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(wú)功等電能質(zhì)量問(wèn)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(wú)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(guò)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(guò)系統(tǒng)中的無(wú)

2、源濾波器組來(lái)補(bǔ)償大容量無(wú)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(wú)功功率。針對(duì)某110kV變電站諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓こ绦枰?，詳?xì)介紹了兼具大容量無(wú)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(wú)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(guó)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(lái)，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(wú)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(wèn)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(wèn)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(wú)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(wú)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(kāi)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(wú)功功率具有一定難度，成為目前國(guó)內(nèi)外供電系統(tǒng)諧波抑制和無(wú)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(wú)功的電能質(zhì)量問(wèn)題治理裝置，通過(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)功補(bǔ)償裝置如圖1所示。2C2L1C1L0LSUSZC非線性負(fù)載無(wú)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(wú)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?？刂瓶驁D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