高壓配電網諧波與無功綜合動態(tài)治理理論與應用研究.pdf

1、在6kV、10kV、35kV等高壓配電網集中治理諧波和補償無功的方式投資較少,便于集中運行維護,是目前國內外供電系統(tǒng)諧波抑制和無功補償研究的熱點,但是,受限于電力電子開關器件的耐壓和容量等級,在高壓配電網同時實現(xiàn)諧波和無功綜合動態(tài)治理具有一定難度。本文以國家自然科學基金項目——企業(yè)諧波動態(tài)抑制與節(jié)能新方法新技術研究(60774043)和國家“863”計劃項目——大型工業(yè)企業(yè)電氣節(jié)能新技術新裝備及其工程應用(2008AA05Z211)為依

2、托,為實現(xiàn)低成本的高壓配電網諧波電流動態(tài)治理,提出了三種改進結構的注入式混合型有源電力濾波器(IHAPF),為實現(xiàn)高壓配電網諧波和無功綜合動態(tài)治理,提出了IHAPF和靜止無功補償器(SVC)聯(lián)合運行的高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,研究內容涵蓋了治理裝備的基本補償原理、檢測和控制算法、主電路參數的設計和相關工程實現(xiàn)方案等方面,形成了較為完整的高壓配電網諧波與無功綜合動態(tài)治理的技術方案,主要研究內容和創(chuàng)新如下:
　　 1、提出了三種改進

3、結構的高壓配電網IHAPF,建立各類結構IHAPF的統(tǒng)一電氣模型,分析了IHAPF對避免電網諧波放大、無源補償器件與電網發(fā)生諧振的作用,提出了改進遺傳算法并引入了IHAPF注入支路參數的多目標優(yōu)化設計。
　　 本文在典型的單諧振注入式混合型有源濾波器(S-IHAPF)結構的基礎上,提出了三種適用于高壓配電網的注入式混合型有源電力濾波器:雙諧振注入式混合型有源電力濾波器(D-IHAPF)、多通道注入式混合型有源電力濾波器(M-IH

4、APF)及改進的注入式混合型有源電力濾波器(I-IHAPF),分析了它們各自的優(yōu)缺點以及適用的場合,并通過建立各類結構IHAPF的統(tǒng)一電氣模型,為對適用于高壓配電網IHAPF的特性研究奠定基礎;然后,與單獨電容器直接補償方式作比較,分析了注入式混合型有源電力濾波器對避免電網諧波放大和無源器件與電網發(fā)生諧振的作用;最后,以單諧振注入式混合型有源電力濾波器為例,從達到濾波效果、經濟成本以及安全穩(wěn)定性等方面考慮,提出了改進的遺傳算法并引入了I

5、HAPF關鍵部分注入支路的多目標優(yōu)化設計。
　　 2、針對高壓配電網IHAPF的兩類關鍵算法:諧波電流檢測和控制算法進行了研究,分析了直流側電壓泵升現(xiàn)象產生的原因,并提出了三種解決方法。
　　 本文提出了基于ip,iq算法和自適應濾波器的諧波電流預測檢測方法,有效減小了延時,提高了系統(tǒng)濾波效果;提出了基于遞推積分加PI參數模糊自整定的電流跟蹤控制方法,簡化了控制算法復雜度,提高了時變量的跟蹤控制精度;從動態(tài)和穩(wěn)定兩個方面

6、分析了IHAPF在高壓配電網應用時產生直流測電壓泵升現(xiàn)象的原因,提出了一系列穩(wěn)定直流側電壓的方法,包括滯環(huán)控制能量泄放法、基于逆變器兩側能量平衡的直流側電壓控制方法和基于基波能量交換的直流側電壓PI控制方法,同時詳細介紹了三種方法的具體應用場合和效果。
　　 3、提出了一種高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,在能夠動態(tài)治理諧波的情況下,實現(xiàn)了容性和感性無功連續(xù)調節(jié),提出了HAPF和SVC抗耦合復合控制策略,采用了基于同步旋轉參考坐標變換的

7、SVC補償電納計算方法,提出了諧波電流分頻補償控制方法,實現(xiàn)了HVHC系統(tǒng)在高壓配電網綜合動態(tài)治理諧波和補償無功的作用。
　　 本文針對適用于高壓配電網IHAPF無法進行動態(tài)無功補償的缺點,提出了一種高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,它由IHAPF與SVC并聯(lián)組合而成,同時IHAPF部分抑制了晶閘管調節(jié)時產生的諧波電流,實現(xiàn)了高壓配電網高品質電氣節(jié)能。在分析該裝置結構的基礎上,就諧波域和基波域進行了模型推導,模型推導的結果證明了該裝置的

8、可行性。此外,為了使HVHC實現(xiàn)補償負載不平衡、提高功率因數、動態(tài)治理電網電流諧波的作用,對HVHC的控制方法進行了研究。提出了HAPF和SVC抗耦合復合控制策略,采用了基于同步旋轉參考坐標變換的SVC補償電納計算方法,提出了諧波電流分頻補償控制方法,仿真及實驗結果表明了采用上述方法的HVHC能夠在高壓配電網穩(wěn)定、快速、準確的治理諧波電流、補償負荷的無功功率,維持電網電壓的穩(wěn)定。
　　 4、結合現(xiàn)場需求,探討了HVHC在35kV

9、高壓配電網應用時的設計和典型應用方案。
　　 本文以廣西電網公司某110kV變電站諧波與無功問題綜合治理需求為基礎,分析了引起諧波參數超標的原因,根據現(xiàn)場測量的各種數據,建立了110kV變電站的系統(tǒng)等效模型,通過各種工況下的仿真驗證了模型的合理性和準確性。在前述理論和設計方法的基礎上,設計了一套適用于35kV高壓配電網的HVHC,給出了SVC裝置組成元件的參數設計方法,對所提出HVHC進行了整體仿真,仿真結果證明了HVHC能夠滿