高壓電力有源濾波器的研制與應(yīng)用

1、題 目：高壓電力有源濾波器的研制與應(yīng)用目 錄摘要.11 研究依據(jù)41.1 項(xiàng)目背景41.2 煤礦供電系統(tǒng)中諧波的原因和危害61.3 與國(guó)內(nèi)同類技術(shù)比較81.4 項(xiàng)目研究的意義102 承擔(dān)單位的條件和工作基礎(chǔ)122.1 項(xiàng)目承擔(dān)單位122.2 項(xiàng)目協(xié)作單位143 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)143.1 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容143.2 項(xiàng)目的總體目標(biāo)144 項(xiàng)目研究的技術(shù)路線與關(guān)鍵技術(shù)154.1 基于瞬時(shí)無(wú)功理論控制算法154.2 電流跟蹤技術(shù)204.3 技術(shù)方案234.4 技術(shù)路線265 項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處285.1 項(xiàng)目的特色285.2 項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)296 項(xiàng)目的成果與技術(shù)指標(biāo)306.1 技術(shù)成果與形式30

2、6.2 設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)306.3 考核指標(biāo)30參考文獻(xiàn)摘要： 根據(jù)高壓電力有源波濾器項(xiàng)目研究的背景，并且把國(guó)內(nèi)外的技術(shù)相比較，取其精華，在一定的基礎(chǔ)上改革和創(chuàng)新，了解項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)路線和相應(yīng)技術(shù)，使項(xiàng)目研究取得一定的成果并有相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新。1 研究依據(jù)1.1 項(xiàng)目背景六礦主井供電系統(tǒng)入井6KV的電纜分三相接入三臺(tái)500KVA 6/1.14KV特種變壓器后，匯接到一臺(tái)變頻器，然后接入1000KW的電動(dòng)機(jī)。變頻器在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生大量的諧波，同時(shí)供電網(wǎng)上的諧波注入疊加后，使電動(dòng)機(jī)異常抖動(dòng)、發(fā)熱甚至有燒毀的危險(xiǎn)；三臺(tái)變壓器發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重；控制室內(nèi)的無(wú)功補(bǔ)償用的電容器被多次擊穿；控制柜里面的繼電保護(hù)多

3、次出現(xiàn)越級(jí)跳閘等現(xiàn)象和事故，為了主井出煤生產(chǎn)的安全，有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)、變壓器、電容器的運(yùn)行安全必須徹底抑制或治理諧波，使諧波控制在國(guó)標(biāo)規(guī)定的安全值內(nèi)。通過(guò)在1140V側(cè)，使用日制HIOKI 3196電能質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)試后得到的數(shù)據(jù)分析報(bào)告得知：電流的畸變率為69%、諧波電流的有效值為296.7A。針對(duì)1140V供電測(cè)諧波現(xiàn)狀，找出供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生根源和諧波特征，通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)各類諧波治理技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況和優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，設(shè)計(jì)出用于1140V供電系統(tǒng)的有源電力濾波器（APF）。煤礦廠諧波含量超標(biāo)將嚴(yán)重威脅礦井供電安全，目前針對(duì)煤礦廠的諧波裝置為無(wú)源濾波裝置，但存在著體積大、重量重等缺點(diǎn)。而有源電力

4、濾波器（APF）則可以實(shí)現(xiàn)諧波自動(dòng)跟蹤濾波，且體積小、重量輕。我國(guó)對(duì)煤礦業(yè)1140V供電系統(tǒng)APF的研究還主要集中在試驗(yàn)研究階段，此項(xiàng)目的成功應(yīng)用將推動(dòng)我國(guó)APF在煤礦行業(yè)的全面普及。同時(shí)在石油抽油機(jī)、鐵路電力機(jī)車(chē)牽引站、制造業(yè)中頻爐等用電環(huán)境中具有很大的需求市場(chǎng)。消除電網(wǎng)中的諧波可防止旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器過(guò)熱甚至燒毀；減少對(duì)電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置和電能計(jì)量?jī)x表等的危害，防止繼電保護(hù)誤動(dòng)作造成的重大停電事故；消除諧波對(duì)計(jì)算機(jī)通信、檢測(cè)儀表等用電設(shè)備的干擾?？蔀槊旱V供電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉(MFourier)分析原理證明，周期為T(mén)的信

5、號(hào)中有大量正弦波，其頻率分別為1/T Hz、2/T Hz、n/THz，稱頻率為 1/THz 的正弦波為“基波”，頻率為等 n/THz（n1）的正弦波為 n 次“諧波”。諧波也是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)。在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是各種大容量變流設(shè)備及其非線性負(fù)載所致，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。常見(jiàn)的諧波裝置有變壓器、各種變流裝置、整流裝置、交流調(diào)壓裝置、鐵磁非線性設(shè)備、提升裝置等，這些裝置都是存在的諧波源。這些用電設(shè)備的使用，使得電力系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生諧波。在煤礦供電

6、系統(tǒng)中，用電負(fù)載大多為感性負(fù)載。如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電抗器、相控交流電力調(diào)節(jié)裝置、絞車(chē)等，在運(yùn)行過(guò)程中都將產(chǎn)生大量的諧波，同時(shí)也要吸收大量的無(wú)功功率。1.2 煤礦供電系統(tǒng)中諧波的原因和危害隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，煤礦供電系統(tǒng)中大量的采用含半導(dǎo)體的非線性元件的負(fù)載，例如礦井提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、主排水泵、帶式輸送機(jī)、架線式電機(jī)車(chē)等設(shè)備節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備，諸如各種變頻器、交直流換流設(shè)備、變流器、整流設(shè)備、軟啟動(dòng)設(shè)備等。它們都會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生不同頻率和幅值的諧波。煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波的危害主要是造成電網(wǎng)的功率損耗增加，設(shè)備壽命縮短，接地保護(hù)功能失靈，遙控功能失常，線路和設(shè)備過(guò)熱等，還會(huì)引起變

7、電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電力互感器、變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，從而造成供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施損壞、元器件老化，造成電子保護(hù)裝置誤動(dòng)作，增大附加磁場(chǎng)的干擾等。諧波對(duì)煤礦設(shè)備與線路的主要影響分析如下：1) 變壓器。當(dāng)諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)，會(huì)導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會(huì)使鐵損增加。由于諧波所引起的額外損耗與電流和頻率的平方成比例上升，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降，效率降低。同時(shí)諧波還導(dǎo)致變壓器鐵芯振動(dòng)，噪聲增加，壽命縮短。2) 電動(dòng)機(jī)。諧波電流和電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)所造成的影響，首先是鐵損和銅損的增加，引起額外溫升，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低，同時(shí)還產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而增加噪聲，造成電動(dòng)機(jī)振

8、動(dòng)而降低使用壽命，嚴(yán)重時(shí)，電機(jī)燒毀。3) 補(bǔ)償電容器。諧波會(huì)造成電容器過(guò)電流，使電容器與供配電系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，這將造成電容器迅速發(fā)生故障。同時(shí)，電容器會(huì)放大諧波，增大諧波對(duì)礦井供配電系統(tǒng)的影響。4) 電力電纜。在導(dǎo)體中非正弦波電流與具有相同方均根值的純正弦波電流相比，會(huì)引起額外溫升。由于導(dǎo)體對(duì)高頻率諧波電流有集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，將導(dǎo)致電力電纜損耗( IR2)增加，電纜因過(guò)載而過(guò)熱，使額定載流量減小，發(fā)生導(dǎo)體絕緣放炮或燒毀存在火災(zāi)隱患。5) 通信和信息線路。當(dāng)供配電線路與通訊和信息線路平行或相距較近時(shí)，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，容易形成電場(chǎng)耦合和

9、磁場(chǎng)耦合，諧波會(huì)對(duì)通訊和信息系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，不僅影響聲、像的清晰度和信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備損壞，危及人身安全。6) 微機(jī)保護(hù)和控制設(shè)備。煤礦供配電系統(tǒng)中的諧波電壓和電流，會(huì)導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中各類保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，特別在廣泛應(yīng)用的微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化裝置中表現(xiàn)更為突出，容易引起越級(jí)跳閘，區(qū)域系統(tǒng)瓦解，造成故障擴(kuò)大等惡性后果。諧波還會(huì)使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差。采用 PLC 控制的設(shè)備可能發(fā)生失控、死機(jī)、程序紊亂等現(xiàn)象，對(duì)于采用晶閘管的變速裝置，諧波可能會(huì)使晶閘管誤動(dòng)作或使控制回路誤觸發(fā)。會(huì)使煤礦井下供電的高低壓供電系統(tǒng)上的漏電裝置誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響礦井供

10、電及生產(chǎn)安全。諧波如果不經(jīng)過(guò)治理直接進(jìn)入上級(jí)電網(wǎng)，將會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的諧波污染。1.3 與國(guó)內(nèi)同類技術(shù)比較抑制諧波主要有兩種方法：主動(dòng)的方法。從諧波源出發(fā)，減少諧波的產(chǎn)生，即設(shè)法提高電力系統(tǒng)中主要的諧波源即整流裝置的相數(shù)，或者采用高功率因數(shù)整流器、有源功率因數(shù)校正器等：被動(dòng)的方法。安裝濾波裝置，如無(wú)源電力濾波器、有源電力濾波器。無(wú)源電力濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可補(bǔ)償無(wú)功，又可抑制諧波，因而在電力系統(tǒng)中裝設(shè)無(wú)源電力濾波器一直是傳統(tǒng)補(bǔ)償無(wú)功和諧波的主要手段。但無(wú)源電力濾波器也存在濾波特性依賴于電網(wǎng)和負(fù)載參數(shù)，電感、電容參數(shù)漂移會(huì)導(dǎo)致濾波特性的改變，同時(shí)重量大，體積大，存在過(guò)載的問(wèn)題，易與電網(wǎng)發(fā)生諧振等缺

11、點(diǎn)。有源電力濾波器是電力系統(tǒng)中重要的電力電子技術(shù)應(yīng)用裝置，是保證電力系統(tǒng)良好運(yùn)行環(huán)境和城市電網(wǎng)改造所迫切需要的技術(shù)手段。與傳統(tǒng)的無(wú)源電力濾波器相比，有源電力諧波抑制裝置具有下列優(yōu)勢(shì)：1） 對(duì)頻率和大小變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，反應(yīng)快；2） 所需貯能元件容量較?。?） 即使諧波電流過(guò)大，抑制裝置也不會(huì)發(fā)生過(guò)載；4） 補(bǔ)償效果受電網(wǎng)阻抗變化的影響小，且不會(huì)發(fā)生諧振；5） 跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，其補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響；6） 安裝方便。有源電力濾波器的原理是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電流諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，利用高頻電力電子變流器對(duì)諧波進(jìn)行主動(dòng)的對(duì)消。有源電力濾波器的概念最早由Gyugyi于1976年提出，經(jīng)過(guò)三十

12、多年的發(fā)展，有源電力濾波器的研究取得了許多進(jìn)展：1987年Takeda等的并聯(lián)APF加并聯(lián)PPF的混合有源電力濾波器；1988年，F(xiàn).z.Peng等的串聯(lián)APF加并聯(lián)PPF的混合有源電力濾波器；1990年，H.Fujit等的APF與PPF相串聯(lián)的混合有源電力濾波器；1994年，H.Akagi等的串聯(lián)APF和并聯(lián)APF的混合有源電力濾波器等。90年代后期，并聯(lián)有源電力濾波器在日本、美國(guó)等國(guó)開(kāi)始應(yīng)用。從1983年到1995年，日本共有455套有源電力濾波器投入使用。下面是1997年日本電氣委員會(huì)發(fā)表的諧波危害的調(diào)查報(bào)告給出的有源電力濾波器應(yīng)用情況：從1991年到1995年累計(jì)生產(chǎn)355臺(tái)，與198

13、3年到1991年約7年間共生產(chǎn)了近100臺(tái)相比，產(chǎn)量有了大幅度上升。200KVA以下的約占70%，超過(guò)1000kVA的約占7%，近幾年50kVA以下的臺(tái)數(shù)增加顯著，反映了公眾對(duì)諧波抑制重要性的認(rèn)識(shí)在提高。大部分中小容量的有源電力濾波器主回路采用的開(kāi)關(guān)器件基本為IGBT，兆瓦級(jí)的大容量裝置使用GTO器件。國(guó)內(nèi)對(duì)有源電力濾波器的研究始于80年代末期，陸續(xù)出版了一些這方面的專著。國(guó)內(nèi)目前對(duì)高壓有源電力濾波器的研究還主要停留在高校的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)水平上，距離工業(yè)化產(chǎn)品還有相當(dāng)距離。從近年來(lái)的研究可以看出APF具有以下的發(fā)展前景：1)將智能控制引入傳統(tǒng)控制方法中?，F(xiàn)在的智能控制方法雖然已經(jīng)逐漸應(yīng)用到有源濾波器

14、的研究中，如無(wú)差拍控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，但現(xiàn)階段還沒(méi)有真正用于實(shí)際的例子。因此，建立統(tǒng)一的、能用于實(shí)際工程的有源濾波器模型是智能控制需要解決的問(wèn)題。2)采用多電平或多重化主電路來(lái)實(shí)現(xiàn)大容量APF。近幾年，多電平逆變技術(shù)以及多電平并聯(lián)技術(shù)由于其在輸出波形質(zhì)量、開(kāi)關(guān)損耗、器件應(yīng)力等方面的突出優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注。隨著門(mén)極可關(guān)斷高壓半導(dǎo)體器件的發(fā)展和多電平逆變器技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，APF將會(huì)有更大的發(fā)展前途。3)隨著DSP技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理專用高速芯片控制技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)APF控制的全數(shù)字化,將更有利于降低成本、全面工業(yè)化。1.4 項(xiàng)目研究的意義因此，無(wú)論是從保障煤礦電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、

15、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，還是從用電設(shè)備的安全、正常工作的角度，有效地治理諧波，將其限制在允許范圍之內(nèi)，還電網(wǎng)一個(gè)潔凈的電氣環(huán)境，營(yíng)造“綠色電網(wǎng)”，已經(jīng)迫在眉睫。因此，煤礦諧波治理問(wèn)題的研究具有十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在礦井供電系統(tǒng)中，積極采取消除或抑制諧波危害的防范措施。例如：1）電力電纜的選擇在礦井供電系統(tǒng)電力電纜截面的選擇中，應(yīng)考慮諧波引起電纜發(fā)熱的危害。對(duì)于連接諧波主要擾動(dòng)源設(shè)備的配線，確定電纜載流量時(shí)應(yīng)留有足夠裕量，必要時(shí)可適當(dāng)放大一級(jí)選擇電纜截面。2）合理選擇變壓器正確合理地選擇變壓器的接線方式，能阻止不平衡電流和 3N 次諧波電流從原邊傳到電源配電系統(tǒng)中。在三角形/星形變壓器里，不平衡電

16、流和 3N 次諧波電流在原邊繞組內(nèi)循環(huán)流動(dòng)而不會(huì)傳入電源配電系統(tǒng)中。礦井供配電系統(tǒng)中各級(jí)變壓器應(yīng)多采用三角形/星形變壓器。在根據(jù)負(fù)載確定電力變壓器額定容量時(shí)，應(yīng)考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設(shè)計(jì)中一般應(yīng)保證變壓器負(fù)荷率在 70 80%，該裕量可防范諧波引起的變壓器發(fā)熱危害。3）無(wú)功補(bǔ)償電容器的配置在有諧波背景的礦井供電系統(tǒng)中，不能采用常規(guī)的補(bǔ)償系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。為避免電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，必須采用調(diào)諧式電容器組。調(diào)諧式電容器組即在補(bǔ)償電容器中加串調(diào)諧電抗器。電抗器的主要作用是避開(kāi)諧波電流可能出現(xiàn)的頻率。這種電抗器被稱為調(diào)諧電抗器，帶有這種電抗器的電容器組則被稱為調(diào)諧電容器組。

17、使用調(diào)諧電容器組的目的不是為了顯著地降低諧波畸變，而是為了確保電容器組不會(huì)因?yàn)橹T如系統(tǒng)阻抗、投入段數(shù)、系統(tǒng)配置、負(fù)荷狀況變化等原因而發(fā)生諧振。4）諧波補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償對(duì)礦井中的主要諧波源，如: 大功率提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)的變頻設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)引起較嚴(yán)重的高次諧波污染。為了擬制變頻器在運(yùn)行中產(chǎn)生的諧波，需增加諧波補(bǔ)償裝置，使輸入電流成為正弦波。傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用 LC 調(diào)諧濾波器，它既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功功率。但其補(bǔ)償特性受礦井供配電系統(tǒng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使 LC 濾波器過(guò)載甚至燒壞。另外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，效果不甚理想，但該裝置

18、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前仍被廣泛應(yīng)用。電力電子器件普及后，運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償將成為主要方法，有源濾波器的工作原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。煤礦廠諧波含量超標(biāo)將嚴(yán)重威脅礦井供電安全，目前針對(duì)煤礦廠的諧波裝置為無(wú)源濾波裝置，但存在著體積大、重量重等缺點(diǎn)。而有源電力濾波器（APF）則可以實(shí)現(xiàn)諧波自動(dòng)跟蹤濾波，且體積小、重量輕。與傳統(tǒng)的LC濾波器相比, APF具有動(dòng)態(tài)濾除低高次諧波（50次以下）、抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功、自動(dòng)跟蹤負(fù)荷變化等

19、技術(shù)優(yōu)勢(shì); APF濾波效果受系統(tǒng)阻抗變化影響小，不用擔(dān)心濾波器與系統(tǒng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振問(wèn)題；單臺(tái)APF可對(duì)250次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，裝置簡(jiǎn)單，補(bǔ)償范圍廣，克服了LC無(wú)源濾波需要多組單調(diào)諧濾波支路組合補(bǔ)償且補(bǔ)償面窄的缺點(diǎn)。我國(guó)對(duì)660v至10KV高壓段APF的研究還主要集中在試驗(yàn)研究階段，此項(xiàng)目的成功應(yīng)用將推動(dòng)我國(guó)高壓APF在煤礦行業(yè)的全面普及。市場(chǎng)需求大。2 承擔(dān)單位的條件和工作基礎(chǔ)2.1 項(xiàng)目承擔(dān)單位項(xiàng)目承擔(dān)單位平煤股份公司是一個(gè)大型煤礦集團(tuán)企業(yè)，“以煤為主、相關(guān)多元化”為發(fā)展戰(zhàn)略，走新型工業(yè)道路，將建成煤炭主業(yè)突出、核心競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)、可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)，煤電化一體，在全國(guó)有重要影響的特大型能源企業(yè)，

20、成為全國(guó)重要的火電基地、煤化工基地和冶金用煤基地，步入全國(guó)企業(yè)百?gòu)?qiáng)行列。平煤股份六礦位于平頂山市區(qū)西10Km，于1958年興建，1970年簡(jiǎn)易投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)三次技術(shù)改造，在生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)、信息通訊等方面實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化管理，是一座技術(shù)先進(jìn)的大型現(xiàn)代化礦井，連續(xù)多年獲得“行業(yè)級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦井”“煤炭工業(yè)科技進(jìn)步世家礦井”、“煤炭行業(yè)特級(jí)安全高效”礦井等榮譽(yù)稱號(hào)，2011年實(shí)際生產(chǎn)原煤426萬(wàn)t，是平煤股份主力生產(chǎn)礦井。項(xiàng)目承擔(dān)單位平煤股份公司是一個(gè)大型煤礦集團(tuán)企業(yè)，“以煤為主、相關(guān)多元化”為發(fā)展戰(zhàn)略，走新型工業(yè)道路，將建成煤炭主業(yè)突出、核心競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)、可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)，煤電

21、化一體，在全國(guó)有重要影響的特大型能源企業(yè)，成為全國(guó)重要的火電基地、煤化工基地和冶金用煤基地，步入全國(guó)企業(yè)百?gòu)?qiáng)行列。隨著煤礦井下各種開(kāi)關(guān)功率器件以及其它非線性負(fù)載的廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)致諧波大量的注入電網(wǎng)，即電力污染。平煤股份六礦井上下通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)的大功率異步電機(jī)越來(lái)越多，由于變頻裝置中整流和逆變部分采用的是變流技術(shù)，在工作時(shí)不同程度地產(chǎn)生了諧波，諧波的存在導(dǎo)致六礦井下電子設(shè)備及控制系統(tǒng)受干擾而無(wú)法正常工作，如井下饋電開(kāi)關(guān)誤跳閘和多次燒壞，主電機(jī)繞組也被擊穿過(guò)，直接威脅煤礦井下供電和用電設(shè)備的安全。諧波污染問(wèn)題日益突出，將對(duì)礦井的供電安全帶來(lái)巨大的威脅，而供電安全與礦井安全息息相關(guān)，該項(xiàng)目研究不僅為

22、平煤集團(tuán)其他煤業(yè)集團(tuán)井下供電系統(tǒng)諧波治理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，而且適用于其他礦山和工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)諧波治理中使用，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。2.2 項(xiàng)目協(xié)作單位協(xié)作單位武漢武新電氣科技有限公司常年與清華大學(xué)、武漢大學(xué)緊密合作，從事動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償TSC、SVC、SVG及有源電力濾波器的研發(fā)及生產(chǎn)。低壓400v APF產(chǎn)品已經(jīng)成熟，并成功應(yīng)用于武重、武鋼、武船、二汽等大中小企業(yè)；公司產(chǎn)品都通過(guò)ISO9001、ISO14001、CCC、CQC等認(rèn)證，技術(shù)規(guī)范完全符合相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；擁有自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)；擁有各類先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)3.1 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容該項(xiàng)目包括了以下主要研究?jī)?nèi)容：1

23、）針對(duì)六礦主井1140V側(cè)供電系統(tǒng)諧波現(xiàn)狀，找到了供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生根源和諧波特征。2）調(diào)研了國(guó)內(nèi)各類諧波治理技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況和優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析3）已經(jīng)設(shè)計(jì)制造三臺(tái)100A用于變頻器和變壓器之間1140V供電系統(tǒng)的有源電力濾波器，已經(jīng)安裝調(diào)試完畢。3.2 項(xiàng)目的總體目標(biāo)把六礦主井口的諧波治理到國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)，把660V至10KV電壓等級(jí)的高壓電力有源濾波器產(chǎn)業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，并在煤炭行業(yè)推廣使用，并為申請(qǐng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目打?qū)嵒A(chǔ)。4 項(xiàng)目研究的技術(shù)路線與關(guān)鍵技術(shù)4.1 基于瞬時(shí)無(wú)功理論控制算法本有源濾波器是全數(shù)字化控制，采用先進(jìn)的基于瞬時(shí)無(wú)功理論的控制算法，實(shí)時(shí)以及精確地補(bǔ)償系統(tǒng)中的諧波和無(wú)功電流。目前

24、對(duì)諧波電流分量的檢測(cè)方法大體分為頻域檢測(cè)法和時(shí)域檢測(cè)法兩類。頻域檢測(cè)法（如 FFT）一般計(jì)算量大、實(shí)時(shí)性差，在系統(tǒng)三相不對(duì)稱時(shí)也無(wú)法得到精確的檢測(cè)結(jié)果。而時(shí)域檢測(cè)法在實(shí)時(shí)性上則要好得多，目前的方法主要有有功電流分離法、瞬時(shí)無(wú)功功率理論運(yùn)算法、自適應(yīng)電流檢測(cè)法和 dq0 坐標(biāo)系下的廣義瞬時(shí)無(wú)功檢測(cè)法。基于 Fryze 時(shí)域分析的有功電流分離法簡(jiǎn)單但有效，在電壓和電流不對(duì)稱時(shí)，其有功電流中將含有基波負(fù)序分量，從而使得補(bǔ)償效果不好?；谒矔r(shí)無(wú)功功率理論的電流檢測(cè)方法有兩種，分別是 p-q 分解法和直接分解法。p-q 分解法受電壓諧波含量和三相不平衡的影響較大，無(wú)法在電壓波形畸變時(shí)得到準(zhǔn)確的結(jié)果；直接

25、分解法不受諧波影響，并在三相電壓不對(duì)稱時(shí)，能準(zhǔn)確的檢測(cè)到基波正序電流，但對(duì)其有功和無(wú)功電流的分解將受到三相不平衡程度的影響，誤差無(wú)法消除。自適應(yīng)電流檢測(cè)法基于自適應(yīng)干擾對(duì)消原理，把電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，電壓經(jīng)自適應(yīng)濾波器處理后，輸出一個(gè)與負(fù)載電流基波有功分量幅值、相位均相等的信號(hào)，將此信號(hào)從負(fù)載電流中扣除，得到高次諧波和無(wú)功電流分量的總和。其自適應(yīng)濾波器又可采用模擬方式和數(shù)字方式(如 ANN)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種方法不能濾除基波負(fù)序電流。基于派克變換的廣義瞬時(shí)無(wú)功功率的檢測(cè)法可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出三相基波正序電流，但是對(duì)有功和無(wú)功電流的檢測(cè)也是不準(zhǔn)確的。有學(xué)者提出了基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論和

26、同步坐標(biāo)變換的基波正序有功電流檢測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算基波正序電壓的相位可以正確的檢測(cè)出基波正序有功電流，但這些算法均依賴于總負(fù)載電流的檢測(cè)，并且算法中使用低通濾波器進(jìn)行濾波，算法的精度和實(shí)時(shí)性無(wú)法得到保證，若要在微電網(wǎng)的補(bǔ)償中獲得應(yīng)用還需要作出改進(jìn)。4.1.1 瞬時(shí)無(wú)功理論簡(jiǎn)述三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論于1983年由赤木泰文提出，此后該理論經(jīng)過(guò)不斷研究得到逐漸完善。赤木最初提出的理論亦稱pq理論，是以瞬時(shí)實(shí)功率p和瞬時(shí)虛功率q的定義為基礎(chǔ)，其主要的一點(diǎn)不足是未對(duì)有關(guān)的電流量進(jìn)行定義。三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論是以瞬時(shí)有功功率p和瞬時(shí)無(wú)功功率q的定義為基礎(chǔ)的，它的核心是采用變換矩陣將三相電路的電壓、電流瞬時(shí)值變

27、換到相互正交的二維坐標(biāo)系上研究。設(shè)三相電路的電壓和電流瞬時(shí)值分別為，和,通過(guò)Clarke變換矩陣分別變換到兩相正交的坐標(biāo)系上，可得兩相瞬時(shí)電壓，和兩相瞬時(shí)電流。 ， （1） （2）如圖 所示的的平面上，矢量和可合成旋轉(zhuǎn)的電壓矢量和旋轉(zhuǎn)電流矢量 （3）三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流 是電流矢量在電壓矢量及其法線上的投影，即： （4）其中三相電路的瞬時(shí)有功功率p 和瞬時(shí)無(wú)功功率q為電壓矢量的模與三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的乘積, 即 （5）把（4）式及代入式（5）中，并寫(xiě)成矩陣的形式，即: （6）且設(shè)三相電壓、電流的瞬時(shí)值如式（1）定義，代入式（6）可得 （7）由式（6）（7）可以看出

28、，在三相電壓和電流均為正弦波時(shí)p、q均為常數(shù)，其值與傳統(tǒng)理論中算出的有功功率p和無(wú)功功率q相同.4.1.2 p-q檢測(cè)法該檢測(cè)方法的框圖如圖2所示。該方法根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論算出p、q，經(jīng)低通濾波器(LPF)得p、q的直流分量。當(dāng)電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)，基波正序有功電流與電壓作用產(chǎn)生瞬時(shí)有功功率p，基波正序無(wú)功電流與電壓作用產(chǎn)生瞬時(shí)無(wú)功功率q。于是，可計(jì)算出被檢測(cè)電流的基波正序分量。從而得到需要檢測(cè)的諧波電流。當(dāng)有源電力濾波器同時(shí)補(bǔ)償諧波和無(wú)功時(shí)，就需要同時(shí)檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功電流。在這種情況下，只需斷開(kāi)圖3-1中計(jì)算q的通道即可。這時(shí)，由即可計(jì)算出被檢測(cè)電流的基波有功分量:從而可以得到

29、諧波分量和基波無(wú)功分量之和。由于采用了LPF低通濾波器，故當(dāng)被檢測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，要經(jīng)過(guò)一定延遲能得到準(zhǔn)確的量，檢測(cè)結(jié)果有延遲。但當(dāng)只檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，則無(wú)需LPF低通濾波器，而直接將q反變換即可得到無(wú)功電流，這樣就不存在延時(shí)了。4.1.3 檢測(cè)法檢測(cè)方法的原理框圖如圖所示。其中該方法中，需用到與電網(wǎng)a相電壓同相位的正弦信號(hào)和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)，它們由一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)和一個(gè)正、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到的。根據(jù)定義可以計(jì)算出，進(jìn)而計(jì)算出諧波分量。與p-q檢測(cè)法同理，當(dāng)檢測(cè)無(wú)功電流和諧波電流之和時(shí)，斷開(kāi)計(jì)算的通道即可。而只需檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，則需要對(duì)進(jìn)行反變換即可。4.2 電流跟蹤技術(shù)變流器的運(yùn)行控制關(guān)鍵

30、在于對(duì)交流側(cè)電流的控制，也就是要使三相交流電流跟蹤參考信號(hào)。其基本思想是將測(cè)量得到的實(shí)際相電流的瞬時(shí)值和參考電流進(jìn)行比較，產(chǎn)生逆變狀態(tài)開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而達(dá)到電流跟蹤的目的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于電流控制的要求主要有以下幾點(diǎn)：1）在較寬的輸出頻率范圍內(nèi)，無(wú)相位和幅值誤差；2）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；3）能夠限制或保持開(kāi)關(guān)頻率恒定，使功率開(kāi)關(guān)管工作在安全工作區(qū)內(nèi)；4）諧波含量低；5）直流電壓利用率高。這些要求往往不能同時(shí)滿足，甚至相互矛盾，比如快速響應(yīng)和低諧波含量。所以，對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，電流控制性能要求也不同。根據(jù)是否直接選取電感電流的瞬時(shí)值作為反饋和被控制量，PWM變流器的控制方式分為直接電流控制和間接電流控制兩

31、種。間接電流控制又稱作幅值相位控制，是通過(guò)調(diào)節(jié)變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位來(lái)控制電流。其電流控制的依據(jù)是變流器的空間矢量圖，對(duì)電流的控制是開(kāi)環(huán)的。間接控制的靜態(tài)性能很好，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于不需要電流傳感器，成本也比較低。但是間接控制時(shí)，電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快，甚至在交流側(cè)電流中含有直流分量、且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)較敏感，因而常用于對(duì)變流器動(dòng)態(tài)響應(yīng)不高且控制結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。直接電流控制是一種通過(guò)引入交流電流反饋，對(duì)其進(jìn)行直接控制而使其跟蹤給定電流信號(hào)的控制方法。直接電流控制一般都可以獲得較高品質(zhì)的電流響應(yīng)，但其控制結(jié)構(gòu)和算法也相對(duì)較為復(fù)雜。并聯(lián)電壓型變流器常用的直接電流跟蹤控制方法有主要有周期采樣控

32、制，滯環(huán)比較控制、三角載波控制等。具有理論成熟、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、對(duì)并聯(lián)型變流器的參數(shù)及結(jié)構(gòu)的依賴性小等優(yōu)點(diǎn)。4.2.1 滯環(huán)比較控制方式僅以單相的控制為例，如上圖所示。補(bǔ)償電流的指令信號(hào)與實(shí)際的補(bǔ)償電流信號(hào)比較，再把偏差作為輸入信號(hào)輸入滯環(huán)比較器中，由滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制功率器件開(kāi)關(guān)的PWM信號(hào)。滯環(huán)比較控制方式既能降低功率器件的開(kāi)關(guān)頻率又能快速進(jìn)行電流跟蹤，滯環(huán)比較器環(huán)寬H的大小決定了電流跟蹤的速率，當(dāng)時(shí)，滯環(huán)比較器輸出信號(hào)保持不變；如果，滯環(huán)比較器的輸出將翻轉(zhuǎn)，補(bǔ)償電流ic的變化方向發(fā)生改變。補(bǔ)償電流信號(hào)只在和 的區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)鋸齒波形狀跟隨波形的變化。滯環(huán)比較控制方式屬于瞬時(shí)值比較方式，電流響應(yīng)快，

33、硬件電路十分簡(jiǎn)單，應(yīng)用比較廣泛。其缺點(diǎn)仍然明顯，即在固定環(huán)寬情況下功率器件的開(kāi)關(guān)頻率仍是變化的，當(dāng)補(bǔ)償電流值較小的時(shí)候，滯環(huán)寬度的固定導(dǎo)致補(bǔ)償電流相對(duì)跟隨誤差較大，當(dāng)補(bǔ)償電流值較大時(shí)，滯環(huán)寬度的固定導(dǎo)致功率器件開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，影響使用壽命。4.2.2 三角波比較方式三角波比較方式的原理圖如下圖所示該方法將調(diào)制后的實(shí)際補(bǔ)償電流與電流指令信號(hào)的偏差。經(jīng)放大器A放大后，與高頻三角調(diào)制波進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，從而得到不同時(shí)刻逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。放大器A往往采用比例放大器或比例積分放大器，這樣組成的一個(gè)控制系統(tǒng)是基于把控制為最小來(lái)設(shè)計(jì)的。電流的控制既可以是在靜止坐標(biāo)系，也可以是在同步坐標(biāo)中進(jìn)行。在同步坐標(biāo)系下可以實(shí)

34、現(xiàn)電流的無(wú)靜差跟蹤，電流響應(yīng)也快一些。早期的電流控制主要用模擬電路，要實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換還非常復(fù)雜，所以控制器一般在靜止坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)。為彌補(bǔ)不足，在靜止系坐標(biāo)下電流控制器中引入電網(wǎng)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)作為前饋補(bǔ)償可以使靜止坐標(biāo)的電流控制效果和旋轉(zhuǎn)系很接近。隨著處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化系統(tǒng)正在逐步取代模擬電路，在數(shù)字化系統(tǒng)中進(jìn)行坐標(biāo)變換非常方便，所以現(xiàn)在使用的控制器大都建立在同步坐標(biāo)系中。4.3 技術(shù)方案對(duì)于高壓有源濾波一般有兩種基本的開(kāi)發(fā)思路或策略，從而形成兩類不同性質(zhì)的產(chǎn)品，也就是該項(xiàng)目的兩種研究開(kāi)發(fā)方案。一種方式利用相對(duì)比較成熟的低壓電力有源濾波裝置，與專有的寬頻帶變壓器串聯(lián)，從而將可以將相對(duì)成熟的低壓電

35、力有源濾波裝置應(yīng)用于高電壓等級(jí)的電網(wǎng)上。另一種方案則是重新開(kāi)發(fā)直掛式的高壓電力有源濾波裝置。這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)：方案一的優(yōu)勢(shì)是：開(kāi)發(fā)周期短，相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)比較成熟。方案一的不足之處是：寬頻變壓器比較難設(shè)計(jì)，而且體積大，價(jià)格高，安裝不方便；更重要的是，這種方式的濾波效果不一定好，不能自適應(yīng)地跟隨電網(wǎng)或負(fù)載的變化而變化，根本原因是連接變壓器是固定設(shè)計(jì)的。方案二的優(yōu)勢(shì)是濾波效果肯定好，可以動(dòng)態(tài)地跟隨電網(wǎng)或負(fù)載的特性的變化而變化，體積小，運(yùn)行安裝都比較方便。不足之處是：技術(shù)成熟度不夠，在國(guó)內(nèi)外均缺少現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)綜合比較分析，在該項(xiàng)目中，最終確定選用方案二。方案二的基本原理和技術(shù)闡述如下：直掛式高

36、壓有源電力濾波器是一種基于電壓源逆變器的用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置。該裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)荷電流中的諧波分量、基波無(wú)功分量，經(jīng)微機(jī)快速運(yùn)算，通過(guò)由大容量IGBT管組成的三相并聯(lián)變流器向系統(tǒng)注入補(bǔ)償電流，該補(bǔ)償電流與負(fù)荷電流中的諧波電流大小相等、方向相反而互相抵消，保證流入電源變壓器的系統(tǒng)電流及其他負(fù)荷的電流是純凈的正弦波。該裝置可克服LC濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制設(shè)備的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。有源濾波器原理圖如下所示：如上圖所示，有源電力濾波器由四部分構(gòu)成：主電路、指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。其基本工作原理是：通過(guò)檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象中含有諧波的電流，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路運(yùn)算得出

37、補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該指令信號(hào)經(jīng)跟蹤控制電路，控制主電路得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流相互抵消，最終得到希望的不含諧波的電源電流。即有源濾波器將負(fù)載諧波電流限制在了負(fù)載端，阻塞其向電力系統(tǒng)擴(kuò)散。當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生諧波電流時(shí)，有源電力濾波器檢測(cè)出負(fù)載電流中的諧波分量，將其反極性后作為指令信號(hào)，由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流，因補(bǔ)償電流即與負(fù)載電流中的諧波分量大小相等、方向相反，可互相抵消，使得電源電流i、中只含基波，不含諧波補(bǔ)償電流在連接點(diǎn)相互抵消諧波。并聯(lián)型有源電力濾波器的原理可以用以下一組公式來(lái)描述：故其中，為負(fù)載電流的基波分量高壓有源電力濾波器的主電路由PWM變流器構(gòu)成。根據(jù)

38、變流器直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，可分為電壓型（儲(chǔ)能元件為電容）和電流型（儲(chǔ)能元件為電抗器）兩種。電流型 PWM 變流器直流側(cè)大電感上始終有電流流過(guò)，該電流在大電感的內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的損耗，因此目前較少使用?，F(xiàn)在比較常用的有源電力濾波器主電路均為電壓型 PWM 變流器。它的直流側(cè)接有大電容，在正常工作時(shí)其電壓基本保持不變，可以看作電壓源。電壓型變流器的控制方法是：根據(jù)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)變流器輸出相應(yīng)的電壓，使之與電源的電壓在變流器輸入端的電抗器上相互作用，得到所需要的補(bǔ)償電流。這種主電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)器件反向耐壓要求不高、能量消耗小、控制容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。指令電流運(yùn)算電路采集電網(wǎng)含有諧波的三相電流

39、，根據(jù)相應(yīng)的諧波檢測(cè)理論，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，濾除其中的諧波電流得到基波電流。并用采集的電流減去計(jì)算所的基波電流得到應(yīng)該補(bǔ)償?shù)闹噶铍娏?。電流跟蹤控制電路較指令電流和系統(tǒng)實(shí)際補(bǔ)償給電網(wǎng)的電流，根據(jù)它們之間的關(guān)系輸出控制主電路逆變器橋的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)，最終使實(shí)際補(bǔ)償?shù)碾娏髂軌蚩焖贉?zhǔn)確的跟蹤指令電流。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)電流控制電路的開(kāi)通和關(guān)斷信號(hào)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變橋各橋臂的開(kāi)通和關(guān)斷，主要是由逆變器驅(qū)動(dòng)模塊及其外圍電路組成。4.4 技術(shù)路線本項(xiàng)目技術(shù)路線分為理論研究、算法研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)研究四個(gè)部分，理論研究主要包括研究針對(duì)六礦主井1140V供電系統(tǒng)諧波現(xiàn)狀，找出供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生根源和諧波特征，研究在線的諧

40、波污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究諧波治理的新理論，為有源濾波器在配電網(wǎng)中應(yīng)用的可行性和適應(yīng)性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；算法研究主要包括諧波治理的新算法，APF設(shè)備應(yīng)用的控制算法；系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要是開(kāi)發(fā)城市配電網(wǎng)中諧波綜合治理與管理系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)研究主要是選擇一個(gè)典型的小范圍配電網(wǎng)絡(luò)，研究有源濾波器的運(yùn)用方法，現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行有源濾波器新技術(shù)，并建立一套判斷有源濾波器運(yùn)行狀態(tài)的算法，開(kāi)發(fā)適應(yīng)于煤礦諧波管理的軟件系統(tǒng)，力爭(zhēng)達(dá)到實(shí)用化程度。按照上文提供的技術(shù)路線，我們進(jìn)行了以下工作：1建模與仿真應(yīng)用電網(wǎng)的建模與仿真建模與仿真是電力系統(tǒng)計(jì)算與分析的基礎(chǔ)。通過(guò)建模計(jì)算，分析實(shí)際中含諧波源的配電網(wǎng)的運(yùn)行特性以及電能質(zhì)量改善設(shè)備接入后配電網(wǎng)的

41、運(yùn)行情況，研究配電網(wǎng)諧波補(bǔ)償控制策略，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行有重大意義。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)諧波控制計(jì)算分析的需要，收集了相關(guān)的數(shù)據(jù)，建立了煤礦電網(wǎng)模型。1）通過(guò)對(duì)六礦主井電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、線路參數(shù)狀況的調(diào)研，深入了解六礦主井現(xiàn)狀，分析存在的問(wèn)題。2）建立六礦主井模型，根據(jù)采集的參數(shù)建立六礦主井的數(shù)學(xué)模型。研究其電網(wǎng)的運(yùn)行特性，分析加入諧波的電網(wǎng)運(yùn)行特性，提出六礦主井諧波補(bǔ)償技術(shù)措施及實(shí)際可行的控制方案。3）根據(jù)諧波補(bǔ)償方案，研究諧波補(bǔ)償技術(shù)手段和具體措施，計(jì)算優(yōu)化調(diào)節(jié)后的電網(wǎng)諧波畸變率，分析優(yōu)化效果。2電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備的研發(fā)本項(xiàng)目以電力電子技術(shù)及理論的最新研究成果為基礎(chǔ)，借助最新的電子控制技術(shù)、綜合自動(dòng)化技術(shù)及微電

42、腦技術(shù)，使用有源電力濾波器（APF），結(jié)合智能綜合管理系統(tǒng)等后臺(tái)軟件的使用，減少或消除因電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)煤礦帶來(lái)嚴(yán)重的危害，提高供電可靠性及供電質(zhì)量，減少電網(wǎng)損耗，進(jìn)一步提高供電服務(wù)的水平。有源電力濾波器（APF：Active Power Filter）以并聯(lián)的方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波分量，采用PWM變換技術(shù)，將與諧波大小相等、方向相反的電流注入供配電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)抑制諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波的功能。3智能綜合管理系統(tǒng)本軟件包含能源管理專家，設(shè)備運(yùn)行智能管理，電網(wǎng)自愈控制等部分，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)

43、濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。系統(tǒng)是在采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、無(wú)線傳感絡(luò)技術(shù)等國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)計(jì)算無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器/路由/終端器的配電專網(wǎng)用有線接入和無(wú)線通訊系列產(chǎn)品，構(gòu)建滿足電力生產(chǎn)管理服務(wù)需求的配電專用數(shù)據(jù)通訊組網(wǎng)方案。通過(guò)對(duì)各個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)施綜合電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，初步建立起電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，做到電能質(zhì)量管理實(shí)時(shí)化與網(wǎng)絡(luò)化。對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為綜合治理諧波污染源、無(wú)功容量不足和運(yùn)行工況分析提供詳細(xì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析，為我們掌握地區(qū)電網(wǎng)的諧波及其他電能質(zhì)量水平與狀況、發(fā)現(xiàn)諧波源負(fù)荷的動(dòng)態(tài)時(shí)間分布情況，從而為對(duì)電能質(zhì)量“污染”的分析、控制、治理提供了不可缺少的技術(shù)支持。一方面為研究各種儲(chǔ)能設(shè)備(電容器、電抗器)和非線性負(fù)載的運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，為進(jìn)一步開(kāi)展電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理工作奠定了良好的