基于瞬時無功和無功電流的svc補償技術(shù)研究

基于瞬時無功和無功電流的svc補償技術(shù)研究

1不同采用功率的svc控制算法由于電弧爐中電流的快速變化，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電壓發(fā)生變化，電壓突然變化。如果波動范圍和頻率超過一定范圍，閃變率高，不僅影響照明，而且影響視覺不適。SVC裝置既可校正系統(tǒng)的功率因數(shù),也可濾除諧波電流,平衡三相系統(tǒng),減小電壓閃爍。對用戶來說,最關(guān)心的是由電壓閃爍帶來的閃變問題。文獻指出閃變的抑制率與SVC的補償容量以及補償器的響應(yīng)速度有直接關(guān)系,在同樣的補償容量下,響應(yīng)速度快的補償器在閃變抑制方面要好于響應(yīng)速度慢的控制器。影響控制器響應(yīng)速度的主要因素是信號的檢測和計算方法,傳統(tǒng)的算法大都建立在求功率的基礎(chǔ)上,當(dāng)采用功率算法的SVC面向某些變化速度快的工業(yè)負載,如電弧爐等時,因檢測信號中含有較多的諧波成分,會引起濾波前后有較大的延時,同時還會引入檢測誤差。為了提高控制器的響應(yīng)速度,根據(jù)對稱分量法和瞬時無功功率理論的ip-iq算法推導(dǎo)出了基于瞬時有功電流和無功電流的SVC控制算法,并通過MATLAB模型的仿真結(jié)果分析得到該算法在響應(yīng)速度上快于基于功率的算法的結(jié)論。最后通過實際裝置的運行,證明了該算法的優(yōu)越性。2基波正、負序電流和無功電流的免疫組化前文獻推導(dǎo)出采用負荷正、負序電流表示的補償導(dǎo)納為:采用傳統(tǒng)算法很難計算上述各變量,故前文獻在式(1)的基礎(chǔ)上作了進一步變形,得到了用無功功率表示的實用性補償導(dǎo)納公式,但這種用功率表示的補償算法因引入了諧波干擾分量,因此響應(yīng)速度和補償效果并不很理想。1983年赤木泰文提出了瞬時無功功率理論,它根據(jù)瞬時無功功率理論的ip和iq運算方法推導(dǎo)出了瞬時有功電流和無功電流,以及式(1)中基波正、負序電流之間的關(guān)系,并進一步得出了用瞬時有功電流和無功電流表示的補償導(dǎo)納公式。圖1給出其計算框圖。圖1中的矩陣為:設(shè)i1p和i1q是基波正序有功電流和無功電流,根據(jù)瞬時無功功率理論的ip和iq運算方法,有:負載線電流ia,ib,ic經(jīng)過3-2變換,得到兩相瞬時無功電流為:將式(4)帶入式(3)得:根據(jù)對稱分量法,可將ia,ib,ic分解為正序分量組和負序分量組,用下標1表示正序;下標2表示負序;n表示諧波次數(shù),當(dāng)n=1時表示基波。設(shè)I為電流有效值,φ為初相角;另設(shè)ω為電網(wǎng)電壓角頻率,且a相電壓的初相角為零,于是有:將式(6)代入式(5),最終求得i1p和i1q的直流分量為:設(shè)ReI1(L)=I1(L)cosφ1(L),ImI1(L)=I1(L)sinφ1(L),則:要檢測基波負序電流分量,只要把C32的第2和3列對調(diào),得到矩陣C32′代入下式即可:同理求得:將式(8)和式(10)代入式(1),最終求得用基波正序無功電流、負序有功電流和無功電流表示的SVC補償導(dǎo)納公式為:310tcr的工作原理圖2示出針對電弧爐廠設(shè)計的35kVSVC系統(tǒng)原理圖。所設(shè)計的SVC主要由FC和TCR構(gòu)成。其中,FC提供負載所需的無功功率,同時FC還具有濾除2次、3次、4次諧波電流的作用。TCR由反并聯(lián)的晶閘管閥組和電抗器串聯(lián)而成,其工作原理是:采樣單元將電流和電壓信號變換成數(shù)字信號后送至計算單元;計算單元中的DSP芯片經(jīng)過導(dǎo)納計算后在電壓的峰值和過零點之間產(chǎn)生觸發(fā)脈沖;觸發(fā)脈沖通過光纖送至觸發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)時刻不同,電抗器中流過的無功電流不同,也即TCR吸收的容性無功功率不同。由此可通過動態(tài)調(diào)節(jié)無功功率,實現(xiàn)抑制電壓波動的目的。4svc系統(tǒng)的動態(tài)補償采用MATLAB的SIMULINK模塊搭建了兩種模型。第一種采用瞬時有功電流和無功電流的補償算法;第二種采用濾波移相求瞬時無功功率的補償算法。圖3a示出電源側(cè)A相的功率因數(shù)。由圖可見,負載無功功率在0.3s發(fā)生突變時,采用第一種算法補償后,功率因數(shù)只有很小的波動,具有很好的動態(tài)補償效果;采用第二種算法因受負載無功功率波動的影響很大,功率因數(shù)在0.3~0.35s出現(xiàn)了很大的振蕩。圖3b示出0.2s時突然投入感性負荷后的電壓跌落。由圖可見,SVC系統(tǒng)迅速反應(yīng),電壓在3個周波后恢復(fù)了正常值。這證明基于瞬時有功電流和無功電流的補償算法具有很好的動態(tài)響應(yīng)能力。5ssvc對ua的調(diào)節(jié)作用為了測試瞬時無功功率算法的補償效果,在電弧爐鋼廠進行了實際波形測試。圖4給出實驗結(jié)果。由圖4a可見,在SVC運行前,系統(tǒng)電流iA滯后系統(tǒng)電壓uA,此時平均功率因數(shù)僅為0.34,遠遠低于國標值0.90。由圖4b可見,在SVC運行后,TCR電流iTA在動態(tài)調(diào)節(jié)下,iA與uA基本同相位,經(jīng)過測試投入SVC后的平均功率因數(shù)為0.94。由圖4c可見,在未投入SVC時,負載的感性電流突然增大,導(dǎo)致iA增大;當(dāng)投入SVC后,負載突變時,SVC迅速作出反應(yīng),并在10ms左右的時間內(nèi)準確地將多余的無功電流補償?shù)簟Ｓ蓤D4c還可看到,iA的波動時間僅為電網(wǎng)周期的50%。6動態(tài)響應(yīng)能力推導(dǎo)了基于瞬時無功功率理論的補償導(dǎo)納公式。通過MATLAB模型分析和實際裝置運行,證明了基于瞬時無功理論的SVC具有很快的動態(tài)響應(yīng)能力,尤其適合交流