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论文技巧案例-配电网无功补偿装置波放大机理分析及抑制措施研究

2021-03-24 11:42:55

   随着社会时代的发展,社会时代已经成为工业发展和信息化应用的时代,电子资源作为能源组成的重要成分之一,电子资源的规模也在这个社会时代得到充分的发展。在整个电能领域之中,主要包含:发电,配电和供电三种情况,由于相关部门在电能的长期发展之中过多的关注发电情况,从而导致对配电网情况缺乏系统的分析,进而引起配电网的发展情况不是很令人满意。故而需要新的技术解决这种发展不平衡的情况。

 
  本文首先介绍了研究意义和国内外研究现状,介绍了配电网研究的意义,通过相关的理论概述,进行谐波放大机理分析,从而研究谐波抑制方法采取相关的措施。得出抑制谐波放大时对使电容器安全运行的方法。
 
  1.1研究背景
 
  随着工业的发展,电网中接入大量的电弧炉和转炉设备和产生的非线性电气设备,从而产生大量的谐波电流,它产生对电网的影响很大。电容器是要相对于该谐波频率的电容变化极其敏感的电子设备。电力系统中,电压损失发生由于过电流或过电容器绝缘由谐波的寿命缩短引起或影响。如何减少和避免谐波的影响而损坏电容器,其中的选择也是很重要的。装置并联电容补偿(以下,称为电容器装置或电容器组)的能力灵活组合,安装维修方便,因为投资等广泛应用于电力系统。据统计,电容装置98%的功率补偿的无功功率供应的主要来源,用于系统电源电压,安全稳定运行,并且增加的功率质量节能的相位调制是极其重要的。随着电力工业的快速发展,电容设备已安装和投入的运行容量也在快速增长。这些电子设备的增加对环境污染也越发的严重。然而,电容装置是电容性负载,它的接入改变了电网谐波的阻抗特性对高次谐波呈现的效果是放大作用,一旦发生谐振,会造成不可预计的财产损失。因此,相互影响器BSka和谐波,采取安全的措施是强制性的情况,同时也是更好的避免财产损失的一种有效方法。
 
  1.2国内外研究现状
 
  抑制外部谐波分析开始前,在20世纪60年代,德国科学家和A.Schonung H.Stemmler提供正弦脉宽调制理论,并提供了使用变频技术,而是通过开关元件响应速度慢的时间限制,但并没有得到真正的应用[1]。
 
  直到七十年代,只有S R Bowes公司和其它大学雇员正弦脉宽调制技术布里斯托尔没有正式施加到逆变器的技术。由于变频器已经进入一个新的发展时期,其性能有了质的提升,而且已经成为越来越多的应用。SPWM使用正弦波和交点作为开关元件,该子系列宽度等效变化到正弦波的其它脉冲的输出值的相应的控制切换定时的两个点的三角波调制,由于正弦脉冲的低谐波一定程度的序列。它是什么三角波,正弦波和载波被称为调制器。宽度控制方法,例如脉冲使用所述调制波的三角波调制,将含有谐波频率分量的三角波的输出电压相关的经颊速度和振幅调制波过程-通常小于载波,即,调制的幅度-通常小于1,使得逆变器输出时对直流电源侧的使用加以改进。SPWM技术是目前最广泛使用的控制技术之一[2]。
 
  2相关理论分析
 
  2.1主电路
 
  除了响应于主设计相电路,分类和迅速补偿要求应考虑到当前的关闭极限旁路电容器的充电和高次谐波的问题
 
  的三相星形连接的相位补偿的功率电容器的优点,以满足设备的电源变压器的最大有功功率需求不仅赔无功功率序和零序电路的正的性质,它可以被补偿无功功率如果补偿电容器是对称的三相三角连接的功率连接到三相负载和不对称时补偿变压器ensirovanny总三相功率因数为1时,有一些相位补偿,在具有一些欠补偿的补偿,所述电源电压低于所述发送端电压低;在工作电压的增加将会对电力电容器的安全运行和整个系统非常不利的影响。另外,通过电力电容器三角形连接的三相对称补偿变压器容量三相不平衡负载不充分利用。电容器组的电容器星形耦合器1的在二进制系统中的1:2:48方面分成在与晶闸管电流从主电路不同静态电容各种基团中,如图的不同精度补偿补偿过补偿增加况下,各相只有一个示于图两组之一。
 
  图2.1主电路图
 
  晶闸管作为非接触开关开关,没有电弧现象和噪音,寿命S'R,可靠,长。如果导通角是选择好,电容器不产生峰值电流(浪涌电流)当输入,补偿容量可以在一个步骤中进行分类。晶闸管开关,电容器可被排出,而不重新输入,动态响应时间段(20毫秒)内,监测可以快速执行,准确地补偿,从而提高了质量电源。当误触发晶闸管和事故的状态,电容器的并联组合的门,将有一个大的幅度,多个过压关闭频率。当电源电压波形失真,由于高次谐波频率,降低了电容器的阻抗,流过电容器的电流的增大,此外,电容器组的高次谐波存在于电网可能会出现共振电容器组电流几次提高到十倍。
 
  2.2控制器
 
  控制器的结构应该被认为可检测量的检测方法是简单,快速,为了满足跟踪补偿的要求,也应被视为所述晶闸管的可靠的致动,以增加该装置的可靠性,并确保解决干扰的问题。
 
  2.2.1硬件电路图
 
  工业PC控制切换银行电容器,所述输入/输出模块(包括数据采集模块A/d板,光隔离数字输入模块板T,IDO数字输出从光边缘分开单元,所述串行通信单元),采样电路和控制工业晶闸管系统由触发器电路。由于控制,使用它们的工业电脑,可以是集网络与自动控制等系统,这样就没有控制系统的功率补偿。耦合的电压,电流采样电路和I/O模块被示于图2.2。耦合到所述主电路和I/O模块的触发电路示于图2.3。
 
  图2.2电压、电流取样电路与I/O模块的联接图
 
  图2.3触发电路与主电路及I/O模块的联接图
 
  2.2.2无功电流检测
 
  使用实时有源电压传感器,电流传感器,其是一个单一的阈值比较器,一个采样和保持单独的元件的无功电流检测电路。有源电压之后并从所述AC母线传感器隔离信号的电压电隔离被转换成3.5伏均方根电压。极限比较器比较低电平信号被转换成一个正的半正弦波数字脉冲(0V)变成高电平(5V)时,正弦电压的负半周期的电压。通过信号(的比较器限制的输出信号)的零从正瞬态到负的零相电压,从正到负相电流瞬时相位值相同的相位电流电压试剂的最大值转换的输出开关装置作为用于经由样本保持器取样用于保持对应于所述无功电流的最大值的相电流Iu样品架的样本的输入端。设单相负载的无功功率为,则
 
  (2.1)
 
  式中和分别为负载的相电压和相电流的无功分量。设并联电容器组的无功功率为,则
 
  (2.2)
 
  其特征在于,在当前阶段是电容器组的阶段。当负载电压和电容器组,这是电感负载,无功功率也无功补偿足够的功率容量。该检测方法的优点是简单,快速,在采样的一个周期的各相进行一次仅进行,以适应基本动态相位补偿以快速测量要求。所述控制器使用位于所述主变压器和电容器组之间的控制模式反馈检测点,无功功率补偿控制器检测所有取决于负载的无功功率,即,如果需要充分补偿所有的无功功率容量的初始数据。这种控制可以,每个检测周期后,全部潜力被引入,并且改善了静态补偿器的准确性。
 
  2.3晶闸管触发控制
 
  由脉冲变压器发送到晶闸管的控制终端,包括内,外过输入电流故障保护保护端口内板(低电平有效)晶闸管控制点火输出序列板脉冲时,保护步骤之后,以确保该块脉冲系统的安全性。IDO位PC卡行业控制?l触发脉冲封锁终板。当板是IDO低输出,无脉冲输出触发时,晶闸管被关断时,IDO输出为高时的面板中,该触发脉冲输出存在时,晶闸管导通。过渡电容器组切换时间的受控切换装置的动态特性的重要指标。如果经由一个补偿二极管反并联晶闸管功率主链(参见2.4(a)中),单相在图2.4(b)中所示等效电路中,电路方程为::
 
  (2.3)
 
  图2.4晶闸管投切电容器
 
  设电源电压,电感元件的初始电流,电容元件的初始电压,解方程(3)得:
 
  (2.4)
 
  在该电路LC的谐振频率表征,通常比k大的多。晶闸管开关电容器,使瞬态电流I为零,角度控制的条件必须被满足并晶闸管条件预充电电容器。即:
 
  (2.5)
 
  (2.6)
 
  事实上,获得自式(2.5)可以进一步衍生。图2.4(a)如在图中所示的电路中,只要输入电容器(即,电压控制阶段90靠近闭合)当电源正峰值浪涌电流是非常小的,从工程的角度它假定为零。
 
  2.4控制装置的闭锁
 
  为了控制晶闸管的手段开关电容可靠和安全的运行,除了考虑到其控制的条件下,还应该考虑其锁定状态。即,在特定的操作模式,有必要停止工作的无功补偿电容器。以保护电路断路器,而输出是要被锁定的计算机的自动控制装置和脉冲阻断晶闸管触发。
 
  3谐波放大机理分析
 
  3.1电容器和主系统的谐波电流
 
  35〜220kV变电站在一般的主变压器低压配置并联容器;系统接线图和简化电路如下图所示[10]。
 
  图3.1带串联电抗器的并联电容器装置图
 
  则电容器支路谐波电流、系统谐波电流、母线谐波电压分别为:
 
  (3.1)
 
  (3.2)
 
  (3.3)
 
  谐波电流放大分三种情况,当时,称之为系统谐波电流放大;当时,称为电容器谐波电流放大;当和同时发生时,称为谐波电流严重放大。谐波电流放大三种情况下,时,被称为谐波电流放大系统;时,称为谐波电流放大电容,当有同时被称为严重的谐波电流放大。
 
  3.2谐波电流放大倍数曲线
 
  电容器组的额定电压UCN与母线额定电压UN的关系为[11]:
 
  (3.4)
 
  母线的短路容量为:
 
  (3.5)
 
  电容器输出的实际无功功率为:
 
  (3.6)
 
  电容器组和一个系统αCh增加谐波增益电流ICH谐波电流的高次谐波电流时平行和各谐波ISH IH是一个电流源(相当于所有电流源的谐波电流值)比,即:
 
  (3.7)
 
  (3.8)
 
  谐波放大倍数由式(3.7)和式(3.8)求得,并用比值QC/Sk表示为:
 
  (3.9)
 
  (3.10)
 
  式中,
 
  图3.2为对于注入3、5、7次谐波,k=0和k=13%时的电流放大倍数的数值仿真曲线。令或,即令式(3.9)或式(3.10)中的分母为零,有:
 
  (3.11)
 
  得出产生并联谐振的QC/Sk为:
 
  (3.12)
 
  图3.2谐波电流放大曲线
 
  产生并联谐振的QC/Sk值见表3.1
 
  表3.1产生并联谐振的QC/Sk值
 
  如可以看到在表3.1和图3.2,不与串联电容器组平行的,反应器(电抗比k=0),3,5,7平行以获得谐波谐振因为高次谐波电流的电阻,高次谐波电流被限制在一个大的值,该系统的电容器组和电感之间形成谐波电流的流动可以对应实际发生到无限谐波。当并联电容器串联射流速度的k=6%T反应器,可能的是,三次谐波的并联谐振。由于电路电阻,高次谐波电流被限制在一个大的值,和第5和7次谐波,αChαSh且小于1,这不是一个5.7电容谐波增强和分支机构。其特征在于,串联电容器对并联=13%T反应器或谐波电流放大3,5,7的电抗的比值,αChαSh和小于1,和的高次谐波的并联谐振点不存在。
 
  4谐波抑制措施研究
 
  4.1谐波抑制方法概述
 
  谐波技术措施可以通过结束时,被动管理和主动管理的类别的方向来划分。积极调整和优化相关的谐波源的内部结构和工作方法治理过程中,这篇文章不适用[12]。
 
  4.1.1受端治理
 
  在接收端控制的谐波线的分配网络是控制技术的一个通用管理,系统和设备从谐波的影响,从而提高了抗靶向患谐波干扰,可以有效减少谐波污染的影响。通过高电压的网格点一端的典型治疗或用于提供谐波源,从而降低了谐波引起的负面影响更大的容量。通过在网络规划和设计阶段,控制结束被保持,以便选择特定的反应器中,电容器串联来考虑,提高设备性能,使用保护敏感谐波设备(谐波敏感设备),用于提供网络配电线路无故障运行的,减少设备损坏的风险。在周围所需的选择一般来说,合理的功率,电容器的增益控制谐波,该装置通过改善取得的抗高次谐波噪声谐波保护性能改进。
 
  4.1.2被动治理
 
  空间生成的谐波源电网的谐波注入主要思想是被动控制,一般的规则外部滤波器,无源滤波器,有源滤波器,有源滤波器是混合设备通常用于被动控制。删除交叉谐波是传统的方法仍然是最常用的方法,它是难以克服的缺点。PFA是用于新功率电子装置的无功功率补偿的方法的动态谐波抑制,尺寸和频率可以变化,以克服所述无源滤波器的缺点补偿谐波和无功功率的变化,因此被广泛使用的,混合无源和有源滤波器的滤波器包含有功功率的组合,它需要很长的时间,优势互补,有利于减少初期投资的谐波补偿,成本的增加,达到目的日和实用APF谐波。
 
  4.1.2.1无源滤波器
 
  无源滤波器,所述滤波器电容器和电阻器电路也被称为LC滤波器,其是用于谐波滤波或几种设计的组合是有用的,它具有成本低,结构简单,造价相对廉价。并还有其他的优点,仍然控制并联连接的无源谐波源的谐波滤波器的最广泛使用的方法,其他谐波可以是OTFI trovany,并且m的无功功率补偿akzhe功能。无源滤波器可分为一个匹配滤波器,一个双重过滤器,调谐到高频滤波器。它经常被施加到高通滤波器过滤套和一个简单的协议更健壮的复合相交[13]。
 
  4.1.2.1.1单调谐滤波器。一个调谐滤波器的内部电阻,通常被认为是一系列反应器的执行,而不是单一的串联电阻。阻抗滤波器电流分向滤波器单调谐滤波器支路的总阻抗为:
 
  (4.1)
 
  滤波器谐振频率为:
 
  (4.2)
 
  频率响应如图4.1所示。
 
  图4.1 STF阻抗频率特性
 
  设电网频率偏差为相对偏差为:
 
  (4.3)
 
  由(4-3)代入式(4-1)可计算:
 
  (4.4)
 
  则滤波器的品质因数为:
 
  (4.5)
 
  联立式(4.4)和(4.5),并计及,则有:
 
  (4.6)
 
  (4.7)
 
  其中,。
 
  4.1.2.1.2高通滤波器。一种高频传输特性,例如,高通滤波器,一个信号超过一个低阻抗的截止频率,也被称为减少滤波器。高通滤波器可分为一阶、二阶、三阶和C型四种形式,其电路原理图分别如下图4.2(a)〜(d)所示:
 
  图4.2高通滤波器电路原理图
 
  其中高通滤波器品质因数计算方法如下:
 
  (4.9)
 
  品质因数典型的高通滤波器是0.1~0.5。的出现在非常高的阻抗增长滤波器展会品质因数上升的;品质因数低的在低频的情况下表现得很平缓[14]。
 
  4.1.2.2有源滤波器
 
  在有源滤波器控制应用程序谐波是更广泛的,这个原理在补偿检测到谐波电流,从而消除它的基本原理是受到补偿,其目的是为了抑制谐波。有源滤波的主要特点在于不但补偿频宽带,而且在非线性负载谐波电流较大的情况下能继续运行。此外,跨接对在系统中的非谐波滤波器的明显效果。?PWM根据直流电源装置的C侧的有源滤波电路的性质可以分为两种类型逆变器,一个是一种类型的电流-电压型的;在对象考虑补偿装置,那么它可以分为两种形式:串联和并联。该过滤器目前并联形式使用。如下图4.3所示为有源滤波器的基本结构。
 
  图4.3有源滤波器基本结构框图
 
  有源滤波器受多种因素的影响,故而不能进行大面积使用。除此之外,有源滤波器电路的自身是以开关的方式进行运行而且它的开关频率为3KHZ以上。因此它们在补偿原有的谐波电流的同时也会向电网注入频率较高的高次谐波,并且经常和高通滤波器一起使用。
 
  4.2谐波抑制相关措施
 
  4.2.1使用串联电抗的无功补偿电容组来滤除谐波
 
  反应器系列的有效措施电流放大的抑制之一,所期望的数据是按照谐波的实际情况选择。该并联电容器可引起增强谐波最初示出的频率的基频带在电容器电路的电容,如果在反应器的串联电路,通过选择感官表示电抗电容器电路的最低谐振频率的电容器,谐波增强可以被消除的原因。为此,串联电抗器的电抗值应满足即。
 
  4.2.2使用设计的电力有源滤波器进行谐波抑制
 
  4.2.2.1并联单独使用方法
 
  图4.4分流器是有源滤波器配置彼此独立地操作的示图如图4.4所示:有源滤波器的主电路和原始恒定能量存储电感。谐波产生的主要原因是因为负载,它的大部分作用是与其并联的小容量一介高通滤波器来实现抑制功能。
 
  因此它可以被应用到以下方面:a无功功率补偿,电压波动在功率,利用三相非对称补偿,而高次谐波的补偿可以被组合,其可在对B时连接在一起。
 
  图4.4单独使用的并联型有源滤波器
 
  4.2.2.2与LC滤波器并联使用方法
 
  LC滤波器和有源滤波器平分秋色,各有各的特点。LC滤波器:1.结构相对简单,2.造价成本低,3.操作简单。有源滤波器:在补偿功能上比LC滤波器好[15]。LC滤波器和有源滤波器的并联使用方法如图4.5所示。