高壓混合型有源電力濾波器關鍵技術在工業(yè)中的應用研究.pdf

1、隨著社會進步和科技發(fā)展,人們對提高電能質量的呼聲高漲,但是隨著電力電子裝置的廣泛應用,電力系統(tǒng)的諧波污染已日益嚴重。傳統(tǒng)的無功補償和濾波方法已經(jīng)適應不了用戶對電能質量的要求,也日益影響著各電器設備的壽命和精準運轉,如何發(fā)揮有源濾波器動態(tài)治理各次諧波的特點,提供可靠有效的電能質量,已成為諧波濾除的主要發(fā)展趨勢。因此,加速推進高壓諧波治理和大容量無功補償?shù)睦碚摵拖嚓P技術的研究,并加快實行產(chǎn)業(yè)化已上升到國家戰(zhàn)略高度,成為國家節(jié)能減排的主力。<

2、br>　　本文結合廣西某變電站35kV混合型有源電力濾波系統(tǒng)的工程,以高壓混合型有源電力濾波器理論技術為基礎,研究了35kV混合型有源電力濾波器及其運行特性、35kVHAPF自適應分頻控制方法、主電路參數(shù)設計方法、諧波域死區(qū)效應分析及補償措施、接著分析了35kV混合型有源電力濾波系統(tǒng)在工程應用時的若干關鍵技術難點問題,提出了一些有效的解決措施;論文介紹了系統(tǒng)的設計方法和一些工程經(jīng)驗可推廣到其它企業(yè)及類似變電站,為混合型有源濾波系統(tǒng)的推廣

3、應用提供有益的參考。本文從以下幾個方面來介紹該研究項目的內容。
　　1、根據(jù)對傳統(tǒng)的注入有源濾波器的優(yōu)缺點進行了分析,提出了一種新型串聯(lián)諧振注入式混合型有源電力濾波器拓撲結構,并對新型35kV混合型有源電力濾波器的基本工作原理和拓撲結構進行了分析,對補償特性和穩(wěn)定性進行了研究,與傳統(tǒng)的注入式結構相比,SRHAPF在諧波注入能力以及避免注入支路諧波放大方面具有很好的優(yōu)越性,確保了系統(tǒng)在電網(wǎng)諧波電壓含量較大時仍能安全穩(wěn)定的工作。通過分

4、析可知,SRHAPF不僅可以提供大容量的無功功率,還具有良好的穩(wěn)態(tài)諧波治理能力;諧波治理魯棒性強,幾乎不受電網(wǎng)阻抗及基波諧振支路參數(shù)變化的影響;在兼顧諧波治理和無功補償?shù)耐瑫r,還對電網(wǎng)等效阻抗與無源支路間可能的串并聯(lián)諧振具有良好的抑制效果;利用Routh判據(jù)對SRHAPF系統(tǒng)進行穩(wěn)定性研究表明,在K即使取值很大時也能穩(wěn)定運行。
　　2通過檢測負載諧波電流,可獲得良好的負載諧波電流抑制效果;通過檢測電源諧波電流,可以抑制無源濾波器和

5、電網(wǎng)可能發(fā)生的諧振,提高無源濾波器的濾波特性。采用復合控制方法時,兩個控制系統(tǒng)Ks和Kl是全完解耦的,因此可以根據(jù)需要對兩個系數(shù)進行完全獨立的控制,從而獲得滿意的控制效果?？紤]到有源電力濾波器數(shù)字化控制系統(tǒng)中存在的延時,會降低有源濾波器的補償效果,本文提出了一種有源電力濾波器參考電流的自適應預測方法,即使電網(wǎng)頻率或幅值發(fā)生變化,仍可準確地得到期望結果。為改進傳統(tǒng)控制算法中的不足和消除各次諧波控制之間的耦合性,使調節(jié)更加具有目的性,并增加

6、控制系統(tǒng)的魯棒性能,本文提出了一種改進神經(jīng)元分頻控制的方法對電網(wǎng)中超過標準的特定次數(shù)諧波進行分頻檢測和控制,即分別對各次諧波量進行PI控制。它有效抑制了各次諧波調節(jié)之間存在的交叉耦合現(xiàn)象,提高了混合型有源濾波器的諧波補償效果與動態(tài)性能。
　　3、對35KV型混合有源濾波器中的無源濾波器及支路的優(yōu)化設計問題進行了探討。給出了支路和無源濾波器設計時所應遵循的一般性原則和安全性、可靠性原則,通過相關的分析方法和結論可為其它類型的混合有源

7、濾波器的優(yōu)化設計提供借鑒,同時對三相干式空心電抗器組的排列方式進行了定量和定性兩方面的研究和分析,并對有源濾波器的參數(shù)對整個裝置的運行性能的影響,對有源部分的逆變器,耦合變壓器,輸出濾波器和直流側電容的設計進行了分析,為工程應用提供了理論指導。
　　4、根據(jù)有源電力濾波器的工作特點,探討了死區(qū)效應的產(chǎn)生機理以及對APF輸出波形的影響,提出死區(qū)效應影響系數(shù)來量化死區(qū)對APF輸出的影響程度,分析和仿真表明死區(qū)時間和開關頻率是涉及死區(qū)效

8、應影響的關鍵因素。本文比較研究了3種易于工程應用的死區(qū)補償方法:無死區(qū)開關控制模式通過設定合理判斷區(qū)間,僅在輸出電流換向階段加入死區(qū),其他時間通過判斷電流方向以封鎖相應橋臂的觸發(fā)脈沖,從而有效降低死區(qū)效應的影響;新型電流反饋死區(qū)補償方法根據(jù)檢測APF輸出電流的極性,利用改進規(guī)則采樣法來變化調制脈沖的寬度抵消死區(qū)效應對輸出的影響;死區(qū)時間在線預補償方法通過坐標變換檢測出死區(qū)引起的6倍頻諧波分量,并據(jù)此修正APF給定控制信號,達到完全消除死

9、區(qū)影響的目的。
　　5、針對變電站大功率諧波治理和無功補償?shù)男枨?本文在前述幾個章節(jié)的理論分析的基礎上,結合工程應用背景,分析了該變電站配電網(wǎng)線路阻抗、系統(tǒng)容量、電流畸變情況及無功需求;然后為該變電站設計了諧波治理和無功補償整體方案。以實際工程應用為背景,設計了系統(tǒng)方案,介紹了裝置結構,控制器硬件設計,以及DSP軟件算法實現(xiàn),文章所述的設計思路和一些工程經(jīng)驗可推廣到其它電能質量相關設備中,為設計提供有益的參考和借鑒。
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