孫　劍

(太原科技大學(xué), 山西 太原　 030024)

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低壓諧波抑制裝置的試驗驗證

孫劍

(太原科技大學(xué), 山西 太原 030024)

介紹了低壓諧波抑制裝置的工作原理,分析了有源濾波器的實現(xiàn)和系統(tǒng)控制方法,并對諧波抑制裝置進(jìn)行了試驗驗證。試驗結(jié)果表明,諧波抑制裝置實現(xiàn)了動態(tài)諧波抑制和無功補償,對于提高電能品質(zhì)、節(jié)能降耗、降低電力基礎(chǔ)設(shè)施投資等方面具有較大意義。

低壓有源諧波抑制裝置; 靜止無功發(fā)生器; 無功補償; 間接電流控制

0　引　言

諧波是影響電能質(zhì)量的重要因素之一。諧波產(chǎn)生較常見的原因是非線性負(fù)載。電力系統(tǒng)中各種整流、逆變等非線性裝置工作時會造成電壓或電流畸變,從而產(chǎn)生除基波分量外的各種電壓或電流諧波分量。隨著電動汽車充電樁等電力電子設(shè)備大量投用,必將向電網(wǎng)注入大量的高次諧波,干擾電網(wǎng)中其他用電設(shè)備,因此安裝諧波抑制裝置對于提高電能質(zhì)量有著重要意義。

1　諧波抑制裝置的工作原理

諧波抑制裝置(Static Var Generator,SVG)的基本原理是將橋式變流電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或直接控制其交流側(cè)電流,使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流,從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康腫1-2]。

靜止無功發(fā)生器是將自換相橋式電路通過電抗器或者變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上,調(diào)節(jié)橋式電路交流輸出側(cè)輸出電壓的相位和幅值,或直接控制電流,即可吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流,實現(xiàn)動態(tài)無功補償。SVG主電路可分為電壓源逆變電路和電流源逆變電路,但目前己實現(xiàn)的裝置中均采用電壓源逆變電路結(jié)構(gòu)。

2　有源濾波器的實現(xiàn)

當(dāng)有源濾波器通電后,首先通過預(yù)充電對直流母線的電容器進(jìn)行充電,充電過程在幾秒內(nèi),以防止對電容的瞬間沖擊。當(dāng)直流母線電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓時,預(yù)充電電路斷開。作為儲能元件的電容器通過IGBT逆變器向外輸出補償電流。有源濾波器通過外界的一組電路互感器把采集的負(fù)載電流信號送至控制板,通過軟件計算可以把基波和諧波分離,將要補償?shù)臄?shù)值發(fā)送到驅(qū)動電路,觸發(fā)IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網(wǎng)中,達(dá)到消除諧波、補償功率因數(shù)的目的。

3　系統(tǒng)控制方法

由SVG的工作原理可知,由無功電流(或者無功功率)參考值調(diào)節(jié)SVG,控制SVG發(fā)出無功的性質(zhì)和大小,就可以補償負(fù)載所需的無功,目前主要方法是電流的直接控制,即采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對電流波形的瞬時值進(jìn)行反饋控制,直接指令電流的發(fā)生。以SVG裝置的向量圖(以吸收滯后電流)為例,由電網(wǎng)電壓Us、變流器交流測基波電壓Ug和連接電抗壓降UL構(gòu)成的三角關(guān)系,可最終推導(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

(1)

(2)

當(dāng)SVG吸收超前無功電流時,其穩(wěn)態(tài)仍滿足式(1)和式(2),電壓相角δ和IQ均為負(fù)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時,δ絕對值的變化范圍很小,sin2δ近似為2δ,所以δ與IQ成正比。當(dāng)SVG吸收超前無功電流時,也可以得出類似關(guān)系式。

因此在δ角絕對值不太大的情況下,IQ與δ接近線性正比關(guān)系。故可以利用這些對應(yīng)關(guān)系，采用直接或間接電流控制方法來控制SVG。其中，直接控制采用滯環(huán)比較或三角波比較。文獻(xiàn)[3]介紹了滯環(huán)比較方法得到的控制脈沖,其原理比較簡單,且控制性能與滯環(huán)的選取有關(guān)。

4　試驗驗證

諧波補償試驗裝置ECOsine 設(shè)備投入某機械加工車間總配電室母線,而該車間配電系統(tǒng)其他補償裝置退出,采用YOKOGOWA WT500電力監(jiān)控儀表對SVG補償效果分析。

投入補償前電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2　投入補償前電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)

投入補償后電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3　投入補償后電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)

對比圖2、圖3可見,機械加工類車間設(shè)備工作時電流畸變極大,諧波含量很大。試驗補償設(shè)備電流僅120 A,不能消除所有諧波,故設(shè)備設(shè)置參數(shù)重點針對高次諧波。補償設(shè)備投入系統(tǒng)運行后,基波含量基本恒定,高次諧波大幅減少,電流有效值明顯降低(約15%),功率因數(shù)提高明顯。

5　結(jié)　語

有源諧波抑制裝置可實現(xiàn)動態(tài)抑制諧波,對電力系統(tǒng)無功補償效果明顯,同時減少高次諧波含量,對于提高電能品質(zhì)、節(jié)能降耗、降低電力基礎(chǔ)設(shè)施投資等方面都有著較大意義。未來有源濾波技術(shù)作為改善電能品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù),將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

[1]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[2]牛培峰,李海鵬,周全.SVG技術(shù)展望[J].電氣應(yīng)用,2005,24(10):1-8.

[3]孫樹勤.無功補償?shù)氖噶靠刂芠M].北京:中國電力出版社,1998.

Verification of Low Voltage Harmonic Suppression Device

SUN Jian

(Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024)

This paper introduced the working principle of low voltage harmonic suppression device,and analyzed the realization of active filter and system control method.The experiment was designed to verify the active harmonic suppression device.The experimental results show that the active harmonic suppression device realizes the dynamic harmonic suppression and reactive compensation.It has an important significance for improvements of power quality,energy saving and consumption reducing,and decrease of power infrastructure investment.

low voltage harmonic suppression device; static var generator(SVG); reactive compensation; indirect current control

孫劍(1980—),男,從事工程項目電氣專業(yè)管理工作。

TU 852

B

1674-8417(2016)06-0028-03

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.06.007

2016-01-29