電能質(zhì)量治理與降損節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用趙偉

1、電能質(zhì)量治理與降損節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用趙偉，陳銳陳銳民，肖勇，民，肖勇，孫衛(wèi)孫衛(wèi)明（1.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣州510080）摘要摘要：諧波及無功等電能質(zhì)量問題的治理能夠直接達(dá)到降低線路損耗、節(jié)約能源的作用。為了實(shí)現(xiàn)在中壓配電網(wǎng)進(jìn)行諧波以及無功治理，彌補(bǔ)并聯(lián)型混合有源濾波器中的有源部分須承受較大電網(wǎng)基波電壓從而難以用于中高壓電網(wǎng)的缺點(diǎn)，本文研究了通過添加基波諧振支路并使其與有源部分并聯(lián)從而減小它的基波分壓，同時(shí)能夠通過系統(tǒng)中的無

2、源濾波器組來補(bǔ)償大容量無功功率得的雙諧振注入式混合型有源電力濾波裝置，整個(gè)系統(tǒng)能夠同時(shí)抑制電網(wǎng)諧波和補(bǔ)償無功功率。針對(duì)某110kV變電站諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)墓こ绦枰?，詳?xì)介紹了兼具大容量無功靜補(bǔ)能力的雙諧振注入式混合型有源濾波器應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)、仿真、研制和實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)和主要組成設(shè)備，并給出了裝置投運(yùn)后具體的降損節(jié)能效益。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：諧波治理；無功補(bǔ)償；降損節(jié)能；電流跟蹤控制；節(jié)能效益電能是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有重要戰(zhàn)略意義的一種能

3、源。近年來，配電網(wǎng)中的非線性負(fù)載大量增加，引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，造成電網(wǎng)的諧波污染[12]。同時(shí)，沖擊性負(fù)載及無功補(bǔ)償不足常引起電網(wǎng)電壓跌落和閃變，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和人民的日常生活，并導(dǎo)致線路損耗大大增加，使電能損失嚴(yán)重，大大降低了配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。由電能質(zhì)量問題引發(fā)的電網(wǎng)大面積停電事故時(shí)有發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。電能質(zhì)量問題有愈發(fā)嚴(yán)重的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和導(dǎo)致電能大量損失。因此，研究配電網(wǎng)

4、諧波治理和無功補(bǔ)償理論和技術(shù)有著非常重大的意義。在6kV、10kV、35kV等中壓配電網(wǎng)集中治理諧波和補(bǔ)償無功的方式投資較少，便于集中運(yùn)行維護(hù)，因而受到廣泛的重視[35]，但是，考慮到電力電子開關(guān)器件的耐壓程度和容量限制，在高壓配電網(wǎng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)治理諧波電流和補(bǔ)償無功功率具有一定難度，成為目前國內(nèi)外供電系統(tǒng)諧波抑制和無功補(bǔ)償研究的熱點(diǎn)[610]。本文研究了一種適用于中壓配電網(wǎng)的治理諧波和補(bǔ)償無功的電能質(zhì)量問題治理裝置，通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使其適用

5、于中高壓系統(tǒng)，給出了裝備采用的關(guān)鍵控制方法，然后針對(duì)某110kV變諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)墓こ绦枰?，詳?xì)介紹了裝置的研制和工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)和主要組成設(shè)備，給出了裝置頭暈前后的效益分析，仿真和實(shí)驗(yàn)證明了該裝置能滿足變電站提高功率因數(shù)、濾除諧波電流從而降低線損、節(jié)能降耗的需求的需要。1治理裝置及控制方法1.11.1治理裝置結(jié)構(gòu)及工作原理治理裝置結(jié)構(gòu)及工作原理為了降低有源濾波器的容量和承受的基波電壓及無功電流，使有源濾波器只承受諧波電壓同時(shí)滿足大

6、功率補(bǔ)償無功功率和諧波治理兩個(gè)方面的要求可以從結(jié)構(gòu)上入手，在有源支路增加分壓阻抗從而降低有源部分的分壓，增加基波諧振支路從而旁路基波電流，基于上述考慮的適用于中壓配電網(wǎng)的雙諧振注入式混合型有源電力濾波及無功補(bǔ)償裝置如圖1所示。2C2L1C1L0LSUSZC非線性負(fù)載無源濾波器組耦合變壓器平波電抗器逆變器基波串聯(lián)諧振支路并聯(lián)諧振注入支路圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電網(wǎng)技術(shù)PowerSystemTechnology換得到三相坐標(biāo)系下的基波分量、和，進(jìn)而計(jì)

7、算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波分量、和。檢測(cè)原理afibficfiahibhichi如圖3所示。ciaibibhichiLPFpiqipi?qi?afibficfi———LPF32C23CCi?i?Cfi?fi?sincos?aePLL圖3諧波電流檢測(cè)原理圖諧波電流檢測(cè)原理圖Fig.3Harmoniccurrentdetectionprinciple為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的快速無差控制，本文采用基于遞推積分PI控制的負(fù)載電流控制方法。首先，分別對(duì)負(fù)載電流和

8、DIHAPF輸出諧波電流進(jìn)行檢測(cè)，得到其諧波分量和，并獲得其誤差信LICIpqii?LnICnI號(hào)，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行遞推積分PI控制，從而獲得脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，觸發(fā)功率模塊產(chǎn)生所erefU需的注入電流，抵消系統(tǒng)中的諧波電流，達(dá)到了濾波效果。控制框圖如圖4所示。??非線性負(fù)荷遞推積分PI控制器PWMSnUSnZ2C1C2L1LCI0LLILnICnIDCUrefUepqii?pqii?圖4控制框圖控制框圖Fig.4Controlfl

9、owt同時(shí)，圖中、分別為基波串聯(lián)諧振支路的電容和電感；、為并聯(lián)諧振支路的電容和電1C1L2C2L感；為濾波電感；，分別為系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)阻抗；為逆變模塊直流側(cè)電壓。0LSnUSnZDCU遞推積分PI控制算法分別對(duì)（）每個(gè)周期內(nèi)相應(yīng)的各個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行積分，相當(dāng)于有個(gè)eLniCniNPI并行工作（假設(shè)的每個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為），實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。遞推積分PI控制算法為：eNPIi0()()(i)KKNcPIiuKKeKKeKN???????（3