高效無功與諧波動態(tài)控制方法及應用研究.pdf

1、電能是國民經濟和人民生活的命脈,隨著非線性負載的大量增加,引起電網電流、電壓波形發(fā)生畸變,造成電網的諧波污染和電能損失;同時,沖擊性負載及無功補償不足常引起電網電壓跌落和閃變,影響企業(yè)的正常生產和人民的日常生活,并導致線路損耗增加。目前我國的輸配電線損率為6.72％左右,若能達到西方發(fā)達國家的4.7％左右,每年可節(jié)約電能740億度以上,諧波污染嚴重、無功補償不足、電壓波動頻繁等電能質量問題是導致我國電能損耗高的重要原因。
　　

2、針對配電網電能質量控制的關鍵瓶頸問題,本文以國家自然科學基金項目和國家“863”計劃項目為依托,詳細闡述了高效電能質量控制的內涵,從高效無功與諧波動態(tài)控制系統(tǒng)新型拓撲結構和控制裝置優(yōu)化規(guī)劃方法兩個層面,深入研究了企業(yè)配電網高效無功與諧波綜合動態(tài)控制的相關理論和方法。研究內容涵蓋了高效無功與諧波動態(tài)控制系統(tǒng)的工作機理分析、數學建模、控制算法、優(yōu)化運行、以及工程應用時的關鍵技術問題等方面,形成了較為完善的高效無功與諧波動態(tài)控制方法的基本研究

3、方法和技術方案,研究重點及取得的成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　 (1)提出了一種兼顧HAPF和SVC優(yōu)勢、克服其各自不足的配電網高壓系統(tǒng)高效無功與諧波混合控制器HVHC,在分析HVHC基本工作原理的基礎上建立了其電氣模型。深入研究了HVHC系統(tǒng)的工作特性,揭示了HVHC諧波動態(tài)治理子系統(tǒng)和無功連續(xù)調節(jié)子系統(tǒng)間相互耦合的本質,在此基礎上提出了HVHC復合控制方法,實現(xiàn)了諧波動態(tài)治理子系統(tǒng)和無功連續(xù)調節(jié)子系統(tǒng)間的解耦控制。HVH

4、C實現(xiàn)了配電網高壓系統(tǒng)的諧波及無功功率的綜合動態(tài)補償,并具備補償不平衡、電壓支撐、阻尼振蕩等功能,大幅降低了配電網的諧波損耗和無功損耗。
　　 (2)著重研究了電網電壓發(fā)生波動、電壓畸變等系統(tǒng)異常情況時,HVHC直流側電壓的穩(wěn)定性問題;在剖析HVHC直流側電壓抬升機理的基礎上,提出了優(yōu)化HVHC注入支路參數、改進HVHC有源部分主電路結構以及復合控制方法等三種穩(wěn)定直流側電壓以提高系統(tǒng)可靠性的方法,確保了HVHC直流側電壓的穩(wěn)定及

5、HVHC系統(tǒng)的可靠運行。
　　 (3)提出了兼顧成本和性能優(yōu)勢的配電網低壓系統(tǒng)高效混雜無功補償器HHVC進行低成本大容量無功動態(tài)調節(jié),并具備濾波功能。在分析HHVC的基本結構和建立電氣模型的基礎上,對采用基于檢測負載諧波電流控制策略下HHVC的穩(wěn)定性、運行機理進行了深入研究,揭示了HHVC運行的內在本質;同時在分析HHVC連續(xù)子系統(tǒng)和離散子系統(tǒng)交互影響的基礎上,提出了HHVC專家協(xié)同控制方法,確保了系統(tǒng)的經濟、穩(wěn)定運行。

6、　　 (4)建立了配電網的諧波域攝動模型,在此基礎上提出了無功與諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃問題的數學模型,為無功與諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃問題的求解奠定了基礎;提出了無功及諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃的啟發(fā)式頻域攝動分析法HPFA。HPFA法首先提出了頻域攝動量分析,獲得了高效無功及諧波補償裝置的最優(yōu)配置集,提出了啟發(fā)式精確搜索算法,實現(xiàn)了對無功及諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃目標函數的快速、精確求解,為諧波及無功綜合動態(tài)治理裝置工程應用時以較低的成本獲得較優(yōu)的治理效果提供了理

7、論指導。
　　 (5)以合肥某銅材廠35kV配電網電能質量綜合控制工程為背景,利用本文提出的無功與諧波優(yōu)化規(guī)劃的啟發(fā)式頻域攝動分析法為該廠設計了高效無功與諧波控制系統(tǒng)的最優(yōu)安裝位置和容量;針對該廠諧波及無功的實際工況,并結合HVHC、HHVC系統(tǒng)的運行特點,為該廠設計了電能質量控制整體技術方案;為提高HVHC、HHVC系統(tǒng)的控制性能及確保裝置的長期可靠運行,對HVHC、HHVC系統(tǒng)工程應用時的若干關鍵技術難題進行了研究,并提出了

8、相關解決措施;最后,為該廠研制了HVHC、HHVC裝置,裝置投運后運行效果良好,企業(yè)產品質量顯著提高、節(jié)能降耗效果明顯。
　　 本文以配電網電能質量控制、企業(yè)電氣節(jié)能需求為背景,提出了高效無功與諧波混合控制器HVHC和高效混雜無功補償器HHVC,并對諧波及無功綜合優(yōu)化規(guī)劃問題進行了研究。HVHC、HHVC克服了單一電力電子在功能上的局限,實現(xiàn)了配電網高低壓系統(tǒng)的諧波、無功動態(tài)治理,電壓支撐及閃變抑制等。論文對HVHC、HHVC的