的优化结果为:
因实际应用中的电容器组一般为整数,则:
(2)算例2。基于算例1的原始数据,改变了其低压侧调补前各相的有功功率、无功功率,而在其他约束条件不变时,改变后的功率不平衡度比算例1更大。
经把约束条件输入fmincon函数,得到的优化结果为:
因实际应用中的电容器组一般为整数,则:
3.2 仿真验证
利用MATLAB的SIMULINK工具箱进行仿真来验证以上优化结果的正确性,算例1中A相有功功率、无功功率变化的仿真结果如图3所示。调补前后的网损变化的仿真结果如图4所示。
通过图3可以看出,A相在0.2 s进行调补后的无功基本降到0,达到了补偿的目的,同样可对B相、C相进行仿真,通过仿真结果不难看出,补偿后的三相有功功率基本相同。根据前面的分析可知,在三相基本对称的情况下网损可以达到最小。由图4可见,在0.2 s前未进行调补时,网损均在3.6 k W以上,进行调补后网损基本稳定在1.6 k W左右。该仿真结果验证了理论推导和优化结果的正确性。算例2的仿真结果如图5、图6所示。
由图5、图6可见,虽然本算例的负荷不对称度很大,但调补后的三相有功功率仍基本相同,三相无功功率也只有很小的波动,网损则大幅度下降。
4 与共补分补方法的比较
根据共补分补方法的原理,结合上节中算例1的数据,得出各相中和相间的共补分补的电容量为:
利用得出的各相中和相间的补偿电容量值,对上述配电变压器低压侧在补偿电容量前、共补分补和调补后的各参数指标进行比较,比较结果如表2所示。
表2中,εi为三相不平衡度。从表2中的数据可以看出,采取共补分补后,功率因数得到了很大提高,但三相不平衡度基本没有得到调整,补偿前为20%,补偿后为19.9%;采取调补后,不仅功率因数得到很大的提高,而且三相不平衡度从补偿前的20%显著下降到2.17%;还有对于配变损耗,调补比共补分补减少了0.569 k W,因此调补的效果十分的明显。
根据共补分补方法的原理,结合上节中算例2的数据,算出了各相中和相间的共补分补的电容量且为:
利用得出的各相中和相间的补偿电容量值,对上述配电变压器低压侧在补偿电容量前、共补分补和调补后的各参数指标进行比较,比较结果如表3所示。
由表3可见,算例2补偿前的三相不平衡度达到32.28%,采用共补分补后只略有改变,三相不平衡度为32.05%,而采用三相不平衡全电容补偿的优化方法的三相不平衡度仅为1.60%。可见该方法对功率不平衡度大的有效性。
5 结束语
针对三相四线制的低压配电网三相不平衡,并根据配电网中实际负荷大都为感性负荷的情况,结合无功补偿尽量只使用电容、而不使用电感的原则利用矢量分析法,分析得出全电容调补模型,根据全电容调补模型,以损耗最小为优化目标得出调补的电容量,再通过仿真验证其正确性,最后通过不平衡补偿前、共补分补后、调补后几种情况下各参数的数据比较,可以清晰地看出全电容调补不仅补偿了无功,而且三相不平衡度也显著下降,配变损耗也明显降低,充分体现了其优越性。但由于受电容容量的限制,实际控制中无法根据理论计算的电容补偿值进行准确的补偿,因此这种控制是有级差的控制,只能在电容器组容量配置有限的条件下找到一种最接近的投切控制方案。如何尽量做到有电容可投,电容配置如何细分,这还需要进一步的研究。
参考文献
[1]杨云龙,王凤清.配电变压器三相不平衡运行带来的附加损耗、电压偏差及补偿方法[J].电网技术,2004,28(8):73-76.
[2]范斌,孟文博,徐正光.三相非对称系统对称化补偿的研究[J].微计算机信息,2007,23(19):294-295.
[3]王焕,王永强.低压无功补偿装置的探讨[J].电气制造,2008(12):60-62.
[4]张永军,孟文博.三相不平衡与无功功率综合补偿系统的研究[J].电工技术杂志,2004(12).
不平衡补偿 篇7
随着电力电子技术的不断创新和发展,多电平变换器在高压大功率静止无功补偿器(STATCOM) 中的应用越来越广泛[1,2,3,4],和传统的两电平逆变器相比,多电平变换器具有无可比拟的诸多优点:克服了电力电子功率器件耐压低的缺点,通过增加级联的模块单元就可提高输出电压等级,利用较低的开关频率就可输出较高的电压波形质量,从而减小了开关损耗[5,6,7],除此之外,由于模块化结构设计,便于组装生产和维护,具有很好的容错能力。
目前在世界各国范围内研究最多的三种多电平变换器是:级联H桥星型接法(cascaded H-bridge converter with star configuration, CHBY),级联H桥角型接 法 (cascaded H-bridge converter with star configuration, CHBD) 和模块化 多电平变 换器 (modular multilevel converter, MMC)[8,9,10]。当这三种多电平变换器应用于高压大功率STATCOM时,它们中的每一个模块单元都需要并联一个大容量的电容,如果不采取任何措施,这些诸多悬浮的电容电压将处于不平衡状态,这将严重威胁着STATCOM的正常安全运行[11,12,13,14]。
本文主要研究这三种STATCOM在电网发生不对称故障和带不平衡负载时对直流侧电容电压的影响,分析它们在电网电压不对称的情况下补偿不平衡负载的能力,通过Mtalab仿真,验证本文理论分析的正确性和有效性。
1CHBY补偿性能分析
1.1CHBY数学模型
如图1所示为CHBY的拓扑结构,在三相三线制系统中,零序电压不会对输出电流造成影响,因此,针对CHBY的控制称之为一维自由度控制,下面的分析中CHBY的三相输出电压忽略了高频谐波电压分量[15]。
式中:uia,uib和uic分别表示CHBY的三相输出相电压;Up、Un和U0分别表示输出相电压的正序分量、负序分量和零序分量的幅值。
当基于CHBY的STATCOM补偿不平衡负载时,三相输出电流可以表示为
式中:ica、icb和icc分别表示CHBY的三相输出电流;Ip和In分别表示输出电流的正序分量和负序分量幅值。
每相吸收的平均功率为
其中:
实际上,当CHBY作为STATCOM进行功率变换时,也要消耗有功功率,功率损耗可以表示为
在稳态运行时,变换器每相吸收的功率必须等于消耗的功率,联合式(3)和式(4)可得到如下方程式成立。
方程式(5)表明总的吸收功率的变化量与Ppp和Pnn密切相关,通过控制Ppp和Pnn可以补偿整个系统的损耗。方程式(3)中的其他变量主要引起功率在三相之间的分配,把式(5)代入式(3)中可以得到每相的功率平衡方程为
通过解功率平衡方程式(6)可得到零序电压幅值为
方程式(7)表明当STATCOM补偿不平衡负载时零序电压的幅值必须非常的高,尤其当正序电流幅值和负序电流幅值比较接近的时候,这在实际工程中是不允许的,因为考虑到整个系统的成本变换器直流侧电压的幅值不可能很高。
1.2CHBY仿真验证
为了验证上述理论分析的正确性,在Matlab/ Simulink上搭建了基于CHBY的STATCOM仿真模型,图2所示为仿真实验波形图。在仿真的开始阶段,STATCOM只补偿无功功率,CHBY三相直流侧电容电压之和处于平衡状态,并且零序电压的幅值很小甚至忽略不计。从0.3 s开始STATCOM不仅要补偿无功功率而且要补偿负序电流,此时模块单元直流侧电容电压开始迅速偏离参考值并且零序电压也在不断增加,系统处于不稳定状态。因此,基于CHBY的STATCOM不适合补偿不平衡负载,这和前面的理论分析是一致的。
2CHBD补偿性能分析
2.1CHBD数学模型
图3所示为CHBD的电路拓扑结构图,对于三相之间的电压平衡来讲,零序电流可以称之为一维自由度[16,17]。在考虑不平衡情况下,三相电网电压包含正序电压和负序电压,不平衡负载电流也包含正序电流和负序电流,因此,CHBD的三相输出电压和电流可表示为
式中:uiab、uibc和uica分别表示CHBD的三相输出线电压;Ulp和Uln分别表示输出线电压的正序电压幅值和负序电压幅值。
式中:icu、icv和icw分别表示输出CHBD的三相输出电流;Ilp、Iln和I0分别表示输出电流的正序、负序和零序电流幅值。从式(1)、式(2)和式(8)、式(9) 的对比中可以发现,星型接法中含有零序电压分量, 但不含有零序电流分量,而角型接法恰恰与其相反。
根据上节中根据CHBY类似的分析方法, CHBD吸收的功率可以通过式(8)和式(9)计算得到, 根据功率平衡,零序电流幅值可表示为
方程式(10)表明当电网电压发生严重不对称时,零序电流的幅值可以达到很高的值,尤其当电网正序电压幅值和负序电压幅值比较接近的时候。 实际上,功率开关管的通流能力是有一定限度的, 以目前的电力电子技术水平功率开关的通流能力不可能很高。所以,基于CHBD的STATCOM在电网电压发生故障不对称的情况下由于受到开关管通流能力的限制不能很好地补偿不平衡负载。
2.2 CHBD仿真验证
图4所示为基于CHBD的STATCOM的仿真实验波形,在0.3 s之前STATCOM能很好地补偿无功功率。在0.3 s时刻,电网发生故障导致电网电压严重不对称,流过角型闭合回路的零序电流迅速增加,并且三相之间的直流侧电压不再保持平衡,系统处于不稳定状态,这也和前面的理论分析是吻合的。
3MMC补偿性能分析
3.1MMC数学模型
MMC的主电路拓扑结构如图5所示,当考虑电网电压不对称的情况和补偿不平衡负载时,MMC
三相输出电压和电流可表示为[18,19]
式中:us,a、us,b和us,c分别表示MMC三相输出电压;Up和Un分别表示输出电压的正序和负序电压幅值;ic,a、ic,b和ic,c分别表三相输出电流;Ip和In分别表示电流正序和负序幅值,可以看出MMC的输出电压和输出电流中均不含有零序分量,这是由于MMC的拓扑结构决定的。
MMC拥有两个或者三个自由度为环流提供闭合回路,总的直流侧电压和直流环流成分平均在三相之间分配,考虑由直流环流成分引起的功率变化, 则MMC每相吸收的功率为
与方程式(3)相比,方程式(13)多了由直流环流成分引起的功率Pdc,x(a,b,c),Pdc,x(a,b,c)的表达式如式(14)所示。
MMC稳态运行时,MMC交流侧功率和直流侧功率处于平衡状态,根据方程式(13)、式(14)可得直流环流表达式为
式中,E表示总的直流母线电压,方程式(15)表明由于E的值比较大,即使在电网电压严重不对称的情况下补偿不平衡负载时,环流依然很小甚至可以忽略不计。
3.2 MMC仿真验证
图6所示为基于MMC的STATCOM仿真实验波形,在0.3 s之前,电网电压处于平衡状态MMC可以用来补偿不平衡负载。在此种情况下,可以通过引入微小的直流环流使每相的直流侧电容电压很好的处于平衡状态;在0.3 s时刻电网电压发生严重不对称,电网电压正序分量和负序分量几乎相等, MMC系统依然用来补偿不平衡负载;在此过程中可以看出,电容电压平衡控制算法依然有效,每相的直流电压经过短暂的微小波动后又恢复平衡状态,在如此严重不平衡的情况下,直流环流成分依然在可以接受的范围内。因此,基于MMC的STATCOM即使在电网电压发生严重不对称故障时依然可以很好地补偿不平衡负载。
4结论
本文首先对三种主要的多电平变换器级联H桥星型接法,级联H桥角型接法和模块化多电平分别建立数学模型 并进行了理论分析 , 然后通过Matlab/Simulink进行仿真分析验证了理论分析的正确性。最后得出结论:基于CHBY的STATCOM不适合补偿不平衡负载;基于CHBD的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障不对称时补偿不平衡负载的性能迅速降低;基于MMC的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。
摘要：为了准确分析级联H桥星型接法变换器、级联H桥角型接法变换器和模块化多电平变换器在电网故障情况补偿不平衡负载的能力,根据功率平衡原理分别建立了这三种多电平变换器的数学模型进行对比分析,并得出结论:基于级联H桥星型接法的STATCOM不适合补偿不平衡负载。基于级联H桥角型接法变换器的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障时补偿不平衡负载的性能迅速降低。基于模块化多电平变换器的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。最后,基于Matlab/Simulink仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性。
不平衡补偿 篇8
本文的研究工作是针对在配电系统中, 对于公用配电变压器由于使用对象为居民区或农村电网, 不平衡现象特别严重的现状提出来的, 试图为解决配电系统中无功补偿的问题做一些应用基础性的研究工作, 将电力有源滤波器的研究向实用化迈进。本文主要仿真研究新型并联电力有滤波器的对配电系统三相不平衡负荷进行无功补偿和谐波抑制及其情况、效果及其有关问题。
有源电力滤波器 (APF) 是当今电能质量综合治理的新技术研究热点之一。因此作者也一并说明并联型有源电力滤波器的系统构成和控制方式, 得到了用于配电系统三相不平衡负荷的并联型有源电力滤波器的数学模型, 通过比较, 得出最行之有效的控制方法。
并联型有源电力滤波器系统比较复杂, 包括非线性器件, 作者通过分析其工作原理, 得到了适用于MATLAB (一种通用的基于矩阵运算的数字仿真软件包) 仿真的数学模型, 进行了各模块的参数设计, 并通过该模型对并联有源电力滤波器进行仿真, 仿真的结果表明该模型可以方便、有效地仿真并联有源电力滤波器且得到了理想的要求。
1 利用有源电力滤波器进行补偿的原理
如图1所示为最基本的有源电力滤波器系统构成的原理图。图中, Us表示交流电源, 负载为非线性负载, 它产生谐波并消耗无功功率。
有源电力滤波器系统主要由两大部分组成, 即指令电流运算电路和补偿电流发生电路 (由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成) 。
指令电流运算电路的功能主要是从负载电流iL中分离出谐波电流分量iLH和基波无功电流iLq, 将其反极性后作为补偿电流法的指令信号ic*= (iLh+iLq) 。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ic应跟踪ic*的原则, 计算出主电路各开关器件的触发脉冲, 此脉冲经驱动电路后作用于主电路, 产生补偿电流ic, 由于ic*≈ic, 所以
即电源电流is中只含有基波的有功分量iLp, 从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。
2 用于三相不平衡电路检测的ip-iq运算方式
以三相电路瞬时无功功率为基础, 检测三相电路的三种运算方式, 分别为p-q运算方式、ip-iq运算方式和dq运算方式。介绍用于本配电系统三相不平衡的基于瞬时无功功率理论的ip-iq运算方式, 用此方法来检测谐波和无功电流之和, 如图2所示。
其中
该方法中, 需要用到与a相电压ea同相位的正弦信号sint和对应的余弦信号-cost, 它们由一个锁相环 (PLL) 和一个正、余弦信号发生器得到。根据定义可以计算出ip、iq经LPF滤波得到ip、iq的直流分量。这里ip、iq是由iaf、ibf、icf产生的, 因此由ip、iq即可计算出iaf、ibf、icf, 进而计算出iah、ibh、ich。
在本方案中, 要检测谐波和无功电流之和, 只需断开图2中计算ip的通道即可。这也是本文检测环节的思想。
在对瞬时无功功率理论进行了深入研究, 发现基于ip-iq运算方式的谐波电流检测法在对三相电流进行3/2相变换时, 三相电流ia、ib和ic中的零序分量相互抵消, 所以三相电流中的零序分量不影响该谐波电流检测法应用于三相四线制电路。数学证明如下。
考虑到三相四线制电路三相电流的一般性, 设三相电流ia、ib和ic包含基波和各次谐波的正序、负序和零序电流, 分别为
式中下脚标中的1表示正序, 2表示负序, 0表示零序, n表示谐波次数 (当n=1时表示基波) , I表示电流有效值, 表示初相角。将它们变换至α-β两相。
对比式 (1) 和式 (2) , 可见两式完全相同, 即三相电流中的零序电流分量相互抵消, 继续用基于ip-iq运算方式的谐波电流检测法的后续运算过程, 同样能够准确提取三相电流中的基波正序电流分量, 当然也不会影响对三相谐波、零序和负序电流分量的检测。至此可以得出结论, 文献[1]中介绍的适用于三相四线制电路的谐波检测方法, 要求对三相电流ia、ib和ic剔除零序分量的预处理是完全不必要的。本文提出的谐波电流检测法更加简便, 有利于实际物理系统的实现, 提高电流检测的实时性。
3 利用并联型有源滤波器对配电系统不平衡负荷进行仿真和分析
3.1 仿真模块设计
在如图3所示的仿真模块中, 电源是三相工频交流电, 相电压有效值220V, 频率50Hz, 它是由Power system blocketelectrical sources模块中的ACvoltage source信号源提供;Zs是电源阻抗和线路阻抗的等效阻抗, 此部分三相设置相同的值;负载设置成三相不平衡, 为了便于分析, 同时体现补偿的效果, 本文将各相设置成幅值不等以及各相间的相位值相当接近。图2为ip-iq运算方式的原理图, 表示了使用ip-iq运算方式求取补偿电流指令信号的方法。该方法用一个锁相环和一个正、余弦发生电路得到与a相电源电压ea同相位的正弦信号sint和对应的余弦信号-cost, 这两个信号与ia、ib、ic一起计算出ip、iq, 断开iq通道, 经LPF滤波得出ip的直流分量再以变换可以算出各相的谐波电流分量iLh和基波无功电流iLq之和。根据图和公式就可以用SIMULINK构造出如图4所示的运算电路, 具体仿真电路图如图3所示。在这个电路中, 锁相环和正、余弦发生电路采用的是Power system blocketExtra LibraryDiscrete Control Blocks中的Discrete1-phase PLL模块;C32和C23的模块要搭建, 如图5所示同时要注意断开iq通道后对整个被封装的子系统建立的影响;选择其滤波类型为:低通滤波器, 并把LPF的截止频率设为10Hz。
3.2 仿真波形及其分析
从图6中的三相负荷的电流波形, a, b, c相的电流幅值分别是4.5A, 6.5A, 2A, 幅值不等时, 三相的相位十分相近, 这与各相间相位相差120°的要求相距甚远。同此可见本文构造了一个不平衡比较严重的负荷。
图7为补偿0.2秒稳定后的波形, 补偿后三相电流波形幅值基本上相等, 同时, 补偿后的三相基本上相差120°, 补偿效果相当不错。从该图可以看到, 系统a相电压和补偿后的a相电流的相位差不多, 这说明功率因素也得到了提高。因系统三相电压是相差120°, 同理可推知b相和c相的功率因素也得到了提高。同时, 由之前的图6可知c相含一定的谐波, 补偿后谐波并不明显了。
由此可知, 补偿前电流和补偿后的电流的相位发生了变化。由图6中可知, a相负荷电流补偿前呈感性, 是滞后的, 补偿后电流的相位提前了;b相是纯电阻的, 故其补偿前后的相位是不变的;c相电流补偿前呈容性, 是超前的, 补偿后滞后了。因此, 补偿后的三相电流的相位能相差120°。
结语
该并联混合型有源电力滤波器的主电路采用IGBT, 由于IGBT具有良好的可控性, 因此, 该滤波器可以快速地反映波形的变化, 这使得该有源滤波器具有良好的跟踪性和实时的无功补偿效果。从有源滤波器的总体结构来看, 该有源电力滤波器结构简单, 根据瞬时无功功率理论设计出的电路, 不仅提高了检测和运算的速度, 而且降低了滤波器的损耗, 经济上是可行的。本文主要仿真研究新型并联电力有滤波器的对配电系统三相不平衡负荷进行无功补偿和谐波抑制及其情况、效果及其有关问题。
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如何看待发展不平衡问题 篇9
经济学所讲的平衡，是指国民经济各组成部分处于一种结构合理、相对协调的状态，此时系统功能达到了最优。不平衡则是指相反的一种状态。任何一个经济体都是不断运动发展的，在运动发展中旧的平衡被打破，不平衡出现，再通过矛盾的不断解决使新的平衡得以实现。所以，不平衡是绝对的、长期的，平衡是相对的、暂时的。
我国发展不平衡问题的成因
改革开放30多年来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，但也出现了较严重的发展不平衡问题，主要体现在区域发展不平衡、城乡发展不平衡、居民收入差距不断扩大、经济社会发展不平衡、经济发展受到资源与环境的约束加剧等方面。
我国发展不平衡问题由未已久，其原因有历史的、现实的、自然的、社会的、体制与机制的、政策与措施的等很多方面。改革开放前30年的计划经济体制时期，包括上世纪70年代至80年代初，国家对东北和西部地区进行大规模工业化建设，主要项目是重工业和国防工业。当时东北的经济总量与东部差别不大。随着改革开放进程的不断加快，特别是1992年以后，市场在资源配置中的基础性地位不断强化，东部地区具有地理位置优势、人才优势、政策优势、投资环境优势，成为吸引和利用外资的主要区域。由于投资效益最高，国内资金、人才等生产要素不断流向东部地区，形成了东部地区快速发展之势，迅速拉大了其与中西部及东北地区的差距。
改革开放的前30年，我国实际实施的是不平衡发展战略，即要让一部分地区、一部分人先富起来，然后先富起来的地区帮助落后地区，实现共同致富。开放政策的路径是由点到线再到面，即由四个特区，到沿海14个开放城市，再到内陆。沿海省份是改革开放的排头兵，占尽了政策优惠、区位优势，率先发展起来。等到优惠政策惠及内陆地区，区域发展差距已经拉开。可以说，今天我国区域发展不平衡的现实是过去不平衡发展战略的结果。
我们对发展的片面理解和不科学的认识是导致今天产生不平衡的思想原因。邓小平提出发展是硬道理，十一届三中全会把党的工作重心转移到经济建设上来，这是总结我国改革开放之前30年社会主义革命和建设经验教训后的正确抉择。但实际上，我们把发展片面理解成了经济总量的增长，片面追求GDP的数量扩张。由于对发展的不科学、不全面的认识导致发展方针的偏差，经济与社会发展不平衡，经济增长方式长期无法转变，结构不合理问题长期得不到解决，经济增长与资源、环境、生态的矛盾不断加深，经济总量不断增长的同时出现内外失衡，内部失衡表现为产能过剩和流动性过剩，外部失衡表现为“双顺差”。
“三农问题”一直是困扰我国工业化、城镇化、现代化、国际化的根本性问题。1984年以后我国改革的重心由农村转向城市，城市发展加速，三农问题没有得到应有的重视，工业化重点在城市推进，城市的定位视野窄，没有做城乡一体化考虑，城市基础设施和公共服务局限于自我发展的圈子里，辐射功能、带动功能、聚集功能、龙头作用没有发挥出来。城市的功能不全、基础设施没有向周边乡镇延伸，户籍制度阻碍了城乡人口流动，使我国城乡差距越来越大。
在分配问题上，我们先是采取了按劳分配与按要素分配相结合，坚持效率优先、兼顾公平的原则，实际执行的结果是要素收入高于劳动收入占比，突出效率优先了，公平原则没有兼顾，居民收入差距不断扩大。
正确认识发展不平衡问题
一是要看到发展不平衡的存在是有客观性、合理性、积极性的一面。只要我们引入市场机制、进行市场化改革就必然出现发展不平衡问题，产生区域、城乡、居民收入的差距和“外部性”问题，这些是市场机制失效的具体表现，也意味着政府宏观调控的不可或缺。我们要看到，改革开放后期不平衡的产生和存在与改革开放前的不平衡是不可等同的，这是在经济持续30年的快速发展、人均GDP已超过3000美元、经济总量已跃居世界第2位的基础上出现的发展不平衡，是发展中的问题，是在各地区、城乡、全体居民实力大增，生活水平大幅度提高基础上的相对不平衡，同改革开放前一穷二白、物资匮乏、资源短缺的不平衡不可同日而语。
从积极的角度看，发展不平衡能够形成竞相发展的局面，导致活力倍增，为经济社会持续、快速发展提供动力。回顾改革开放30年的历程，正是当初按照邓小平同志的指示，建立了“四个”特区，打破了计划经济体制造成的僵化局面，整个经济开始有了活力。珠江三角洲的搞活和率先改革开放带动了其他地区的比学赶超，虽然地区差距出现了，但是起到了满盘皆活的效果。没有收入分配制度的改革、不打破平均主义大锅饭，就难以做到人尽其才，调动每个人的积极性。
二是要看到当前的发展不平衡存在着严重的弊病，孕育着严重的后果，危及可持续发展。区域发展不平衡长期得不到改善，差距过大，会进一步造成生产要素向发达地区集中，发达地区资本过剩、人才过剩、人口过密，出现城市病。而欠发达地区则相反，易产生马太效应，强者恒强，弱者更弱。分化的结果是整个经济体结构功能下降，发展速度下滑。城乡差距过大会加剧城乡矛盾，广大农村居民的消费能力进一步萎缩，对于构建内生型经济增长方式、扩大消费需求不利，也不利于加快城市化进程、消除二元经济结构。在社会保障体系尚不健全的情况下，居民收入差距不合理扩大会使一部分低收入者生存成为问题，直接影响社会稳定。
三是既要正视和承认发展不平衡这种客观现实，又不能以此否定改革开放和完善社会主义市场经济的正确方向。对发展不平衡这一严峻问题视而不见是错误的，但也不能因发展出现严重不平衡问题而否定改革开放和中国特色社会主义方向，目前出现的发展不平衡说明我国的发展水平还不够高，改革还不到位，开放还不全面，社會主义市场经济体制有待进一步完善，而不是相反。
切实解决发展不平衡问题
解决发展不平衡问题不是要彻底消除各种差距，而是要把差距控制在合理的范围内，实现协调发展。发展不平衡问题是长期发展过程中各种因素共同作用的结果，只能通过有力的政策措施逐步加以解决。
一要全面贯彻落实科学发展观，统筹区域、城乡、经济与社会、人与自然、国内与国际五个方面的发展。要以科学发展观指导、检验我们的各项工作，使我们的发展观念从过去的片面、不协调的、不够科学的转变为全面、协调、可持续的科学发展观上未，坚持以人为本的出发点。
二要落实好已有的区域发展政策，保持东部发展势头，加快实现东北振兴，促进中部崛起，继续推进西部大开发。国家在已出台的政策基础上尽快完善配套政策和实施细则，从区域经济社会协调发展的高度调整投资结构和战略性资源的配置，充分调动各地区的积极性，发挥区域优势。
三要加快推进城镇化、城乡一体化和新农村建设进程。目前我国的城市化率仅为45.6％，推进城镇化不但是解决城乡差距的根本措施，也可以为我国未来的经济可持续发展提供不竭的动力。
四要加大力度推进收入分配制度改革，调整收入差距。提高工资收入占初次分配的比重、劳动者报酬占国民收入的比重，完善个人所得税机制，规范垄断部门的高收入，消灭各种不合理、不合法收入。
五要利用国际金融危机、低碳经济形成的倒逼机制推进我国新型工业化进程，加快经济结构调整步伐，转变经济发展方式，缓解资源环境生态压力。
不平衡补偿 篇10
近年来,随着中国经济与社会的快速发展,大型生产设备和设备单机容量不断增加,动力设施和装备出现重大突破。很多企业日耗电量巨大,负荷呈非线性和冲击性,引发了多种电能质量问题,主要包括功率因数低、谐波含量高、三相不平衡、功率冲击、电压闪变和电压波动[1]。因此在电力系统运行中,谐波的抑制、无功功率的补偿、改善电能质量、提高功率因数和减少电能损耗已成为电力系统中的一个重要研究课题[2]。
有源滤波器APF(active power filter)是一种用于抑制动态谐波和补偿无功功率的电力电子设备。它可以有效地克服传统的无源滤波的缺点,对不同幅值和频率的谐波进行补偿,在谐波抑制方面有着广阔的应用前景[3]。因此,本文提出对有源滤波器采取一种新的控制方式可提升系统电能质量,即直接控制电源电流方式。
1 直接控制电流的APF主回路、补偿原理以及控制技术
1.1 APF主回路
有源滤波器的实质就是一个波形发生器,可以产生任意波形。通过一定的谐波检测单元计算负荷侧的谐波电流,然后依此为依据提供补偿电流,消除谐波电流,从而达到补偿的目的。经过补偿后的系统电流接近于理想的正弦波形。
采用直接控制电源电流的方式,实际上和传统的控制方式是等效的,与传统的APF系统相比省去了复杂的谐波、无功的检测单元及相应的硬件电路[4,5]。APF主回路原理如图1所示。
目前,大多数有源滤波器都需要检测谐波和无功电流,将检测的结果作为补偿的依据,然后通过有源滤波器提供补偿电流ic消除非线性负载造成的无功和谐波电流。
设电源电流为is,负载电流为iL,则补偿电流ic应满足:
ic=iL-is 。 (1)
1.2APF补偿原理
APF控制系统结构图如图2所示。
从图2可知,采用直接控制电源电流的有源滤波器,补偿电流设定值i*的幅值Im是由直流侧电容电压的设定值与实际值的ΔUC差值,通过PI控制器调节后获得;补偿电流设定值i*s是PI控制器输出的Im乘以和系统电源相位相同的单位正弦信号得到的,然后将补偿指令电流的设定值i*s和电源电流的实际值is的差值Δis作为滞环比较的输入信号。
式中:Vsa、Vsb、Vsc为三相电网电压的相电压;Vm为峰值电压。
式中:Im为基波有功电流的有效值;i*sa、i*sb、i*sc为三相电流的设定值。
1.3APF控制技术
电流补偿控制技术常用的方法有滞环电流控制和三角波调制控制。滞环电流控制是一种非线性闭环电流控制方法,其利用滞环比较器形成一个以给定电流为中心的滞环或者死区,用反馈电流与给定电流的滞环比较误差控制逆变器的开关。滞环电流控制中电流反馈的存在加快了动态响应速度,增强了抑制环内扰动的能力,控制精度较高。
本文采用的控制方法为滞环比较控制方式中的定时控制电流跟踪方式,定时控制电流跟踪控制方式的原理图如图 3所示。
2三相不平衡时APF
电力系统不平衡是由于系统三相负载不对称引起的,由此产生的不平衡电流对系统的影响很大,而传统的瞬时对称分量变化是将任意一组不对称的三相分量分解为3组对称的相量。对于三相不对称性负载,包括线性负载和非线性负载,根据瞬时对称分量分解,可以分解为各次电流的正序、负序和零序对称分量。针对传统方法的复杂性,本文采用直接控制电源电流方式的APF对三相三线系统不平衡情况进行了补偿。由于本系统采用的是三相三线结构,这样在负载不平衡时,零序电流无法通过,因此,在分析时,忽略零序电流对系统的影响。而直接控制电源电流方式,则不需要检测无功电流,因为在APF进行滤波和补偿无功的时,直流侧电容和电网电流存在能量的交换,所以,电容电压和电容电流具有下面的动态关系:
根据能量的平衡可知,通过PI调节后得到有功电流Im为
根据式(4)得到的有功电流的参考值i*sa、i*sb、i*sc、is,可得到无功电流的参考值i*q为
。 (7)
3仿真分析
根据上述分析,对直接控制电源电流方式的有源滤波器在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,其中仿真系统的基本参数:系统电源电压为us=220 V,直流侧电容C=3 300 uF,电容电压的设定值为UCref=750 V,滞环比较器的环宽为1 A。
系统在t=0.05 s时投入有源滤波器,投入前,A相的电压电流曲线如图4 a所示,投入后,A相的电压电流波形如图4 b所示。通过对比可知,采用直接控制电源电流方式,谐波抑制和无功补偿的效果非常理想,完全满足要求。
投入有源滤波器前,三相电压电流曲线如图5 a所示。由图5 a可以明显的看出,三相存在严重的不平衡现象并且含有大量的谐波,投入有源滤波器后,三相电压电流曲线如图5 b所示。通过对比可知,采用直接控制电源电流方式的APF,可以使三相平衡,并且可以补偿无功,滤除谐波。
图6 为电源电流控制的APF的三相过渡过程。由图6可知,此种有源滤波器在启动时的过渡过程比较平稳,没有大的波动,并且系统达到稳定的时间较快。
图7为直流侧电容电压的波动曲线,由图7可知,采用普通PI调节,系统稳定到额定电压值750 V需要约0.5 s,超调量约50 V,电压波动不大,系统的响应速度较快,超调量较小。
4结论
针对传统APF复杂的谐波和无功检测单元,本文采用了结构简单的电源电流控制的APF,通过Matlab/Simulink环境下仿真表明,采用不检测谐波的APF同样能达到滤除谐波、补偿无功的目的。通过仿真对比可知,采用PI控制的有源滤波器响应速度加快,超调量减小,鲁棒性强。特别是在三相不平衡的条件下,可以较为准确的对三相进行补偿,使三相达到平衡状态,并且使系统迅速的达到稳定状态。
摘要：介绍了应用于三相三线制系统的有源滤波器的结构,采用直接控制电源电流的方式的无功谐波检测方法,分析了此种控制方式的有源滤波器的基本原理,并且在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,证明了在三相负载不平衡的情况下,此种控制方法的有效性和良好的补偿性。
关键词：有源滤波器,不平衡负载,PI控制
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