基于SVG的無功補(bǔ)償與濾波系統(tǒng)

1、科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2011年 第 1期 1無功補(bǔ)償?shù)谋尘?隨著電力系統(tǒng)中非線性用電設(shè)備 , 特別是電力電子裝置應(yīng)用的日 益廣泛 , 而大多數(shù)電力電子裝置功率因數(shù)較低 , 要消耗大量的無功功 率 , 給電網(wǎng)帶來額外的負(fù)擔(dān) , 嚴(yán)重影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量 , 因此提高功率 因數(shù)己成為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個重大課 題 。 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為諧波和無功補(bǔ)償裝置的能動控 制提供了可能 。 正是在電氣拖動領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的相控技術(shù) , 脈 沖寬度調(diào)制 (PWM技術(shù)等為各種形式的靜止無功功率補(bǔ)償裝置 (SVC控制器提

2、供了原形 。電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置從最早的電容器開始發(fā)展到今天 , 歷 經(jīng)了電容器 、 同步調(diào)相機(jī) 、 靜止無功補(bǔ)償裝置和今天引人注目的 SVG 等幾個不同的階段 , 其發(fā)展概括圖 , 如圖 1所示 。 圖 1無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展SVG 的優(yōu)越性及研究現(xiàn)狀 :新型靜止無功發(fā)生器 (SVG, 是現(xiàn)代柔性交流輸電系統(tǒng) (FACTS的 核心組成部分 , 和其它常規(guī)無功補(bǔ)償裝置相比 , 具有采用數(shù)字控制技 術(shù) , 系統(tǒng)可靠性高 , 控制靈活 , 調(diào)節(jié)范圍廣 , 靜止運(yùn)行 , 安全穩(wěn)定 , 對電 容器的容量要求不高 , 諧波量小等優(yōu)點 , 正因為上述優(yōu)點 , SVG 作為一 種新型的無功調(diào)節(jié)裝置 , 已

3、經(jīng)成為現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向 , 成 為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點研究課題之一 。 目前 , 世界上已有多臺 投入運(yùn)行的 SVG , 到目前為止 , 國際上只有美 , 日 , 德等少數(shù)幾個發(fā)達(dá) 國家掌握了 SVG 的應(yīng)用開發(fā)技術(shù) 。 1999年 3月土 20Mvar SVG 在河 南洛陽的朝陽變電站并網(wǎng)成功 , 并于 2000年 6月成功地通過了鑒定 , 這是國內(nèi)首臺投入應(yīng)用的大容量柔性交流輸電裝置 。 該裝置不僅能調(diào) 節(jié)無功和電壓 , 還可提高輸電穩(wěn)定性和輸送能力 。2SVG 的原理SVG 的工作是建立在一個靜止的同步電壓源的基礎(chǔ)上的 , 如圖 2所示 。 該電壓源由一個 GTO(或 MO

4、SFET 及 IGBT 電壓型變流器構(gòu)成 , 經(jīng)由串聯(lián)電抗與電網(wǎng)相聯(lián) 。 圖 2SVG 實際主電路結(jié)構(gòu)其等效如電路 3所示 , 則吸收容性無功與吸收感性無功時的向量 圖如圖 4所示 。圖 3等效電路A 吸收容性無功 (電流超前 B 吸收感性無功 (電流滯后 圖 4向量圖在這種情況下 , 變流器電壓 U ·I 與 I ·仍相差 90°, 因為變流器無需有 功能量 。 而電網(wǎng)電壓 U ·S 與電流 I ·的相差不再是 90°, 而是比 90°小了 占角 , 因此電網(wǎng)提供了有功功率來補(bǔ)充電路中的損耗 , 也就是說相對 于電網(wǎng)電壓來

5、講 , 電流 I ·中有一定量的有功分量 。 這個 角也就是變流 器電壓 U ·I 與電網(wǎng)電壓 U ·S 的相位差 。 改變這個相位差 , 并且改變 U ·I 幅 值 , 則產(chǎn)生的電流 I ·的相位和大小也隨之改變 , SVG 從電網(wǎng)吸收的無功 功率也就因此得到調(diào)節(jié) 。由上圖可推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時 SVG 從電網(wǎng)吸收的無功電流和有功電流 有效值分別為I Q =U L姨 sin(90°-=U S sin2(2.1 I P =U L姨 cos(90°-=U S sin 2(2.2 SVG 從系統(tǒng)吸收的無功功率 Q 與有功功率 P 分別為

6、 :Q =U S I Q =U S 2sin2(2.3 P =U S I P =U S 2sin 2(2.4 2.1基于 PWM 整流器的無功發(fā)生器基于 PWM 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功發(fā)生器 (SVG 是新一代的 靜止無功補(bǔ)償裝置 , 通過 PWM 技術(shù)調(diào)節(jié)橋路網(wǎng)側(cè)電流幅值和相位從 而補(bǔ)償無功功率 。 在采用直接電流跟蹤控制時 , SVG 網(wǎng)側(cè)電流將獲得 較好的動態(tài)性能 , 從拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu) 上 看 , SVG 實 際 上 是 直 流 側(cè) 無 負(fù) 載 的 PWM 整流器 , 與一般 PWM 整流器控制要求不同 , SVG 更強(qiáng)調(diào)網(wǎng)側(cè)無 功電流的控制性能 。 從主電路結(jié)構(gòu)看 , 基于 VSR 拓?fù)?/p>

7、結(jié)構(gòu)的 SVG , 實基于 SVG 的無功補(bǔ)償與濾波系統(tǒng)臧立峰(淮南市園林管理局龍湖公園設(shè)備管理科安徽淮南232000【 摘 要 】 靜止無功發(fā)生器 (SVG 是柔性交流輸電系統(tǒng)中的一種重要的控制器 , 它將電力電子技術(shù) , 計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于電 力系統(tǒng) , 對電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實施靈活 , 快速的控制 , 以達(dá)到快速補(bǔ)償系統(tǒng)對無功功率的需求 , 從而抑制電壓波動并增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn) 定性 。 本文介紹了靜止無功發(fā)生器的發(fā)展和現(xiàn)狀 , 分析了它的工作原理和控制方法 , 在對 SVG 的理論研究和控制策略研究的基礎(chǔ)上 , 通過 PWM 技術(shù)調(diào)節(jié)橋路網(wǎng)側(cè)電流幅值和相位從而補(bǔ)償無功功率

8、 , 以 PWM變換器為基礎(chǔ)設(shè)計了無功發(fā)生裝置的仿真和實驗 ?！娟P(guān)鍵詞】 無功補(bǔ)償 ; 功率因數(shù) ; PWM 整流器 機(jī)械與電子 124科技信息 2011年 第 1期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 際上就是一臺無直流負(fù)載的 PWM 整流器 。 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 (d , q 中 , 基于 VSR 的 SVG d a 模型方程式為di d =i q +1e d -1s d vdc(2.5 di q dt =i d +1L e q -1Ls q vdc(2.6 dv dc =1(s d i d +sq i q-v dcL (2.7 式中 :s d , s q

9、 二值邏輯開關(guān)函數(shù) d , q 分量 ; R L SVG 直流側(cè)等效損耗電阻 ; i d , i q SVG 網(wǎng)側(cè)電流的 d , q 分量 ; e d , e q 電網(wǎng)電動勢的 d , q 分量 ; v dc SVG 直流側(cè)電壓 。 SVG 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5所示 圖 5SVG 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2基于 SVG 的無功補(bǔ)償與濾波系統(tǒng)工礦企業(yè)使用的電機(jī)作為感性負(fù)載產(chǎn)生的無功波動會導(dǎo)致供電 系統(tǒng)的功率因數(shù)降低 , 從而使供電系統(tǒng)輸出的功率降低 , 而且負(fù)載產(chǎn) 生的諧波會導(dǎo)致母線電壓波形畸變 , 影響相鄰負(fù)載的正常運(yùn)行 , 這即 所謂的電網(wǎng)污染 。 根據(jù)對功率因數(shù)的計量方法不同 , 可采用不同的控

10、 制策略 。 本文采用瞬時無功補(bǔ)償?shù)姆桨?。瞬時無功補(bǔ)償與濾波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 6所示 。 圖 6無功補(bǔ)償系統(tǒng)圖根據(jù)負(fù)載每日的有功 P , 無功 Q 的波形圖 , 以及期望的功率因數(shù)cos *, 由下式確定所需的瞬時補(bǔ)償?shù)臒o功功率 Q *。Q *=tan*×P-Q(2.5其中 Q 為負(fù)載的感性無功 , Q *為需要補(bǔ)償?shù)臒o功量 。 由于 LC 濾 波器在工頻狀態(tài)下是呈現(xiàn)容性的 , 濾波器的容性無功 Q 為 :Q C =1Q *(2.6 無功發(fā)生器 SVG 的容量 Q S 為 :Q S =Q C =1Q * 2.3補(bǔ)償控制器補(bǔ)償控制器的作用是根據(jù)供電系統(tǒng)的瞬時有功功率 P 和期 望的功率

11、因數(shù) cos *求出應(yīng)有的無功功率 Q *=tan*P 。 補(bǔ)償控制 器機(jī)構(gòu)如圖 6所示 。 補(bǔ)償控制器的輸出量為無功發(fā)生器 SVG 的 無功電流期望值 i q *。 其 P,Q 檢測電路如圖 7所示 圖 7P,Q 檢測電路圖2.4瞬時無功補(bǔ)償與濾波系統(tǒng)仿真為驗證上述補(bǔ)償理論研究的正確性 , 現(xiàn)做以下仿真如圖 8所示為 礦井提升機(jī) V-M 直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 。 整流變壓器一次線電壓為 10KV , 二次線電壓為 900V , 直流電動機(jī)額定電壓為 800V , 額定功率為 2000KW , 額定轉(zhuǎn)速為 51.5r/min。圖 8礦井提升機(jī) V-M 直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖仿真結(jié)果如下 :圖 9

12、負(fù)載有功 P 和無功 Q 曲線圖圖 10負(fù)載功率因數(shù)曲線圖由上圖可見負(fù)載的無功功率很大 , 功率因數(shù)抖動很大且低 , 諧波電流很大 , 還不適合供電部門的用電要求 。 為此設(shè)置無功補(bǔ)償裝置并 做仿真如下 。 其系統(tǒng)補(bǔ)償濾波模型如圖 11所示 。圖 11系統(tǒng)補(bǔ)償濾波模型圖 機(jī)械與電子 125科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2011年 第 1期 (上接第 154頁 和運(yùn)作辦法及其內(nèi)在規(guī)律還有待在實踐中進(jìn)一步探 索 、 豐富和完善 。 【 參考文獻(xiàn) 】1黃松峰 , 朱林 . 高校田徑運(yùn)動會改為體育節(jié)的可行性研究 J.體育科學(xué)研究 , 2005,9(1:

13、42-45.2邢樹強(qiáng) . 新時期學(xué)校運(yùn)動會的改革 J.體育文化導(dǎo)刊 ,2002(6:63-64.3王小安 . 高校開展體育文化節(jié)芻議 J.湖北體育科技 ,2008(3:57-58.4褚慧楠 . 新時期高校和諧校園文化建設(shè)研究 D. 吉林大學(xué) ,2009,4.作者簡介 :劉瑞玲 (1983, 女 , 河南 鄭 州 人 , 鄭 州 大 學(xué) 體 育 系 08級 研 究 生 , 體育教育訓(xùn)練學(xué)專業(yè) 。責(zé)任編輯 :常鵬飛 仿真結(jié)果如下 :圖 12補(bǔ)償濾波后的 P,Q 曲線圖圖 13補(bǔ)償濾波后的功率因數(shù)曲線圖仿真結(jié)果表明 , 采用瞬時無功補(bǔ)償后 , 功率因數(shù)基本穩(wěn)定在設(shè)定 的 0.9, 僅在負(fù)載劇烈變動時

14、 , 功率因數(shù)曲線才存在較小的跟隨偏差 。本文提出了無功補(bǔ)償方案 , 介紹了相關(guān)的原理和控制策略 。 并通 過建立瞬時無功補(bǔ)償系統(tǒng)的模型 , 進(jìn)行了相應(yīng)的仿真 , 論證了該理論 的正確性 。 【 參考文獻(xiàn) 】1王兆安 , 楊君 , 劉進(jìn)軍 . 諧波抑制和無功功率補(bǔ)償 M.北京 :機(jī)械工業(yè)出版 社 , 1998.2黃立培 , 鄧毅晟 . 大容量變頻調(diào)速技術(shù) . 電工技術(shù)雜志 , 2001(6 . 3林輝 , 王輝 . 電力電子技術(shù) M. 武漢 :武漢理工大學(xué)出版社 .作者簡介 :臧立峰 (1976, 男 , 本科 , 長期從事機(jī)電方面的應(yīng)用與實踐工 作 。責(zé)任編輯 :湯靜 科(上接第 117頁

15、儀工作在模擬掃描方式下 , 掃描速度較快 。 當(dāng)選擇步 進(jìn)掃描方式時 , 內(nèi)置信號源在被調(diào)諧后會等待指定的駐留時間 , 獲取 響應(yīng)數(shù)據(jù) , 然后再將信號源調(diào)諧到下一個點 。 通過設(shè)置適合的駐留時 間 , 就可以消除我們關(guān)心的誤差 , 實現(xiàn)精確測量 。 但駐留時間的設(shè)置也 依賴操作者的經(jīng)驗 , 通過嘗試 、 比對來確定 。生產(chǎn)過程伴隨著調(diào)整和測試 , 而生產(chǎn)線檢測通常是制約生產(chǎn)能力 提高的瓶頸 。 增加單根電纜的測量時間就意味著生產(chǎn)效率的降低 , 這 是用戶無法接受的 。 不能通過降低掃描速度來解決問題 , 就必須考慮 另一個途徑 :補(bǔ)償參考通路的時間延遲使之與測試通路相一致 。 對于 在儀器前

16、面板配置了跨接電纜 (一般是儀器選件 的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 , 這是更適合且非常方便的途徑 。 在配置了 014選項的 E8362B 上 , 取 下 R1通路的跨接電纜 (SOURCE OUT-RCVR R1IN , 用一根與被測 件相同長度 、 相同材料的電纜替代它接在前面板上 。 這樣 , B 通路的時 間延遲就與 R1通路的基本一致了 。 沒有了時間延遲差異導(dǎo)致頻移 , 我們關(guān)心的誤差就可以消除了 。在參考通路上增加電纜長度會給激勵信號帶來較大的功率損耗 , 從而降低鎖相中頻信號幅度 。 由于受到鎖相環(huán)路的限制 , 當(dāng)鎖相中頻 信號過小時會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)儀鎖相失敗 、 失鎖等 , 這種情況下顯然是無法 進(jìn)行高精度測量的 。 所以根據(jù)待測電纜的插損特性 , 參考通路上增加 的電纜長度也只是在一定范圍內(nèi)可以接受 。3結(jié)論使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行長電纜測量時 , 由于在測試通路上的時 間延遲 , 測試接收機(jī)和參考接收機(jī)的輸入頻率會有一定的頻差 , 從而 引起測試通路 DSP 采樣頻率發(fā)生偏移 。 如果此時分析儀設(shè)置中頻帶 寬較小 , 而掃描速度過快 , DSP 采樣前的中頻濾波器會濾掉部分信號 能量 , 從而導(dǎo)致較大甚至無法接受的測量誤差 。 一方面 , 通過延長掃描 時間 , 增加在