国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于STATCOM與換相開關(guān)結(jié)合的三相不平衡治理方法

2022-07-08 06:58陸洲杰吳光源李俊波馮夢婷
東北電力技術(shù) 2022年5期
關(guān)鍵詞:相電流三相直流

陸洲杰,吳光源,李俊波,李 爍,馮夢婷

(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院,湖北 宜昌 443002)

由于低壓配電區(qū)域存在大量單相負(fù)荷隨機(jī)接入的情況,導(dǎo)致產(chǎn)生配電線路末端三相不平衡問題[1-2]。當(dāng)配電網(wǎng)長時(shí)間在三相不平衡的工況下運(yùn)行時(shí),會(huì)給配電線路造成一系列不良影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起火災(zāi)等災(zāi)害,使電網(wǎng)無法正常穩(wěn)定運(yùn)行。

針對配電網(wǎng)三相不平衡問題,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量的研究工作,并取得了一定成果。當(dāng)前解決三相不平衡問題主要有負(fù)荷相序平衡法、配網(wǎng)重構(gòu)法和負(fù)荷補(bǔ)償法3種方法[3]。文獻(xiàn)[3]介紹了解決三相不平衡的常用解決方案,對當(dāng)前國內(nèi)外治理配電網(wǎng)三相不平衡的現(xiàn)狀做了詳細(xì)概述。文獻(xiàn)[4]提出一種以降低配電網(wǎng)三相不平衡度為優(yōu)化目標(biāo)的配電網(wǎng)重構(gòu)模型,但其重構(gòu)周期較長,若縮短重構(gòu)周期,則需要增加重構(gòu)次數(shù),從而會(huì)帶來開關(guān)損耗嚴(yán)重、人工成本增加等問題。文獻(xiàn)[5-6]介紹了一種基于自動(dòng)換相的三相負(fù)荷平衡技術(shù),通過在配網(wǎng)終端加入智能換相開關(guān),并通過合理的換相算法實(shí)現(xiàn)對三相不平衡問題的調(diào)節(jié),該方案可以有效治理三相不平衡問題,但由于智能換相開關(guān)在換相過程中會(huì)造成約20 ms的停電,對一些敏感的電氣設(shè)備依舊會(huì)產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[7]提出在低壓配電網(wǎng)側(cè)加入配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)來治理三相不平衡問題,并采用比例諧振(proportion resonant,PR)控制電流環(huán)對正弦量直接進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié),但在三相不平衡狀況下,DSTATCOM直流側(cè)電壓以及功率的二倍頻不能完全消除。

本文將智能換相開關(guān)與靜止同步補(bǔ)償器(static synchronous compensator,STATCOM)同時(shí)并入配電網(wǎng)來治理配電網(wǎng)三相不平衡[8],首先通過智能換相開關(guān)對不平衡度進(jìn)行調(diào)整,使不平衡度達(dá)到特定值,隨后通過STATCOM對不平衡度進(jìn)行微調(diào),使三相不平衡度降到最低,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,并提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。利用MATLAB/Simulink仿真軟件進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,該方法可以有效降低配電網(wǎng)三相不平衡度。

1 三相不平衡度計(jì)算

國標(biāo)[9]規(guī)定,在配電網(wǎng)中公共接入點(diǎn)的三相不平衡度長時(shí)間內(nèi)負(fù)序電壓(電流)不能大于2%,短時(shí)間內(nèi)不平衡度不能超過4%。計(jì)算三相不平衡度的方法有很多種,由于本文主要針對三相電流不平衡進(jìn)行治理,因此以電流不平衡為例,采用方法如下。

將三相電流中最大的相電流值與最小的相電流值做差,將差值比上三相電流的平均值后乘以100%,具體的計(jì)算如式(1)所示。

(1)

式中:ε為三相電流不平衡度;Imax為最大相電流值;Imin為最小相電流值;IA、IB、IC分別為各相電流值;Iav為三相電流平均值。

2 智能換相開關(guān)

智能換相開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)中A、B、C三相之間的自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)線路中的電流傳感器將電流數(shù)據(jù)上傳至云端后,云端通過對智能換相開關(guān)發(fā)送相應(yīng)的指令[10],使負(fù)荷盡可能平均分配在三相中,降低三相不平衡度。圖1是智能換相開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖,其中VS是反并聯(lián)晶閘管模塊,每只晶閘管只導(dǎo)通交流的正半周或負(fù)半周,一個(gè)周期的導(dǎo)通由2個(gè)晶閘管交替完成,KM是磁保持繼電器,圖2是云端對智能換相開關(guān)發(fā)送指令的流程圖。

圖1 智能換相開關(guān)的結(jié)構(gòu)

圖2 換相指令流程

3 STATCOM的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 基本結(jié)構(gòu)

STATCOM作為一種電網(wǎng)綜合補(bǔ)償設(shè)備,能夠快速有效解決配電網(wǎng)中三相不平衡的問題。當(dāng)前用于三相四線制系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要為四橋臂式結(jié)構(gòu)和分裂電容式結(jié)構(gòu),如圖3所示,2種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功能相同,但由于四橋臂式結(jié)構(gòu)比分裂電容式結(jié)構(gòu)多了一個(gè)橋臂,在治理三相不平衡問題時(shí)不夠穩(wěn)定,所以需要更加復(fù)雜的控制策略,同時(shí)也會(huì)增加成本。在三相四線制電路中,分裂電容式結(jié)構(gòu)的STATCOM與單電容結(jié)構(gòu)的STATCOM相比,可以形成零序通路,對線路中電流的零序分量進(jìn)行補(bǔ)償。因此,本文采用分裂電容式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為主電路結(jié)構(gòu)。圖3中,L1、L2、L3、Ln分別表示各線路中的電感,Udc表示直流側(cè)的電容電壓。

(a)四橋臂式結(jié)構(gòu)

(b)分裂電容式結(jié)構(gòu)圖3 2種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的STATCOM

3.2 工作原理

STATCOM的工作原理如圖4所示,通過電流互感器檢測出三相電路中的電流信號(hào)isa、isb、isc,通過計(jì)算得到需要補(bǔ)償?shù)碾娏餍盘?hào),并將所得的電流信號(hào)經(jīng)過一系列處理,由逆變器產(chǎn)生相應(yīng)大小的電流ia、ib、ic送到三相電路中,從而實(shí)現(xiàn)對三相不平衡問題的治理以及無功電流的補(bǔ)償。圖4中,isa、isb、isc分別表示配電網(wǎng)電流,iLa、iLb、iLc分別表示負(fù)載電流,ia、ib、ic表示STATCOM的補(bǔ)償電流,iN、in為中性線電流。

圖4 STATCOM工作原理

4 STATCOM補(bǔ)償電流的檢測以及直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制策略

圖5為傳統(tǒng)的三相四線制中ip-iq指令電流檢測方法的原理[11-12]。該方法利用鎖相環(huán)(phase-locked loop,PLL)和正余弦發(fā)生器得到與電網(wǎng)A相電壓同相的正余弦信號(hào),以此來消除電壓畸變對檢測結(jié)果的影響。由于三相四線制系統(tǒng)與三相三線制系統(tǒng)的主要區(qū)別是三相四線制的中性線上存在零序電流,因此針對2種不同的系統(tǒng)所采用的指令電流檢測方法也有所不同,三相四線制系統(tǒng)傳統(tǒng)的指令電流檢測方法是通過三相電流中先分離出零序電流,然后運(yùn)用ip-iq檢測法提取負(fù)序電流和無功電流[8]。

圖5 傳統(tǒng)ip-iq法原理

4.1 Clark變換和Park變換

在進(jìn)行變換前,先建立αβ坐標(biāo)系,將三相電流ia、ib、ic進(jìn)行αβ變換得

(2)

(3)

由式(2)可知,三相電流ia、ib、ic經(jīng)過Clark變換后得到的電流iα和iβ中不再包含有零序分量,但由于比例積分(proportional integral,PI)控制器對直流參考信號(hào)的跟蹤信號(hào)更佳,因此在Clark變換的基礎(chǔ)上,需要將靜止的αβ坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系,即Park變換。通過Park變換,可以得到有功電流分量ip和無功電流分量iq。

(4)

(5)

將經(jīng)過Park變換得到的有功電流分量ip和無功電流分量iq分別通過低通濾波器,提取其中的直流分量iLp和iLq后,再經(jīng)過Park逆變換和Clark逆變換得到基波電流分量iLaf、iLbf、iLcf。

當(dāng)STATCOM對三相四線制線路進(jìn)行不平衡補(bǔ)償時(shí),對于基波負(fù)序分量來說,裝置產(chǎn)生的瞬時(shí)功率不為零,這會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電壓產(chǎn)生波動(dòng),同時(shí)對于分裂電容式結(jié)構(gòu)的STATCOM,裝置產(chǎn)生的零序補(bǔ)償電流在經(jīng)過直流側(cè)電容中線時(shí)會(huì)造成上下2個(gè)電容的電壓值不等。因此,要使分裂電容式結(jié)構(gòu)的STATCOM正常穩(wěn)定工作,就必須保證其直流側(cè)電壓的穩(wěn)定,且維持上下電容電壓值相等。

4.2 直流側(cè)穩(wěn)壓

使直流側(cè)電容穩(wěn)壓的常用方法是PI控制法[13],通過將線路中的電壓與參考電壓做差,將差值經(jīng)過PI控制器,使PI控制器的輸出信號(hào)作為STATCOM的有功電流調(diào)節(jié)信號(hào),然后疊加到瞬時(shí)有功電流上,以此來保持直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定。

4.3 直流側(cè)電容均壓

直流側(cè)電容均壓常用的方法是將STATCOM實(shí)際輸出的補(bǔ)償電流和經(jīng)過運(yùn)算得到的補(bǔ)償電流做差,將差值經(jīng)過PI控制器,使PI控制器的輸出信號(hào)作為零序電流的直流偏置分量,并將該分量疊加到指令電流上,從而產(chǎn)生補(bǔ)償電流,以此來維持直流側(cè)2個(gè)電容的電壓相等。

5 方案建立及仿真驗(yàn)證

5.1 仿真模型的搭建

圖6為三相不平衡整體的治理方案,具體治理流程如圖7所示。通過對線路中的電壓電流進(jìn)行檢測,并實(shí)時(shí)計(jì)算線路中的不平衡度,當(dāng)線路中出現(xiàn)不平衡問題時(shí),控制中心首先向智能換相開關(guān)輸送指令,換相開關(guān)接收到指令后,根據(jù)最優(yōu)換相策略進(jìn)行換相操作,操作完后再一次進(jìn)行不平衡度計(jì)算,并將治理后的三相電流不平衡度εx1與閾值εn和ε1比較,若εn<εx1<ε1時(shí),停止用換相開關(guān)進(jìn)行治理,采用STATCOM進(jìn)行治理,當(dāng)治理后的不平衡度εx2<εn時(shí),結(jié)束三相不平衡的治理。

圖6 三相不平衡整體治理方案框架

圖7 三相不平衡治理方案流程

5.2 仿真驗(yàn)證

對圖6的方案在MATLAB/Simulink上搭建模型進(jìn)行仿真,圖8—圖10為仿真波形圖。圖8為三相電網(wǎng)電壓波形,由圖8可知,補(bǔ)償前后三相電網(wǎng)的電壓保持穩(wěn)定不變。由圖9的波形可知,在未進(jìn)行補(bǔ)償前,電流的幅值分別為38 A,18 A,14 A,不平衡度達(dá)到102%,在0.1 s時(shí)投入換相開關(guān),三相不平衡度大大降低,此時(shí)三相電流分別為13 A,14 A,15 A,不平衡度為14%,在0.2 s時(shí)投入STATCOM對三相不平衡進(jìn)一步調(diào)整,雖然在投入一瞬間電流不平衡度出現(xiàn)短暫升高,但最終經(jīng)過STATCOM對電流的補(bǔ)償,使三相不平衡度趨近于零,達(dá)到了預(yù)期效果。

圖8 三相電網(wǎng)電壓波形

圖9 三相電網(wǎng)電流波形

圖10 PI控制下直流側(cè)電壓

在投入STATCOM時(shí),STATCOM的直流側(cè)電壓要盡可能保持穩(wěn)定,圖10為STATCOM直流側(cè)電壓波形,由圖10可知,直流側(cè)電壓在經(jīng)過一些波動(dòng)后趨近于穩(wěn)定,由于最終三相沒有達(dá)到完全平衡,直流側(cè)電壓及功率的二倍頻不能完全消除。

6 結(jié)語

本文針對低壓配電網(wǎng)三相不平衡問題進(jìn)行了簡要的綜述,提出一種新的三相不平衡治理方案,采用智能換相開關(guān)與STATCOM相結(jié)合的方式,首先通過智能換相開關(guān)對線路中的負(fù)荷進(jìn)行大致平均分配,隨后通過STATCOM對線路中的無功電流進(jìn)行補(bǔ)償,達(dá)到三相平衡的目的。最后利用MATLAB/Simulink仿真軟件對所提出的方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明,所提方案可行,能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

本文所提方案可以對低壓配電網(wǎng)三相不平衡問題進(jìn)行更精確的治理,使不平衡度盡可能降到最低。

猜你喜歡
相電流三相直流
基于開關(guān)電容與雙降壓變換器的三相AC-AC變換器
T型三電平逆變器合成脈沖寬度調(diào)制相電流重構(gòu)策略
基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的直流蒸汽發(fā)生器控制策略研究
交錯(cuò)并聯(lián)Buck變換器單電流傳感器均流控制
淺談低壓三相異步電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)的選擇與應(yīng)用
基于FPGA的嵌入式步進(jìn)電機(jī)恒流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*
“寧電入湘”直流工程再提速
軌道交通輔助專用三相異步電動(dòng)機(jī)主要檢測項(xiàng)目分析
水管哭了
采用并聯(lián)通用內(nèi)模的三相APF重復(fù)控制策略
浙江省| 启东市| 黄冈市| 德昌县| 即墨市| 香港 | 富蕴县| 墨江| 宁远县| 稷山县| 五原县| 四川省| 高唐县| 甘谷县| 新闻| 托克托县| 怀集县| 中江县| 咸宁市| 大冶市| 贺州市| 随州市| 荆州市| 沁阳市| 上犹县| 望都县| 道孚县| 绥化市| 车致| 商丘市| 元江| 杭州市| 南江县| 和田县| 塔河县| 新安县| 凤山县| 湘潭市| 新郑市| 夏邑县| 武义县|