电能质量控制技术

电能质量控制技术（精选12篇）

电能质量控制技术 第1篇

电能是现代社会最为广泛使用的能源, 电能质量关系到各行各业和人民生活用电, 关系到国民经济总体效益。随着科学技术的进步和生产过程的高度自动化, 电网中各种非线性负荷及用户不断增长;各种复杂的、精密的, 对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出, 用户对电能质量的要求也更高, 在这样的环境下, 探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术, 分析我国电能质量管理和控制的发展趋势, 具有很强的观实意义。

图1为我国某航天基地实际测量到的动态电压跌落, 这样的电压跌落将对敏感的高技术设备造成严重影响, 因此引起了军事科学部门及电力部门的高度重视。因此, 电能质量问题已经成为高新技术发展非常关注的因素, 直接影响国民经济建设。针对电能质量问题及其引起的巨大经济损失, 国内外研究工作者提出了各种电能质量的控制措施。

从电能质量的定义、分析与电能质量标准以及控制方法等方面介绍了电能质量控制技术的研究与发展现状, 并提出了电能质量控制技术的发展趋势。

1 电能质量概述

1.1 电能质量概念

从普遍意义上讲, 电能质量是指优质供电, 但迄今为止, 人们对电能质量的技术含义仍有很多不同的认识, 还不可能给出一个准确统一的定义。合格电能质量是指提供给敏感设备的电力和接地是适合于该设备运行的。

1.1.1 电压质量:给出实际电压和理想电压的偏差, 以反映供电部门向用户分配的电压是否合格。

1.1.2 电流质量:为反应与电压有密切关系的电流变化情况除了为用户电流提出单一频率正弦波要求外, 还要求该电流波形与供电电压同相位。

1.1.3 供电质量:技术含义:电压质量和供电可靠性。非技术含义:服务质量。

1.1.4 耗电质量:包括电流质量和非技术含义。

1.2 电能质量问题分类

1.2.1 瞬变现象:

变量的部分变化, 且从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的过程中, 该变化逐渐消失的现象。它包括冲击性瞬变现象和振荡瞬变现象。

1.2.2 短时间变动:

由于系统故障, 大容量负荷启动时的大电流或电网松散连接的间歇性负荷运行所致的。它包括间断, 电压凹陷和电压突起。

1.2.3 长时间变动:

由于系统负荷变动或系统中的开关操作引起的。指工频下的分量均方差持续时间超过一分钟的情况。它包括过电压, 欠电压和持续间断。

1.2.4 电压不平衡:

与三相电压 (电流) 的平均值的最大偏差。主要是负荷不平衡 (单相运行) 或三相电容器组的某一相熔断造成的。

1.2.5 波形畸变:

电压 (电流) 波形偏离稳定工频正弦波的现象。它主要包括直流偏置, 谐波, 间谐波, 陷波和噪声。

1.2.6 电压波动:

电压变化的包络线或随机电压变动。负荷电流的大小呈现快速变化时, 可能引起电压的变动, 也称闪变。波动是一种电磁现象, 而闪变是电压波动对某些用电负荷造成的有害结果。

1.2.7 工频变化:

把电力系统基波频率偏离规定正常值的现象。它与系统供应电能的发电机转子转速有关。

2 电能质量的控制技术

2.1 几种电能质量控制策略

2.1.1 PID控制:

这是应用最为广泛的调节器控制规律, 其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便, 易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 应用PID控制技术最为方便。其缺点是:响应有超调, 对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

2.1.2 空间矢量控制:

空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是:将基于三相静止坐标系 (ABC) 的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系 (DQ) 的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理, 具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

2.1.3 模糊逻辑控制:

知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的"频域法"和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法, 无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式, 对系统特征进行模糊描述, 来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

2.1.4 非线性鲁棒控制:

超导储能装置 (SMES) 实际运行时会受到各种不确定性的影响, 因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰, 得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型, 既可应用反馈线性化方法使之全局线性化, 再利用所有线性系统的控制规律进行控制, 也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

2.2 FACTS技术

FACTS, 即基于电力电子控制技术的灵活交流输电, 是20世纪80年代末期由美国电力研究院 (EPRI) 提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流, 使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

目前有代表性的FACTS装置主要有:可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

2.3 用户电力 (Custom Power) 技术

用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中, 其目的是加强配电系统的供电可靠性, 并减小谐波畸变, 改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率, 并且关断容量已达MVA级, 因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

用户电力技术概念的提出, 有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力, 也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。近年来配电系统电能质量控制技术得到了长足的进步, 其中最有代表及最有影响的有不间断电源 (UPS) , 配电系统静止无功补偿器 (DSTAT-COM) , 有源电力滤波器 (Active Power Filter, APF) , 动态电压调节器 (DVR) , 统一电能质量控制器 (UPQC) , 固态切换开关 (SSTS) , 分布式发电系统 (DG) 等等。

附表对各种基于电力电子的电能质量控制技术进行了简单的对比。在对电能质量治理时可以根据需要加以选择。

3 电能质量控制技术的发展趋势

电能质量控制是一个复杂的系统工程, 它涉及到电力系统、电力电子、自动控制等多个方面。目前国外有关电能质量控制的研究正掀起高潮, 其内容包括所适用的功率理论的扩展, 电能质量评价指标体系的建立, 新的电能质量分析方法的提出, 以及基于用户电力技术的电能质量控制装置的设计与实现。结合目前国内外电能质量的研究现状以及社会发展对电能质量提出的新要求, 应在以下3个方面对电能质量控制技术进行研究和完善:

a.基础理论研究。

b.积极采用其他领域的新技术, 为电能质量控制技术带来新的活力。

c.大力发展用户电力技术 (custom power) 。

结束语

电能质量的好坏直接影响社会生产、生活的各个方面, 提供和维护高品质的电力能源, 不仅是电力部门的责任, 也是全社会共同追求的目标。满足其中每一个用户的电力供应需求, 实现可靠性和经济性的协调和统一是我们的最终目标。

参考文献

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电能质量及其治理新技术 第2篇

摘 要：高新技术产业的发展对电能质量提出了新的要求。电能质量的研究与控制问题由此引起了人们的关注。文章概括介绍了与之有关的电能质量的定义及其等级划分的问题，并简要分析了干扰电能质量的原因，提出了在电能质量检测与控制中需要深入研究的问题。关键词: 电能质量；补偿装置；检测；控制策略

引言

信息技术的发展，使基于微处理器控制的设备得到迅速普及和发展。未来不少用户对电能的利用都要经过电力电子装置的转换或控制。这些装置给人们的生产、生活带来方便和效率的同时，使电力系统的非线性负荷明显增加，谐波污染加重，从而导致矛盾的局面：系统一方面要承受电力电子装置带来的污染，又要用它来消除这种污染，提高电能质量。

就全球范围而言，从80年代末开始电力工业放松管制，引入竞争机制，开放电力市场成为世界潮流。在电力市场条件下，用户与供电企业都在追求自己的最大利益。为了适应这种需求，1988年美国的N.G.Hingorani博士提出了Custom Power（用户电力技术）的概念，这是一种应用现代电力电子技术、计算机技术和控制技术，按用户特定要求提供电力供应并实现对电能质量控制的技术。我国一些学者称Custom Power为DFACTS[1]，认为是FACTS技术在配电系统应用的延伸，并做了大量的研究。1996年，日本北海道大学和茨城大学的学者正式提出了与上述概念相似的FRIENDS（Flexible, Reliable and Intelligent Electric eNergy Delivery System），并组织“FRIENDS研究会”。两者目的都是为了建立灵活、可靠的电力供应系统，更好地满足用户需求。

目前，各国在电能质量问题的研究方面，取得了一些进展，但仍有很多问题难以解决或达成共识。其中较为突出的问题有：电能质量的定义及以此为基础的电能质量等级的划分；对各瞬变量的实时检测及有效补偿；为改进电能质量问题，电站、用户及装置生产厂家之间的合作与协调；合理的电能质量评估体系的建立等。为解决这些难题，科研工作者通过不懈的努力，对一些问题提出了独到的见解，研制出一些新型试验装置。日本、美国、德国等发达国家投入运行的试验装置已取得了预期的效果。电能质量及其等级划分 虽然人们不断地提及“电能质量”这个术语，但是对电能质量的定义仍未能达成共识。文献[2]认为“电能质量”是“任何明显引起电压、电流或频率偏移并由此导致用户装置故障或误动作的电能问题”。IEC（1000-2-2/4）标准将“电能质量”定义为“供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性”。IEEE Std.1100-1999将“电能质量”定义为“满足电子装置的运行条件，并能够以一种与主布线系统及其它相关装置相协调的方式驱动、保护电子装置”。文献[1]则简明地表示为“电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差”。

不论如何表达，“电能质量”的概念中应包括电能供应中所要考虑的一切方面，这些方面可以分成如下三类：

（1）电压和频率的偏差：过电压、欠电压、频率偏差。

（2）电压和电流的波形：电压跌落、电压突升、电压波动和闪变、谐波、三相不对称。（3）供电连续性：瞬时断电，暂时断电，持续断电。

每一项的定义，按照IEEE Std．1159-1995，如图1所示。我国在参考IEC EMC-61000系列标准和IEEE Std标准后，已经颁布的电能质量系列国家标准有《供电电压允许偏差》、《电压允许波动和闪变》、《公用电网谐波》、《三相电压允许不平衡度》和《电力系统频率允许偏差》等五项标准。

电能质量等级的划分是以电能质量的定义为基础，以用户的要求为根据，以变电站的承受能力为条件所制订的。每个变电站所连接的负荷类型是各不相同的，而不同的负荷必然会对电能质量提出不同的要求。在这些要求高于电站所能达到的水平时，电站就要进行代价利益分析：或者低于用户提出的标准，或者采取措施，提高本身的供电质量，满足用户的要求。权衡折衷之后，对上面提到的各个方面规定出不同的补偿目标，制定出合适的电能质量等级。一般而言，常将电能质量分为常质（normal quality）、优质（premium quality）、高质（high quality）电力三个级别。

[4]3 干扰原因及对策 影响电能质量的原因各种各样，大体可以分为：

（1）内因。系统本身接有电弧炉、整流器、单相负荷、大功率电动机等干扰性负荷。这些负荷对电网产生负面影响，如谐波、无功冲击、负序等，而且这些负面影响可能通过公共连接点（PCC）波及其它终端用户。因此，系统中必须安装相关装置，以及时缓解这些问题，而且还应根据电能质量评估体系，利用经济杠杆约束此类用户对电能质量的影响。

（2）外因。雷电、外力破坏、树枝影响、配电设备故障、电容器投切、线路切换等都可能干扰系统，造成断电或电压变动，甚至影响到相邻线路，导致有害影响蔓延。现在采取的措施，一是减少故障发生的次数和改变排除故障的方式，目前配电系统中的线路主保护是电流保护，该保护最大的缺陷是线路中相当大部分区域上的故障不能无时延地予以切除，此外即使无时延保护，从检测出故障到断路器开断故障，最快也需要3~6个周波。若是永久性故障，多次重合闸则导致电压的不断波动，这在图2中可以很明显地看出来。二是降低装置对电能质量问题的敏感性，主要是用户侧在敏感负荷或关键负荷处安装补偿装置，这种方法对单个负荷可有直接和明显的效果，但是受限于补偿装置的容量和价格，应用范围也受到限制。

[5][1]

目前在电能质量检测与控制中，有两个重要环节需要深入探讨：

（1）实时准确地检测。检测值可能是要滤除的谐波、要补偿的无功或要平衡的不对称值等。已经出现的检测方法很多，大多数的检测方法在信号平稳时，能准确地检测出干扰值。而这里的“实时检测”主要是指当信号被干扰时，检测电路的实时跟踪速度，目前大多数的常规检测方法很少能做到这一点，而实时性对于持续时间较短的电压跌落、突升、闪变、谐波等尤为重要。以谐波检测方法为例，为提高实时性，文献[6]~[12]提出了不同的方法，有的是常规方法的改进，更多的是新理论的灵活应用。但这些检测方法在改进的同时也带来了新的问题，如要选择合适的数学函数、变换结果的相位与幅值会出现偏差等，所以它们的有效性还有待进一步研究。

（2）求得补偿信号的参考值后，要快速准确地驱动变流器，产生补偿信号。目前出现的控制方法有[13]： 滞环比较控制、空间矢量控制、无差拍控制等。这些方法各有优点，可根据实际情况灵活选用。无论是检测还是控制，存在的主要问题都是如何减小以至消除时滞，使补偿偏差最小。

电能质量控制器（或有源滤波器）的结构一般是：靠近源侧（或负荷侧）连接一并联逆变器，靠近负荷侧（或源侧）连接一串联逆变器，两逆变器通过公共的直流电容结合在一起。串联部分的功能为补偿各种干扰，并联部分的功能为有源滤波、动态补偿无功、为直流电容提供能量等。当在直流侧并联能量储存装置时，还能使负载不受瞬时停电的干扰。整个电路的三个主要组成部分为检测电路、控制电路、PWM形成及驱动电路，如图3所示。

在图3的基础上进行改变，例如只取并联侧或只取串联侧；使用三相整流桥或三相PWM整流桥；储能部分采用蓄电池、超导、飞轮或超级电容器，以供应短时有功电力；不同的补偿目标采用不同的控制方法等，就可以制造出不同的设备，实现不同的功能。现在，配电系统中应用的主要补偿设备大致可以分为两类：（1）综合功能补偿装置

这类装置功能比较齐全，可完成电压控制、动态滤波、缓解闪变、低损耗控制无功、供应有功电力等多项功能，如电能质量控制中心QCC（Quality Control Center）、静止同步补偿器SATACOM（STATic synchronous COMpensator）、统一电能质量调节器PQC等。已有试验装置投入实际运行，取得了比较显著的效果，例如清华大学与河南省电力公司研制的±20Mvar STATCOM已于1999年4月投入现场试运行；西门子已系列生产出基于IGBT的PWM换流器的PQC装置。（2）单一功能补偿装置

这类装置的设计主要针对某一特定电能质量问题，如电压控制、谐波滤除等，功能单一，因此与综合功能补偿装置相比，控制也较为简单。对某一电能质量问题突出的用户，此类装置较为实用。如固态断路器（SSB—Solid-State Breaker）和固态转换开关[14]（SSTS—Solid-State Transfer Switch）、动态电压恢复器[16]

[15]

（DVR—Dynamic Voltage Restorer）、有源滤波器（APF—Active Power Filter）等。结束语

随着高新技术的发展和电力市场的完善，电能质量的重要性不言而喻，这关系到供电企业、用户和设备生产厂家的利益。目前提出的或正在研制的新型补偿装置为解决电能质量问题创造了条件，但对电能质量问题的认识与研究，在一定意义上讲，还刚刚开始，有很多工作要做，如深入认识电能质量的含义、制定统一的电能质量评估体系以及研制完善的电能质量补偿装置等。

参考文献

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[14] 陈警众．定制电力——高质量供电的新技术

电能质量控制技术 第3篇

关键词：智能开关；电能质量检测；负荷控制技术

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0005-01

1 概 述

我国经济的飞速发展，对电力资源的需求越来越大，使得中国电力发展速度世界瞩目，但是我国已建立起来的电力网已经远远不能满足现在经济的发展，近几年来用电量的不断增长，使得许多地区电量不够用造成停电现象。许多高新企业如半导体器件制造商对电能质量的要求很高，电能质量成为了影响产品质量好坏的直接影响因素。电力企业不仅要保证电力系统安全、可靠、有序、高效的运行，还要尽量保证电能质量满足相应的标准，从而保证生产生活正常的进行。日趋增多电荒现象，以及电力用户对电能质量要求越来越高，使得电力部门对电能质量检测、治理技术和负荷控制技术越来越重视。目前我国电力系统中对电能质量检测和负荷控制技术的设备都是固定的永久性的设备，研究人员一直致力于研究充分利用已有的设备对整个电网的电能质量和负荷进行有效的检测，发现智能开关在电力系统分布比较分散，并且每个开关具有检测电能质量和对负荷进行控制的作用，可以有效地对整个电网的运行状态进行实时监控和数据采集，能及时的发现网络异常，然后根据用户的用电需求，对负荷进行合理有效地调整，保证用户们的效益最大化。

相比于已有的永久固定的检测设备，智能开关元件具有小巧便捷，性价比高效果好等优点已被广泛用于我国的电力系统中。智能开关实时采集线路的数据，对电网的运行情况进行实时监测，及时发现电力网络异常现象，为电力部门采取负荷控制措施提供有效依据。基于智能开关的优点和重要作用，目前对智能开关的研究已成为热点。下面分别介绍一下智能开关在电能质量检测和负荷控制中的作用和意义。

2 基于智能开关的电能质量监测方法

科技的发展，使得负荷的数量增加，负荷的多样性和不平衡性了给电网注入高次谐波，造成电网出现电压波动，谐波干扰，使得电网的电能质量下降。电网的电能质量一般是指电网的电压、电流、频率等参数能够满足用户的需求。电能质量的好坏一般有以下几个指标衡量：供电电压偏差，电压波动与闪变，三相电压不平衡度，公网谐波、间谐波，电力系统频率偏差，电压暂降来描述电能质量的好坏。

根据电能本身的特点，基于智能开关的电能质量检测分析的算法要具有快速，实时，计算准确，兼容性强等特点。常用的电能质量分析算法有：傅里叶变换、S变换、小波变换等。其中，傅里叶变换只适用于对平稳的信号进行分析，对具有暂态信号和突变信号的电能质量的分析效果不佳，不能达到相应的要求；S变换只能提取特定范围内的信号，其提取电能的功率随扰动信号频率的增加而線性增加；小波变换中小波基信号选取对扰动信号特征量的提取有很大的影响。

上述的能质量分析算法均由各自应用的局限性和不足，一般是上述三种方法组合使用，对电能质量进行分析来达到相应的效果。近年来，越来越多的研究这开始研究HHT方法对信号进行分析处理，与傅里叶变换法相比，HHT能够有效地处理暂态和突变信号；与小波变换相比，HHT的及信号不是固定的具有自适应性，减小了基信号对分析结果的影响；HHT算法不仅能对单一扰动信号进行提取分析，还能对含有多种扰动信号进行提取分析。

3 基于智能开关的负荷控制技术

负荷控制是对用电负荷进行调整和控制，保证电网稳定、经济、安全的运行，并且把停电所造成的损失和影响控制到最低的程度，所采取的一种限制措施，智能开关可以有效地监测线路的负荷运行状态，分析检测到的电能质量信息，通过相互通信和协调来优化供电方式，从而实行智能供电。为了减小断电的影响，实现有序用电，智能开关可以在必要时对供电线路实行负荷控制，从而最大限度的利用能源。

在智能电网的环境下，基于智能开关的负荷控制是指利用负荷控制系统、通信系统和电能质量监测系统来对负荷进行负荷控制管理，通过监测负荷的变化与电量的增减、从而提高客户终端用电效益。负荷控制主要具有以下功能：

①电能质量监测功能：智能开关不但可以实时在线监测电网的电压波动和跌落，还可以监测电流和频率等参数，通过算法计算来分析电能的质量，为负荷控制提供依据。如果能够确定某一负荷会对电网的电能质量产生非常大的影响，智能开关会自动中断对负荷的供电，从而确保系统中其他负荷的用电质量。

②负荷控制功能：负荷控制功能是智能开关最基本和最重要的功能。可以发送电量、功率的解除或者投入命令；可以设定和调整线路负荷的电量定值和功率值；能通过手动或者定时自动操纵电闸闭合来控制负荷的停启；在电力高峰期和低谷期能调整和设定负荷的运行状态。由于具有这些功能，智能开关可以确保整个电力系统运行的安全性和稳定性，对电能生产和负荷需求进行评估，当电能生产不足时可以自动地切除部分不重要的负荷。

③通信遥控功能：通过给每个智能开关配备专门的通信模块，智能开关不但相互之间可以进行通信，智能开关还可以和调度中心交换数据信息。还可以远程调整负荷初始化参数，下发控制整定参数。这样整个电力系统的运行状况都能够被每个智能开关和调度中心所掌握，从而确保制定出对整个电力系统最有利、最有效的负荷控制策略。

现在分布式发电技术的不断发展，使得电网逐渐向能源互联网的方向发展，风能光能等各种分布式发电源，以及电动汽车的不断发展，是的电网中电源和负荷更加多样化，负荷的变化也越来越复杂，基于智能开关的负荷调控技术使得负荷的调控变得更加灵活，分布式能源和负荷接入电网提供了方便。

4 结 语

传统的电力结构不能满足日益增加的用电需求，造成电能供不应求，这就需要电网具有对电能质量进行及时有效地监控和数据采集一旦发现电网中出现异常保证各个开关设备采取措施，对负荷进行调控，保证电网能够安全可靠地运行下去。智能开关的发展不仅对电网各条线路的电能进行监控，能够及时处理异常电能扰动，一旦发生负荷变化，可以及时有效地对负荷进行调控。现在智能开关已成为风哥哥研究人员关注的热点，虽然相比于国外我国起步较晚，但是经过研究人员不断地努力，智能开关的研究有很大突破。再加之国家正在致力于能源互联网的发展，电网正逐渐走向分散话灵活化，智能开关的分布性和灵活性为能源互联网提供了支持。

参考文献：

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电能质量控制技术 第4篇

风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一[1,2,3,4,5]。

随着电力电子技术发展和成本降低,其在控制方面和电网接入方面为风力发电的性能改善提供了一个新的解决方案[6]。电力电子技术可以实现扇片的调速,从而可得到更多的风能,同时电力电子装置可以为风电并网系统中所出现的无功、谐波等电能质量问题提供解决方案。现将分别对固定速度和调速风力发电机,针对不同拓扑结构的工作原理进行比较与分析,并针对不同类型的风电系统的电能质量问题进行分析。

1 恒速恒频风电系统

恒速恒频发电机系统采用的是普通异步发电机,这种风电机组的发电机正常工作在超同步状态,转差率为负值,并且其变化范围较小,所以被称为恒速恒频风力发电机组[7]。恒速恒频风力发电机组原理图如图1所示。

目前,国内应用较多的是恒速恒频发电机组,但是电力电子装置应用较少,其中也有些机组的转子回路接入电阻,用电力电子器件控制转子电流的大小来调节转速。这种风电机组的主要缺点是:当风速迅速增大时,风能将通过桨叶传输给主轴、齿轮箱和发电机等部件,产生很大的机械应力,引起这些部件的疲劳损坏;同时在正常工作时这类风电机组无法对电压稳定进行控制,不能和同步发电机一样提供电压支撑能力,因此,当电网故障时会影响系统电压的恢复和系统稳定。这也是普通异步发电机的风电机组的主要缺陷。其次,因为恒速恒频风力发电系统发出的电能是随风速波动的,若风速急剧变化,可能会引起风电机组发出的电能质量有问题,如电压闪变、无功波动等。通常在这类风电系统中采用静止无功补偿器SVC或TSC来进行动态无功补偿,并通过软启动方法抑制启动时的发电机电流。

2 变速恒频风电系统

随着电机变频调速技术的不断发展,采用双馈异步发电机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统得到了更加广泛的研究与应用[8,9,10]。

变速恒频风力发电系统有下列优点:

a.根据风速的变化,风力机以不同的转速旋转,减少了对风力机等机械装置的机械应力;

b.通过对最佳转速的跟踪,风力发电机组在可发电风速范围内均可获得最佳功率输出;

c.风力机能够对变化的风速起到一定的缓冲,使输出功率的波动变化减小;

d.通过对风电机组有功和无功输出功率进行解耦控制,并采用一定的控制策略,可以分别单独控制风电机组有功、无功的输出,具备电压的控制能力。

因此,变速恒频风力发电系统对电网的稳定安全运行很有利。当前的变速恒频风力发电系统中较多的是采用双馈异步发电机的风电机组,该类机组在国外的应用已经很普及,国内新建的风场也大都采用这种机型。另外,采用永磁多极同步发电机的风电机组技术已比较成熟,国外已开始应用。采用双馈异步发电机系统的风电机组原理图如图2所示。

在双馈风力发电机组的控制方面,电力电子装置起到了关键作用。当风速变化引起发电机转速n变化时,通过变频器调整转子电流的频率fr,可使定子频率fs恒定,即应满足:fs=p fm+fr。其中,fs为定子电流频率,与电网频率相同;fm为转子机械频率;p为电机的极对数;fr为转子电流频率。有下述3种情况:

a.n<n1(n1为定子旋转磁场转速)时,发电机处于亚同步状态,此时变频器向发电机转子提供交流励磁电流,发电机通过定子向电网提供电能;

b.当n>n1时,此时发电机处于超同步状态,由定子和转子共同向电网提供电能;

c.当n=n1时,发电机处于同步状态,此时发电机等效为同步电机运行,变频器向转子提供直流励磁。

双馈电机通过变频器调节转子的励磁电流实现变速恒频控制,此时转子电路的功率只是由交流励磁发电机的转速运行范围决定转差功率,该转差功率仅为定子额定功率的一小部分,所以对变频器的容量要求、控制难度及成本大幅度降低。并且采用变频器调节交流励磁的双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制,还可以对有功、无功功率实现单独解耦控制,对电网而言可起到补偿无功和稳定电压的作用。双馈风力发电机组的有功与无功控制如图3所示。

双馈风力发电机组有如下优点:

a.转子侧仅传递转差能量,变频器容量要求大幅降低,且发电机可在50%的同步转速时正常工作;

b.双馈电机中变频器的谐波含量较少,减少了相应的滤波器容量,降低了成本;

c.可以通过调节双馈发电机发出和吸收的无功功率,实现无功调节和电压控制。

3 永磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中,在发电机和电网之间安装有电力电子变流器,可实现对有功和无功的解耦控制,且当风速发生变化时也可以保证所发电能的电能质量。永磁多极同步发电机的风电系统结构如图4所示。

该系统的工作原理如下:首先,采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电,然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电,最后再通过逆变器将直流电变换为工频的交流电送入电网。这种系统在并网时没有电流冲击,可以对发电机的无功功率进行调节。但是,所有的电能都要通过变流器送入电网,因此变流器容量和风力发电系统的容量相同,电力电子变流器设备成本较高,并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比,永磁多极同步风力发电机组可以更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量,虽然成本较大,但对系统的稳定运行有利。

永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构,无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电,因此变流器的容量与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合,省去了齿轮箱,即为直接驱动式结构,可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障,从而提高整个风电机组的可靠性[11,12,13]。

4 风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机,如果直接并网会使得并网电流较大,因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网,可以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下,从而得到一个较为平滑的并网暂态过程,有效避免了保护装置的误动作,实现风力发电机的顺利并网。

由于异步发电机的功率因数一般较低,为了提高功率因数,通常在异步发电机出口处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出,能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。由于并联电容器补偿装置成本低,因此在无功补偿方面应用广泛,但因其调节不连续、响应速度慢,很难对风机无功功率实现快速补偿。

静止无功补偿器由多台(组)可投切电容器、快速可调整容量的电抗器以及各次谐波滤波装置组成,装置的响应速度快,能迅速跟踪变化的无功,可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化,滤除谐波,从而提高电能质量。

静止无功发生器是采用特定的检测方法获得需补偿的无功电流后再通过电力电子变流器产生该部分无功电流,以实现无功的迅速补偿。静止无功发生器可以实现对谐波与无功的综合补偿与抑制,补偿范围较大,目前得到了较为广泛的关注[14,15]。

5 风电并网技术的发展前景

通过采用电力电子技术,风电机组的运行特性大为改善;通过有功、无功控制,风电机组可以对系统的频率和电压控制起到一定作用;而大规模风电场的并网运行,也将会逐渐降低风力发电的成本,使风力发电更为普及。因此,现今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到关键作用,具体应考虑以下几个方面:

a.为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能耗,要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系统;

b.增加无功动态补偿装置SVC或TSC有利于电网和风力发电机的故障恢复;

c.每个系统结构都有自己的特征和适宜性,针对于不同的海上风场要具体考虑,选择最适合的系统结构,大容量海上风电场将广泛应用电力电子装置。

6 结语

风力发电技术的发展,使得风力发电的成本进一步降低,其在电力市场中所占份额得以提高,具备了和常规能源竞争的能力,加快了世界能源结构的优化。然而,如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求,是目前风力发电系统研究的重要课题之一,而电力电子技术及现代控制技术的发展为解决这一课题提供了较好的技术方案。

电能质量控制技术 第5篇

下一步工作计划

2014年第三季度，为保证电压质量、频率质量、三相电压平衡度等不超过允许范围，与电力设备管辖范围的划分相一至的原则，按照公司电能质量技术监督计划开展电能质量专业监督工作。

一、2014年第三季度主要完成以下工作：

1.根据电网电能质量要求，分别将#1SVG、#2SVG、不定期投

退，补充电网无功以稳定电网功率，达到电能质量的要求；

2.2014年第三季度07月对电能质量设备进行了定期检查，各设备及链路正常；

3.2014年第三季度08月对电能质量设备进行了定期检查，各设备及链路正常；

4.2014年第三季度09月对电能质量设备进行了定期检查，惠安数据采集异常，及时通知惠安厂家维护人员，并配合厂家人员对惠安采集设备进行的维护，已经恢复正常。其它各设备及链路正常；

5.第三季度定期监测了220KV母线电压，220KV母线电压稳

定，220KV母线电压偏差在允许范围内；

xx风电场第三季度，电压质量、频率质量、三相电压平

衡度等均在允许范围内，各电能质量设备运行正常。

二、下一步工作计划1、2014年第四季度10月、11月、12月对电能质量设备进行了定期检查，检查各设备及链路运行状况；

2、定期实时检查无功功率能否满足电网需求，并根据情况对无功补偿SVG投退；

3、利用春检时间，对xx风电场电压、无功功率、频率检测、三相电压平衡度等装置进行校对；

电能质量在线监测技术浅谈 第6篇

但是，随着现代科学技术的迅猛发展，一方面，由于电力电子设备的应用领域越来越广，特别是各类冲击负荷和非线性负荷容量的不断扩展，使得电网中电压波形发生畸变，电压波动、闪变和三相不平衡等问题时有发生，严重地影响了电能质量;另一方面，由于人们越来越多地使用精密和复杂的电子设备，如计算机、通信设备以及各种过程控制系统来处理和管理工作过程和事务。这就要求高质量和高可靠性的配电系统，以提供与之相适应的电能。

而且，随着电力工业的飞速发展以及电网的不断扩大，电力运行对电力调度自动化水平的要求和安全性的要求越来越高，电力调度需要各种功能更为齐全、操作更为简便的各种电力检测仪器仪表。但是，目前为止用于监测电网用户端电能质量的仪器仪表并没有普及使用，而且随着电力工业的发展和电能质量概念的逐步深化，电能质量监测发生了新的变化。

随着电力行业的发展，随着经济的发展，供电公司要提高自身的竞争力，其中一个最重要的部分就是提供高质量的电能。那么，提供高质量电能意味着需要对整个电网进行动态实时的监测，这种监测是分散的，是多点监测的。

并且随着因特网的发展，电力企业更加要求监控具有多点成面的效果，能够构成全网的实时监测与全网监测信息的共享，在这个情况下，引进了分布式的概念，从而使得电能质量的监测也具有分布式的效果，完全符合电力企业的要求。

1.推广应用及市场前景

近年来，国际上非常重视电网的智能化运行和控制，自美国提出2030年智能电网规划后，掀起了智能电网的研究热潮。2006年，美国IBM公司与全球电力研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件、分析工具来自动监控电网、优化电网性能、快速恢复供电，同时加强与消费者的互动 ，以便让他们对电能的使用和管理更加了解。意大利埃奈尔能源公司与凯捷咨询合作启动了世界上最大的智能电表安装项目大约2700万用户安装了智能电表，这些电表具有双向通信、高级计量和管理能力，并通过IP实现数据的分层传输控制。

从发展规律来看，智能电网是电力系统发展到一定阶段后必然形成的，体现如下：电力系统信息系统的耦合性增强;复杂大系统的理论框架和理论与电力系统运行控制的结合空间增大;输配电领域与发电、用电侧的互动性增强。

从研究特点上看：在信息捕捉和应用上，要体现信息感知的敏锐性、信息筛选的精细化、信息预测的精确化。在智能理论和方法与电力系统技术的结合上要体现决策模型的高效化，优化决策的全局化，控制决策的过程化和结果展示的可知化。

我国智能电网的中长期发展目标和支持原则：

1）智能电网的自愈技术

包括数据的采集和监控系统，精密的测量单元，故障的诊断技术。

2）智能电网互动技术

配电网的与用户的电能双向互动及交易，用电信息的实时查询和用电实时管理平台。

3）智能电网高质量及其支撑技术

定制电力技术，电能质量技术。

4）制冷电网兼容理论与方法

考虑分布式能源的系统规划，考虑不确定因素的电网灵活规划（如没预料到的严重自然灾害）。

2.国内外相关概况、水平和发展趋势

美国、欧洲等发达国家己进行了多年的研究，获得了大量的数据，并取得了重要的理论和应用成果。我国对电能质量的研究正处于起步阶段，但也取得了较大的进展。早期的电能质量问题主要局限在频率偏移和电压偏移两个方面。但是，二十世纪八十年代以来，随着新兴负荷的出现对电能质量的要求更高，还需要设法解决诸如失去电压、电压跌落和开关暂态等多方面的电能质量问题。

目前，国内在电能质量监测方面的研究大多局限在谐波问题的研究。也提出和开发了一些监测和改善电能质量的电能质量补偿装置，包括各种有源电力滤波器、动态无功补偿装置、电能质量综合补偿装置，以及动态电压恢复器等，与国外的差距是非常明显的。

①电能质量监测的基础理论研究

电能质量监测的基础理论研究，包括统一的畸变波形下电能质量的含义，电能质量的界定方法、评价体系的研究，各功率成份的定义及物理意义研究等。目前为适应不同需要提出了许多功率成份的定义方法，在其数学表达式、物理意义及实施方面各有所长，但距离理论上和实际上的统一的并易于接受的表达式尚有一定的差距。

②测量方法及各种电能质量检测仪器和设备

各种电能质量指标均应有合理的计算分析方法，特别是针对不同干扰源的预测计算方法及其误差估计等，建立电能质量指标计算分析程序和数据库，同时还应建立起电能质量控制装置的系统仿真模型。

③积极采用数字化控制技术

随着高速数字信号处理器为基础的实时数字信号处理技术的迅速发展，并得到广泛应用，采用模拟量控制的电能质量控制置正用数字量控制代替。这有如下优点：可以程序控制，改变控制方法或算法不必改变控制电路;提高了系统稳定性、可靠性和灵活性，系统不受温度影响;可重复性好，易调试和批量生产;易实现并联运行和智能化控制。

3.其它情况

当前小、微电网的电能质量监测系统的设计解决方案层出不穷，以单片机、DSP、ARM、Nios II嵌入式处理器等为开发的系统均是较好的解决方案，之所以看中Nios II 软核处理器作为我们的设计开发核心，关键有以下一些考虑：

首先，SOPC是Altera公司提出的一个灵活、高效的SOC解决方案。它将Nios II处理器、存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成到一个FPGA上，构件成一个可编程的片上系统。具有灵活的设计方式，提供了许多可用的IP核，可裁减、可扩充、可升级的功能。同时其高速的性能为该系统的复杂参数计算提供了很大的便利。

其次，Nios II属于软核嵌入式开发，具有灵活性、高性能、低成本、生命周期长等特点，并提供了大量的开发技术文档和实例，只要有能力，结合FPGA可以做出来任何想象的到的东西，其创造能力是强大的，这就是Nios II乃至其他所有软核CPU的最大的意义所在。Nios II支持MicroC/OS-II、uClinux等多种实时操作系统，支持轻量级TCP/IP协议栈，支持*.zip的文件系统，Nios II处理器允许用户增加自定义指令和自定义硬件加速单元，无缝移植自定义外设和接口逻辑，在性能提升的同时，方便了用户的设计。

再次，Altera在FPGA上开发嵌入式系统的研究一直走在前列，我们选择Nios II来开发这个系统，正是看中了这点，而且软核嵌入式的开发技术的发展正处于上升阶段，尽早掌握这项技术，可以使我们开发人员尽早占领嵌入式系统开发的前沿阵地。

综合上述的考量，设计面向用户终端设计，可自行操作，具备联网功能的分布式电能质量监测系统是很有必要的。

电能质量谐波控制研究 第7篇

关键词：电能质量控制,谐波控制方法,电流预测控制算法

0 引言

当前, 多种电力电子装置广泛地应用在电力系统中, 这使在提高工作效率的同时, 也会在电网中产生了大量的谐波污染, 产生谐波损耗, 降低了电能质量, 进而降低机器的使用效率, 甚至引起严重事故。其中, 谐波危害比较严重的电力设备有变频器、电弧炉、电力机车等, 给系统用户带来众多危害, 导致电气设备不能正常运行, 所以控制谐波是提高电能质量的关键因素。 传统的谐波控制方法主要使用LC无源滤波器, 其方法简单, 成本低廉。 然而, 补偿设备由于受到本身的结构限制, 也只能补偿固定频率的谐波, 且补偿效果相对来说比较差。 近年来, 有源电力滤波器成为抑制谐波的有效控制设备, 能对任意次谐波进行补偿, 相比无源电力滤波器具有更好的滤波效果, 所以说, 有源电力滤波器对于补偿谐波, 提高电能质量具有良好的发展前景。

1 有源电力滤波器的电流控制方法

1.1 三角波跟踪法

三角波跟踪法是一种依据PWM控制原理的线性控制法。 在一般情况下, 有源电力滤波系统会产生延时等现象, 这样也就会产生补偿电流与指令电流之间的误差, 如此一来产生的补偿电流并不能实时跟踪谐波电流的变化, 进而不能有效的补偿谐波电流, 则需要一个有效的控制算法, 使得误差尽可能趋近于0, 获得理想的补效果。 三角波控制法工作过程为先将输出的实际补偿电流与谐波检测的指令电流做差比较, 经比例环节放大信号, 再与同步信号给出的高频三角载波进行比较, 调制PWM开关控制信号, 最终得到补偿电流。

这种方法的优点在于:电路简单, 且动态性好, 能够实时的控制高频开关系统, 其缺点在于:由于开关频率为固定的三角载波的频率, 所以使得逆变器将一直工作在高频的状态, 也会出现滞后现象。

1.2 滞环比较法

滞环比较法为一种常见的闭环控制法, 其利用滞环比较器将实际的补偿电流与谐波指令电流进行比较, 将比较的误差作为控制PWM变流器的开关动作, 使实际的补偿电流保持在参考电流附近。 在滞环控制结构中, 用滞环电流控制器取代了三角波控制法中的比例积分调节器, 这里滞环控制器具有两个调节功能, 一个作为闭环电流调节器, 另一个作为PWM调节器。 其工作原理是, 当指令电流信号与反馈电流信号误差超过滞环环宽时, 功率开关将发出动作, 以PWM信号来驱动控制电路开关器件通断, 实时补偿电流参考值。 滞环比较的环宽是其重要的控制参数, 越宽电流跟踪越慢, 补偿误差就越大;环宽越窄, 电流跟踪越快, 补偿效果更加精确, 但如果环宽过窄, 误差减小的同时, 功率开关器件的开关频率也会升高, 这样会导致电子器件的损坏。 因此, 在选择环宽的同时还要考虑到开关器件的承受能力及开关损耗。 相比三角波控制方法, 滞环控制法的电流控制结构简单, 跟随误差较小, 动态响应速度比较快。 但在采用滞环比较法固定滞环宽度的时候, 如果电流偏差过大, 就会导致滞环宽度小的滤波器不能实时对电流变化进行较好得跟踪补偿, 电流偏差较大的时候, 环宽固定, 产生的补偿电流就会过大, 补偿效果也不够理想。 同时, 功率器件的开关频率还会产生大量的噪声和脉动电流, 若逆变器对三相间的控制不独立, 将会产生相间的干扰。

1.3 无差拍控制法

无差拍控制是一种全数字化的控制方法。 其利用当前的参考电流和补偿电流值计算下一时刻的参考值与补偿值, 目的是使实际输出值与参考值的误差为0, 这样能够准确的跟踪监测参考电流值。 无差拍控制法主要用于正弦参考波情况, 具有动态性能好、跟踪无过冲的优点。 该算法首先求得到补偿电流值和反馈电流值, 并计算调节信号宽度的占空比, 计算的占空比实际就是控制功率器件的开关占空比的信号, 使输出与指令信号大小相等, 方向相反的补偿值, 在同一个采样周期内调节PWM信号的宽度和极性, 使输出期望指令值, 这样使得输出量跟踪输入量, 达到补偿谐波的效果。 该控制是一种基于对象的数学模型控制法, 可以消除稳态误差, 且能够在短时间内达到稳定状态, 减小过渡过程, 并且可以较快的实时跟踪电流变化。 但是这种算法对电路的参数以及控制器的匹配度要求较高, 如果对控制对象的参数选择的不恰当的话, 就会导致瞬时响应的超调量增大, 鲁棒性较差。

1.4 预测控制法

上述的无差拍控制方法, 其控制效果与控制器参数和系统参数的配合有着很大的关联性, 若选择的参数不匹配会产生较大的跟踪误差, 为消除这种跟踪误差对补偿性能的影响, 简化计算量, 提出了预测控制法。 该控制算法可有效地预测指令电流和负载电流, 同时也可以有效预测逆变器的输出电压。 预测控制法是一种基于模型的全数字化的闭环控制算法, 依靠数字信号处理器的数值计算并处理。 利用当前值与过值计算偏差, 确定当前的最优输入策略。 该方法通过逆变器功率器件状态方程以及输出反馈量进行预测, 计算下一时刻谐波参考电流值, 再计算下个开关周期的占空比。 预测控制法采用全数字量控制, 比传统的三角波控制法和滞环控制法更能够快速的跟踪谐波电流的变化, 响应速度快, 具有很好的鲁棒性。 但预测控制法对于硬件的依赖性较高, 目前较少应用。 随着微控制芯片技术的迅速发展, 此控制方法也将得到更加广泛的应用。

2 电流跟踪预测控制算法及改进

有源电力滤波器的工作过程为通过改变输出电压, 进而改变电抗器的电流, 该电流是用来抵消谐波电流和基波的无功分量, 起到滤波的作用。 在电源电流预测控制算法中, 其直流侧采用传统的PI控制法, 由于该算法调节速度较慢, 且超调严重, 在此处做了一些改进, 采用了基于电压差平方的PI控制法。 根据端口网络的能量守恒定律, 此外忽略逆变桥电路的开关等损耗, 交流侧发出的有功功率, 其中一部分消耗在有源电力滤波器上, 而另一部分消耗在非线性负载上。 其中, 消耗在有源电力滤波器上的有功功率记为P1, 消耗在非线性负载上的有功功率记为P2, 且非线性负载消耗的有功功率由负载本身决定。 基于瞬时无功功率的理论, 有源电力滤波器获得的有功功率全部用来供给直流侧电容, 即交流侧吸收或者释放的能量应等于直流侧的电容充电或放电的能量, 由此来平衡直流侧电压值, 补偿能量消耗, 使之保持稳定。 通过计算电流, 并采集电源电压的相位, 计算下一时刻的理想电源电流, 将计算结果代入占空比的计算公式中, 得出功率开关的占空比, 进而控制逆变器开关器件的开通和关断时间。 改进以后能够使得直流侧电压快速的上升到给定指令, 缩短调节时间, 进而较快速的达到稳定状态。

3 总结

对电能质量谐波控制方法进行分析研究, 详细的分析了有源电力滤波器的电流控制各种方法的优缺点, 并提出和改进了电源电流预测控制算法, 对谐波进行补偿。 改进后的算法相对于传统的控制法在保证稳定性的同时具有良好的快速性, 具有更佳的补偿效果和动态性能。

参考文献

[1]曾瑞江, 杨震斌, 柳慧超.基于小波变换的电力系统谐波检测方法研究[J].电力系统保护与控制, 2012.

[2]迟恩先.电能质量控制技术的研究与工程应用[D].山东大学, 2012.

电能质量控制与分析方法 第8篇

一、电力系统电能质量问题的产生主要有以下几个原因

1. 电力系统元件存在的非线性问题。

电力系统元件的非线性问题主要包括:发电机产生的谐波;变压器产生的谐波;直流输电产生的谐波。此外, 还有变电站并联电容器补偿装置等因素对谐波的影响。其中, 直流输电是目前电力系统最大的谐波源。

2. 非线性负荷。

在工业和生活用电负载中, 非线性负载占很大比例, 这是电力系统谐波问题的主要来源。电弧炉 (包括交流电弧炉和直流电弧炉) 是主要的非线性负载, 它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严重非线性引起的。居民生活负荷中, 荧光灯的伏安特性是严重非线性的, 会引起较为严重的谐波电流, 其中3次谐波的含量最高。大功率整流或变频装置也会产生严重的谐波电流, 对电网造成严重污染, 同时也使功率因数降低。

3. 电力系统故障。

电力系统运行的各种故障也会造成电能质量问题, 如各种短路故障、自然灾害、人为误操作、电网故障时发电机及励磁系统工作状态的改变、故障保护装置中的电力电子设备的启动等都将造成各种电能质量问题。

衡量电能质量的主要指标:由于所处立场不同, 关注电能质量的角度不同, 人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识, 但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。主要指标为国家技术监督局相继颁布的涉及电能质量六个方面的国家标准, 即:供电电压允许偏差, 供电电压允许波动和闪变, 供电三相电压允许不平衡度, 公用电网谐波, 暂时过电压和瞬态过电压以及供电频率允许偏差等的指标限制。

二、电能质量控制策略与技术

1. PID控制。

这是应用最为广泛的调节器控制规律, 其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便, 易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 应用PID控制技术最为方便。其缺点是:响应有超调, 对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

2. 空间矢量控制。

空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是:将基于三相静止坐标系 (abc) 的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系 (dq) 的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理, 具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

3. 模糊逻辑控制。

知道被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的“频域法”和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法, 无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式, 对系统特征进行模糊描述, 来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

4. 非线性鲁棒控制。

超导储能装置 (SMES) 实际运行时会受到各种不确定性的影响, 因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰, 得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型, 既可应用反馈线性化方法使之全局线性化, 再利用所有线性系统的控制规律进行控制, 也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

5. FACTS技术。

FACTS, 即基于电力电子控制技术的灵活交流输电, 是上世纪80年代末期由美国电力研究院 (EPRI) 提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流, 使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。

目前有代表性的FACTS装置主要有:可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

6. 用户电力 (Custom Power) 技术。

用户电力技术就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中, 其目的是加强配电系统的供电可靠性, 并减小谐波畸变, 改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率, 并且关断容量已达MVA级, 因此DFACTS装置具有更快的响应特性。

三、电能质量分析方法

电力系统中的各种扰动引起的电能质量问题主要可分为稳态事件和暂态事件两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征, 主要包括谐波、间谐波、波形下陷及噪声等;暂态事件通常是以频谱和暂态持续时间为特征, 可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类。

电能质量的分析方法主要有时域仿真法、频域分析方法和基于变换的方法。

1. 时域仿真法。

时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛, 其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。对于电压下跌、电压上升、电压中断等有关电能质量暂态问题, 由于其持续时间短、发生时间不确定、对频域分析提出了较高的要求, 较多采用时域仿真方法。

2. 频域分析法。

频域分析方法主要用于电能质量稳态问题。比如谐波、电压波动和闪变、三相不平衡等。相对于暂态问题, 此类事件具有变化相对较慢、持续事件较长等特点。对称分量法是最常用的方法。它的优点是概念清晰、建模简单、算法成熟, 但耗时长。

3. 基于变换的方法。

在电能质量分析领域中广泛应用的基于变换的方法主要有复立叶变换、神经网络、二次变换、小波变换和Prony分析等5种方法。

(1) 傅立叶变换。傅立叶变换是电能质量分析领域中的基本方法, 傅立叶变换的优点是算法快速简单, 但其缺点也很多。傅立叶变换是经典的频谱分析和信号处理方法。其对含有短时高频分量与长时间低频分量的电能质量信号分析具有一定的局限性。目前经改进的快速傅立叶变换 (FFT) 和 (STFT) 已经成为电能质量分析的基础。

(2) 神经网络法。神经网络理论是巨量信息并行处理和大规模平行计算的基础, 它既是高度非线性动力学系统, 又是自适应组织系统, 可用来描述认知、决策及控制的智能行为。

神经网络法的优点是:可处理多输入-多输出系统, 具有自学习、自适应等特点;不必建立精确数学模型, 只考虑输入输出关系即可。缺点是:存在局部极小问题, 会出现局部收敛, 影响系统的控制精度;理想的训练样本提取困难, 影响网络的训练速度和训练质量;网络结构不易优化。

(3) 二次变换法。二次变换是一种基于能量角度来考虑的新的时域变换方法。该方法的基本原理是用时间和频率的双线性函数来表示信号的能量函数。

二次变换的优点是:可以准确地检测到信号发生尖锐变化的时刻;精确测量基波和谐波分量的幅值。缺点是:无法准确地估计原始信号的谐波分量幅值;不具有时域分析功能。

(4) 小波分析法。小波变换是近年来兴起的一种算法, 由于具有时域局部化的优点, 特别适合于突变信号和不确定信号的分析。目前国内外已经有许多文献应用小波变换对谐波监测、电磁暂态波形分析、电力系统扰动建模等电能质量问题进行了研究。

小波变换的优点是:具有时-频局部化的特点, 特别适合突变信号和不平稳信号分析;可以对信号进行去噪、识别和数据压缩、还原等。缺点是:在实时系统中运算量较大, 需要采用DSP等高价格的高速芯片;小波分析有“边缘效应”, 边界数据处理会占用较多时间, 并带来一定误差。

(5) Prony分析法。Prony分析衰减的思想类似于小波。在该方法中, 信号总是被认为可以由一系列的衰减的正弦波构成, 这些衰减正弦波类似于小波函数。所以Prony分析方法和小波一样, 可以做多尺度的信号分析。Prony分析的主要缺点是计算时间过长。

大电网电能质量控制方法探析 第9篇

采用具有输送容量大、送电距离长、线路损耗低、占用土地少等特点的高压, 特高压构建大电网, 是破解中国能源短缺、环境保护形势严峻等问题的重要举措之一。鉴于大电网对电网的直接影响程度之大, 对大电网电能质量控制方法进行研究具有重要的理论意义和实用价值。

1 大电网接入对电能质量的影响

研究大电网电能质量控制方法是十分必要的, 其研究内容和结果直接关系到电网的安全、稳定, 并为电网规划和建设提供理论指导, 为相关的技术标准和操作规范提供实验依据。

1.1 大电网接入后的变化

接入大电网后, 将对整个电网产生重大而深远的影响: (1) 大电网送电容量较大, 任何故障或异常均将直接影响电网安全稳定; (2) 大电网中任何异常波动, 都将直接多级放大影响供电网络用户, 对如何保证用户电能质量提出挑战; (3) 大电网一般存在交、直流混供、多电压等级, 网络复杂等问题, 使得影响大电网的愈能力和稳定性的影响因素多, 控制更加困难; (4) 接入大电网后, 电网网架结构、电网故障后参数均产生巨大变化, 传统的故障检测方法和继电保护模式已无法满足大电网控制要求。

1.2 大电网短期负荷预测困难

传统的负荷预测从负荷水平、电源分布、设备输送能力等因素综合考虑, 最终预测出较准确的负荷情况。接入大电网后, 电网网络构架发生根本性变化, 电网潮流复杂, 此外, 随着“分布式发电”、“微电网”等新技术融入大电网, 大电网的负荷预测变得愈发困难。目前世界各国在这方面也缺乏技术方案和标准体系, 一定程度上阻碍大电网的发展和应用。

1.3 大电网给电力市场带来的新问题

接入大电网后, 即构成大电网电力市场。大电网电力市场较之传统电力市场有显著不同:如贸易方式和电力竞价机制、应对策略和操作模式等均发生根本性变化。大电网和大电网电力市场协调控制模式发生变化, 为实现整体优化运行的目标, 必须探索新型大电网交易模式和市场机制, 促进大电网建设和发展。

2 大电网电能质量控制方法

2.1 大电网电能质量控制研究情况

纵观近几年世界上发生了多起大规模停电事故, 无论起因如何, 最终都影响到了大电网的安全稳定运行, 最终的影响结果无不波及面广、影响巨大, 损失重大。大电网运行控制策略首要任务是如何保证在大电网发生灾难性事故时, 有效地避免重要负载功率损失, 确保重点城市、关键部门和人民生活用电, 以及电网事故后的快速恢复供电。

目前, 国内外大电网控制策略基本从六个方面开展:大电网短期负荷预测方法、电网调度技术和规范、大电网经济运行策略、电网电能质量问题、大电网大电网技术和规范、电网安全及紧急控制策略。而发展符合大电网特性的故障检测方法和继电保护技术, 是确保大电网的进一步发展和应用的必要技术支撑。

2.2 根据大电网提供的短路电流变化特征进行电能质量控制

接入大电网后, 电网网络构架发生根本性变化, 在电网故障后整个电网参数均游产生巨大变化, 大电网提供的短路电网变化显著。通过建设新的电网保护系统和整定计算原理, 建立大电网故障仿真平台, 分析电网短路故障电流与电压变化等情况。在此基础上, 构建能准确地反映不同故障情况下短路电流特性的大电网网络模型, 根据计算短路电流变化特性以及及相关继电保护原理, 制定大电网控制电能质量控制方案和措施。

2.3 根据大电网高渗透率特征进行电能质量控制

根据大电网的高渗透相关原理, 对大电网不同运行方式下负荷潮流进行研究, 构建高渗透率特性的仿真模型, 深入开展继电保护配置和参数设置研究, 并结合大电网安全控制要求等因素以及大电网和电网保护协调机制, 制定大电网电能质量控制方案和措施。

2.4 根据大电网电力市场进行电能质量控制

接入大电网后, 根据大电网电力市场贸易方式、电力竞价机制、电力经济型等因素, 采取优先使用再生能源原则等, 调整能源结构分布, 构建大电网电力市场模型, 并结合大电网安全控制要求等因素, 制定符合大电网电力市场的电能质量控制机制和控制策略。

2.5 基于分区原则的大电网电能质量控制

结合传统电网分层分区运行特点, 提出了基于分区的大电网电能控制原理。重点分析大电网分区后各分区之间的关联性及各分区的边界等效情况, 得到大电网分区后的的可靠性, 并评估大电网及大电网分区后的薄弱点, 制定大电网电能质量控制策略。

3 大电网接入标准的制订

大电网的快速发展和安全稳定运行, 离不开配套的标准支撑。按照“基础先行, 急用先行”的原则, 需制订大电网设备规范、微网规划和设计标准、大电网、并网操作规范等一系列的大电网技术标准和接入规范, 规范大电网规划设计和设备选型, 规范大电网接入和大电网互连操作, 确保大电网的安全稳定运行和电能质量。

4 结论

大电网和大电网互联是电力工业发展的必然趋势, 可实现能源资源的大范围优化配置, 提高电网整体效率。是解决中国能源短缺、能源安全和环境保护严峻等问题重要举措。本文针对大电网电能质量控制方法进行了探讨, 具有重要的理论意义和实用价值。

摘要：随着经济的高速发展, 对电力需求和电能质量提出了更高要求。为实现资源优化配置, 满足日益增长的负荷需求, 提高供电可靠性和经济性, 以及符合环境保护的要求, 大电网及大电网互联必将越来越多的出现。相对于传统电网, 大电网在电网控制和电能质量控制方面存在较大的差别。本文对大电网电能质量控制方法进行深入探析。

关键词：大电网,电能质量控制

参考文献

[1]邓星.高渗透率下大电网接入的策略[J].电力科技, 2010 (01) :32~51.

浅谈电能质量分析与控制 第10篇

电能是现代社会最为广泛使用的能源,电能质量关系到各行各业和人民生活用电,关系到国民经济总体效益。随着科学技术的进步和生产过程的高度自动化,电网中各种非线性负荷及用户不断增长,各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备越来越多。上述两方面的矛盾越来越突出,用户对电能质量的要求也更高,在这样的环境下,探讨电能质量领域的相关理论及其控制技术,分析我国电能质量管理和控制的发展趋势,具有很强的现实意义。

1 电能质量概述

1.1 电能质量概念

从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电,但迄今为止,人们对电能质量的技术含义仍有很多不同的认识,还不可能给出一个准确统一的定义。合格电能质量是指提供给敏感设备的电力和接地是适合于该设备运行的。

1)电压质量:给出实际电压和理想电压的偏差,以反映供电部门向用户分配的电压是否合格。2)电流质量:为反映与电压有密切关系的电流变化情况除了为用户电流提出单一频率正弦波要求外,还要求该电流波形与供电电压同相位。3)供电质量:技术含义:电压质量和供电可靠性。非技术含义:服务质量。4)耗电质量:包括电流质量和非技术含义。

1.2 电能质量问题分类

1)瞬变现象:变量的部分变化,且从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的过程中,该变化逐渐消失的现象。它包括冲击性瞬变现象和振荡瞬变现象。2)短时间变动:由于系统故障,大容量负荷启动时的大电流或电网松散联结的间歇性负荷运行所致。它包括间断,电压凹陷和电压突起。3)长时间变动:由于系统负荷变动或系统中的开关操作引起的,指工频下的分量均方差持续时间超过1 min的情况。它包括过电压,欠电压和持续间断。4)电压不平衡:与三相电压(电流)平均值的最大偏差。主要是负荷不平衡(单相运行)或三相电容器组的某一相熔断造成的。5)波形畸变:电压(电流)波形偏离稳定工频正弦波的现象。它主要包括直流偏置,谐波,间谐波,陷波和噪声。6)电压波动:电压变化的包络线或随机电压变动。负荷电流的大小呈现快速变化时,可能引起电压的变动,也称闪变。波动是一种电磁现象,而闪变是电压波动对某些用电负荷造成的有害结果。7)工频变化:电力系统基波频率偏离规定正常值的现象。它与系统供应电能的发电机转子转速有关。

2 电能质量的控制方法与技术

2.1 电能质量控制的方法

2.1.1 PID控制

这是应用最为广泛的调节器控制规律,其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便,易于在工程中实现。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,应用PID控制技术最为方便。其缺点是:响应有超调,对系统参数摄动和抗负载扰动能力较差。

2.1.2 空间矢量控制

空间矢量控制也是一种较为常规的控制方法。其原理是:将基于三相静止坐标系(abc)的交流量经过派克变换得到基于旋转坐标系(dq)的直流量从而实现解耦控制。常规的矢量控制方法一般采用DSP进行处理,具有良好的稳态性能与暂态性能。也可采用简化算法以缩短实时运算时间。

2.1.3 模糊逻辑控制

了解被控对象精确的数学模型是使用经典控制理论的“频域法”和现代控制理论的“时域法”设计控制器的前提条件。模糊控制作为一种新的智能控制方法,无需对系统建立精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式,对系统特征进行模糊描述来降低获取系统动态和静态特征量付出的代价。

2.1.4 非线性鲁棒控制

超导储能装置(SMES)实际运行时会受到各种不确定性的影响,因此可通过对SMES的确定性模型引入干扰,得到非线性二阶鲁棒模型。对此非线性模型,既可应用反馈线性化方法使之全局线性化,再利用所有线性系统的控制规律进行控制,也可直接采用鲁棒控制理论设计控制器。

2.2 FACTS技术

FACTS,即基于电力电子控制技术的灵活交流输电,是20世纪80年代末期由美国电力研究院(EPRI)提出的。它通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流,使输送容量更接近线路的热稳极限。采用FACTS技术的核心目的是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力。目前有代表性的FACTS装置主要有:可控串联补偿电容器、静止无功补偿器、晶闸管控制的串联投切电容器、统一潮流控制器等。

2.3 用户电力技术

用户电力技术(或称柔性化供电)就是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等运用于中低压配电系统和用电系统中,其目的是加强配电系统的供电可靠性,并减小谐波畸变,改善电能质量。该技术的核心器件IGBT比GTO具有更快的开关频率,并且关断容量已达MVA级,因此DFACTS装置具有更快的响应特性。用户电力技术概念的提出,有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力,也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。目前主要的DFACTS装置有:有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电系统用静止无功补偿器(D-STAT2COM)、固态切换开关(SSTS)等。

3电能质量的分析与控制技术对检测技术的新要求

传统的检测仪器一般只局限于持续性和稳定性指标的检测,而且仅测有效值已不能精确描述实际的电能质量问题,因此新的检测技术要达到如下的具体要求:1)能捕捉快速(ms级甚至ns级)瞬时干扰的波形。2)需要测量各次谐波及间谐波的幅值、相位。3)需要有足够高的采样速率,以便能获得相当高次谐波的信息。4)建立有效的分析和自动辨识系统,反映各种电能质量指标的特征及其随时间的变化规律。

4结语

电力电子技术的应用可以大大提高电网的电能质量,FACTS,CusPow等新技术更是为解决电能质量问题开拓了广阔的前景,同时一些非电力电子技术的发展也很迅猛,将这些技术融合发展,并合理使用、大力推广,必然会逐步满足电力负荷对电能质量日益提高的要求。但是电能质量控制的内容与电能质量问题的性质密切相关,电能质量控制的措施需要通过从规划、运行到补偿的各个环节,从管理、操作到设备的各个层次,从制造商、电力部门、用户及科研院校的共同努力才能够实现。可见从系统管理策略角度看,电能质量控制不仅仅单靠技术就可解决问题,还应当从规划、管理等多方面统一考虑并进行合理利用,才能有效提高电能质量。

参考文献

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[4]陈警众.电能质量讲座第二讲——20世纪末对电能质量要求的新发展[J].供用电,2000,17(4):21.

电能质量控制技术 第11篇

【关键词】定制电力技术；配电侧电能质量；应用

当前，随着人们对电力需求的逐渐增多以及对电能质量的要求的不断提升，解决配电侧电能质量问题已经成为电力企业必须要面对的问题，它对于供电的安全及电能质量具有非常重要的作用。因此，研究寻找解决配电侧电能质量的方式方法就是当务之急。定制电力技术在解决配电侧电能质量问题方面具有非常重要的作用。

一、目前配电侧电能质量的主要问题

在我国，配电侧电能质量问题主要包含两个方面，一是配电的电压突然降低或者升高，二是配电电压瞬间被中断。下面对这两个问题进行简要的分析。

（一）配电电压骤然下降

电力系统在运行的过程中，由于电压和电流频率偏差和既定的标准有一定的差距，会造成电力系统的损坏，从而最终影响到电力系统的供电质量。电压骤降是指在持续的时间之内电压的有效值突然降低。产生电压突然骤降的主要原因主要有荷载突然增大、大型的电机启动、冲击性负荷的投切和电力系统突然出现故障等。电压骤降对用电设备的正常运行会产生很大的影响，严重了会造成用电设备的损坏。比如，导变频调速设备如果出现跳闸的话，就有可能使得计算机发生紊乱的现象。电压骤升是指在一定的时间内，电压突然增加的现象。造成电压骤升的原因很多，一般主要是由于负荷突然降低或者电力系统突然出现故障所引发的。电压骤升一般不很常见，但它造成的损坏往往会更大。如果电压骤升超过60秒的话，就成了过压，这样很容易造成用电设备的损坏或者引发火灾等大型事故。

（二）配电电压突然发生中断

电压瞬间中断主要是指在二分之一周期内到3秒之间，电力由于某种原因突然中断。中断的可分为短时中时以及长时，短时中时一般持续3—60s，长时大约会持续1分钟左右。电压的瞬时中断会中断一些企业的生产流程，比如一些大型的石化企业以及制造业等。如果出现瞬时中断，那么就会造成大量的材料浪费，进而给企业增加不小的生产成本。

（三）瞬时脉冲现象

瞬时脉冲现象对于高精密仪器的影响非常大。它出现的主要原因 由于电力供应不足导致的。瞬时脉冲是指在极为短暂的时间里，电压或者电流突然出现增高的现象。瞬时脉冲持续的时间一般很短，虽然如此，但这在极短的时间里，电压或者电流的变化率是非常大的。这种变化率对精密仪器的冲击是非常严重的。精密仪器对电压电流是很敏感的，如果遭受瞬时脉冲，那么精密仪器很容易被损坏。因此，瞬时脉冲也是评价电力系统供电质量的一个很重要的指标。

二、定制电力技术及其应用分析探讨

针对当前配电侧电能质量出现的问题，依靠现代电子技术以及现代控制技术，定制电力技术应运而生。下面对定制电力技术及其应用进行详细的分析。

（一）定制电力技术

和传统的做法相比较，定制电力技术主要是从用户的角度出发的，以用户所能感受到的影响为依据，同时还从电能的可靠性以及供电质量两个方面进行考虑。定制电力技术依靠现代电力电子技术以及现代控制技术科计算机技术，将它们应用到配电系统中去，从而形成了电能质量补偿控制设备。它对消除电压波动以及供电短路等现象具有非常重要的作用，大大提升了供电的可靠性以及电能的质量。

定制电力技术对用户的电力设备也有很高的要求，要求用户方能够对配电系统的运行状态做出实时的反应，同时能够快速的把电能质量调整到所需要的程度上，这就需要使用专业的固态开关来确保用户电力装置快速动作。当前，伴随着GTO等大功率开关器件应用逐渐普及，制造成本也在不断的下降，这就使得定制电力技术在电力系统中的应用逐渐的普遍化。除此之外，微机控制技术、数字信号处理技术以及光纤通信技术等也随着社会的发展而逐渐走向成熟，这也为定制电力技术的实施奠定了技术上的基础。

（二）定制电力技术在配电侧电能质量中的应用

使用传统的方法来提升配电侧电能质量的方法主要是调压以及局部并联电容器等方法。这些方法的优点在于比较简便快捷，同时也存在着无法克服的缺点，比如传统的调压不能克服变压器运行不稳定的问题以及局部并联电容器所使用的范围比较有限等。使用定制电力技术能够有效的克服上面的几个问题。

1、备用的储能设备

所谓的备用储能设备就是指备用电源，它可以在电力系统供电无法满足用电需求的情况下，对用户进行供电。备用储能设备主要包含静态电源切换开关、储能模块以及交流器模块等。

2、静态切换开关设备的应用

静态切换开关设备是依据切换开关的原理而产生的，这种静态切换开关设备的主要功能在于确保重要的负荷不受到外在因素的影响，从而可以非常有效的把负荷从出现故障的电路上切换到备用的电路上面来。这种开关的优点在于可以确保主电源以及备用电源一直都是出于一个工作状态上面，这种静态切换开关是一种比较特殊的机械切换开关，它能够使得在正常运行的状态下主电源工作出于正常的状态，而替换电源是处于备用状态的。如果需要用到备用电源，替换电源就会成为主电源，原来的主电源就处于备用电源的状态。较差电流的产生与否主要取决于电压水平以及相位的状态。

3、静态串联补偿器的应用

静态串联补偿器作为使用非常广泛的一种定制电力技术，其设计的主要目标是为了解决电压骤降以及电压骤断现象，它使用的是串联的方式，可以在配电主电路器上直接应用，进而保持供电的持续性和稳定性。

除上面的功能之外，静态串联补偿器还可以用做备用的补偿器，从而确保电力系统一直处于稳定的工作状态。然而，静态串联补偿器也有其弱点，就是工作的范围比较小，只能在电压突然下降50%的情况下使用。如果电力系统的电压发生变化，那么静态串联补偿器可以向电力系统注入电压，从而保证电压不出现波动的情况。因此，与传统的补偿方式相比较的话，静态串联补偿器的效率是非常高的。

4、静态电压调节器的应用

和传统的电压调节器相比，静态电压调节器能够在很短的时间对对电压进行校正，同时可以实现50%以上电压由于骤降而得到的补偿。其内部使用了谐波消除设备，所以不会出现谐波污染问题。另外，在电压处于额定电压之下的时候，静态电压调节器能够实现从供电侧系统向配电侧系统进行电能的补充。

结束语

基于SVG电能质量综合控制研究 第12篇

某110 k V变电站接入冲击性非线性用户, 给电能质量造成了严重的影响, 主要表现为3、5、7次谐波电流严重超标, 电压波动较大, 已严重危及到电网的安全稳定及经济运行。需要采用经济、合理的方法对该变电站电能质量进行综合治理。当前, 应用于高压系统电能治理的设备主要有无源滤波器 (FC) 、静止无功补偿器SVC (FC+TCR, FC+MCR) 、动态无功补偿装置SVG。其中, FC多为单调谐滤波器, 补偿基波无功及滤除谐波, SVC采用三角形接线方式, 平衡三相无功, 两者结合实现无功补偿、滤除谐波、抑制闪变或负序电流功能[1,2]。TCR功率损耗包括控制电抗器和晶闸管损耗, 前者近似与支路电流的平方成正比, 后者近似与支路电流成正比。总体来说, TCR功率损耗一般为安装容量2%~4%。同时, 因其在调整过程产生谐波、响应时间相对较慢等原因, 随着SVG技术的发展, SVC在电网中逐渐被SVG代替。

SVG应用于电网电能质量综合治理, 主要集中在无功动态补偿, 谐波, 闪变[1]。基于星性接线方式的SVG应用于负序治理, 还处在探索阶段, 部分文献探讨了SVG的负序检测方法[2]。

针对110 k V四街变电站电能质量污染现状, 研究了基于复合控制方法的SVG技术, 探讨开展了高压系统电能质量综合治理研究, 研究其具有的优点和缺点。为后续类似工程的开展提供借鉴。

2 瞬时功率理论检测电流

2.1 检测无功和谐波电流

三相瞬时功率理论由赤木泰文提出以来, 经过多年的发展, 目前逐渐探索应用到工程无功补偿和谐波治理项目中。其中, 该理论应用于无功电流和谐波电流检测过程, 如图1所示。

在图1中, A相电压经过锁相环节, 生成同相位的正弦和余弦信号。两者合成构成C信号矩阵。图中,

谐波电流检测原理由图2所示, 三相电流经正交变换、C矩阵合成得到瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq。两信号经低通滤波器, 得到直流分量, 这两信号对应基波有功和无功电流分量。两电流信号经反变换, 最终得到三相基波电流iaf, ibf, icf。该信号与原信号相减可得到谐波电流信号ian, ibn, icn。

2.2 负序电流检测方法

当前, 在工程上对负序电流的治理主要采用SVC。SVC的控制策略基于C.P.steinmetz提出的平衡化补偿理论[3]。因SVC在实际运行控制过程中功率损耗较大, 限制了其在未来电能质量治理领域的发展。随着SVG技术的发展, 当前在高压系统中的无功补偿及谐波治理方面逐步采用SVG+FC方式代替SVC+FC方式。但在负序电流治理方面还处于探索研究方面[1,2,3,4]。为此, 本文提出了一种基于瞬时无功理论的负序电流检测方法, 通过工程应用证明其有效性。

通常, 正序分量在向量图上, ABC分量为顺时针分布, 负序分量反之。受此启发, 本文中采用基于瞬时无功理论应用于负序电流检测方法。如图2所示。其中,

负序电流检测原理由图2所示三相电流经正交变换、C矩阵合成得到瞬时有功电流ip-和瞬时无功电流iq-。两信号经低通滤波器, 得到负序直流分量这两信号对应基波负序有功和负序无功电流分量。两电流信号经反变换, 最终得到三相基波负序电流

3 SVG用于高压无功和谐波治理

某变电站1号主变35 k V侧谐波电流超标;1号主变10 k V侧功率因数波动较大、谐波电流和闪变超标。经方案经优化后确定, 1号主变35 k V侧采用5次单调谐无源滤波方式, 安装容量为14.4 Mvar;10 k V侧采用SVG+FC综合治理方式, 安装容量分别为±6 Mvar和3.15 Mvar。功能方面, ±6 Mvar的SVG滤除1号主变10 k V侧5、7、11次谐波电流;在该侧加装一套容量为3.15Mvar的13次单调谐滤波器用于滤除13次及以上谐波电流;在1号主变35 k V侧加装一套容量为14.4 Mvar的5次单调谐滤波器, 滤除35 k V侧谐波源产生的5次谐波电流。1#主变35 k V侧5次单调谐滤波器投入后, 注入系统的5次谐波电流由28 A降至5 A (主变并列运行) , 5次谐波电压含有率由1.8%降低至0.1%。

SVG对5、7谐波电流有较好的效果, 滤除率均大于90%, 对高次谐波效果与SVG的结构及开关频率有关, 本项目中SVG中的IGBT管未采用多重化结构, 对高次谐波的滤波效果不太理想, 11次、13次谐波滤除率分别为43%, 20.1%;SVG投入后, 有效抑制了低次谐波电压含有率, 使10 k V母线谐波电压总畸变率由投入前的3.6%降至2.5%;SVG能有效抑制10 k V侧功率因数波动, 使10 k V侧功率因数维持在0.985水平。通过上述测试分析可知, 随着该电能质量治理工程的顺利投入运行, 有效解决了典型变电站谐波污染现状。

4 SVG应用于负序治理

当前, 对负序的治理主要是基于C.P.steinmetz提出的平衡化补偿理论。SVC应用该方法对用户负序治理具有较好的效果, 但也带来了其它问题。其中, 最为重要的缺陷是SVC本身作为一个谐波源向系统注入大量的5、7、11次谐波电流, 且其运行功率损耗约为额定容量的2%~4%。为了有效解决上述难题, 提出了一种基于瞬时无功理论的负序电流检测方法, 并成功应用于谐波和负序治理中。治理效果如图3、图4所示。

由图4可知, SVG对3次谐波电流的滤除率达到88%, 负序电流的滤除效果达到95%。因此, 基于瞬时无功检测理论, 通过对控制策略进行设计, SVG可同时实现对谐波和负序的综合治理。

5 结束语

针对谐波、负序及无功补偿等综合治理问题, 本文提出了基于瞬时无功检测理论提出了谐波和负序复合控制算法, 通过工程实施, 证明SVG在未来电能质量治理方面, 具有广泛的推广前景。

参考文献

[1]李力, 左丽, 陈立松.牵引变电所采用SVG实现无功和负序综合补偿方法[J].现代电力技术.

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