电能质量治理与降损节能技术的研究及应用（赵伟）

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1、电网技术PowerSystemTechnology电能质量治理与降损节能技术的研究及应用赵伟，陈锐民，肖勇，孙卫明（1.广东电网公司电力科学研究院，广州510080）摘要：谐波及无功等电能质量问题的治理能够直接达到降低线路损耗、节约能源的作用。为了实现在中压配电网进行谐波以及无功治理，弥补并联型混合有源滤波器中的有源部分须承受较大电网基波电压从而难以用于中高压电网的缺点，本文研究了通过添加基波谐振支路并使其与有源部分并联从而减小它的基波分压，同时能够通过系统中的无源滤波器组来补偿大容量无功功率得的双谐振注入式混合型有源电力滤波装置

2、，整个系统能够同时抑制电网谐波和补偿无功功率。针对某110kV变电站谐波抑制和无功补偿的工程需要，详细介绍了兼具大容量无功静补能力的双谐振注入式混合型有源滤波器应用方案的设计、仿真、研制和实验的关键技术和主要组成设备，并给出了装置投运后具体的降损节能效益。关键词：谐波治理；无功补偿；降损节能；电流跟踪控制；节能效益电能是我国经济和社会发展中具有重要战略意义的一种能源。近年来，配电网中的非线性负载大量增加，引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网的谐波污染[1-2]。同时，冲击性负载及无功补偿不足常引起电网电压跌落和闪变，影响企业的

3、正常生产和人民的日常生活，并导致线路损耗大大增加，使电能损失严重，大大降低了配电网的电能质量。由电能质量问题引发的电网大面积停电事故时有发生，造成了重大的经济损失和恶劣的社会影响。电能质量问题有愈发严重的趋势，严重威胁配电网安全经济运行和导致电能大量损失。因此，研究配电网谐波治理和无功补偿理论和技术有着非常重大的意义。在6kV、10kV、35kV等中压配电网集中治理谐波和补偿无功的方式投资较少，便于集中运行维护，因而受到广泛的重视[3-5]，但是，考虑到电力电子开关器件的耐压程度和容量限制，在高压配电网同时实现治理谐波电流和补偿无

4、功功率具有一定难度，成为目前国内外供电系统谐波抑制和无功补偿研究的热点[6-10]。本文研究了一种适用于中压配电网的治理谐波和补偿无功的电能质量问题治理装置，通过结构的改进使其适用于中高压系统，给出了装备采用的关键控制方法，然后针对某110kV变谐波抑制和无功补偿的工程需要，详细介绍了装置的研制和工程应用关键技术和主要组成设备，给出了装置头晕前后的效益分析，仿真和实验证明了该装置能满足变电站提高功率因数、滤除谐波电流从而降低线损、节能降耗的需求的需要。1治理装置及控制方法1.1治理装置结构及工作原理为了降低有源滤波器的容量和承受的

5、基波电压及无功电流，使有源滤波器只承受谐波电压,同时满足大功率补偿无功功率和谐波治理两个方面的要求,可以从结构上入手，在有源支路增加分压阻抗从而降低有源部分的分压，增加基波谐振支路从而旁路基波电流，基于上述考虑的适用于中压配电网的双谐振注入式混合型有源电力滤波及无功补偿装置如图1所示。图1系统结构图Fig.1Connectionofrectifiers电网技术PowerSystemTechnology装置主要由有源部分、输出滤波器、耦合变压器、基波串联谐振电路、无源部分和整流电源组成。有源部分为智能功率模块(IPM)构成的电压型逆

6、变器，在逆变器的直流端接有大电容，并由电网通过整流向其充电提供所需直流侧电压，交流端接有输出滤波器、以滤除开关器件通断所产生的高频毛刺，基波串联谐振电路由和组成，同时、和还起到单调谐滤波器的作用，耦合变压器实现有源部分和无源部分的电气隔离，并可根据有源和无源部分的电压、电流等级来选择合适的变比，并联在电网上的无源部分由无源滤波器组构成。当只考滤负载谐波电流源作用时的单相等效电路如图2所示，、、、、、分别为电网支路、负载支路、并联无源支路、有源支路、基波串联谐振电路、注入支路的谐波电流，、、、分别为谐波域下的电网阻抗、无源部分阻抗、

7、有源输出支路阻抗、基波串联谐振电路阻抗。有源部分控制为一个受控电流源：，为控制放大倍数，当时，相当于只有无源部分起补偿作用。图2谐波源作用时的单相等效电路Fig.2Harmonicequivalentcircuit对应于图2所示的单相等效电路，系统的电路方程为：（1）由以上方程我们可以求得电网支路谐波电流与负载谐波电流之比为：（2）由式（2）可看出当K足够大时流入电网的谐波电流将会很小，接近0，起到抑制谐波电流的作用。文献[8,9]对它的工作原理作了详尽的分析，实验仿真及工程应用的结果都体现了它在中高压环境下应用的有效性。1.2治

8、理装置控制方法为了准确的检测谐波电流，采用基于瞬时无功功率理论的检测方法。首先通过坐标变换矩阵将三相电流变换为、，通过低通滤波器后获得、的基波分量，再经过逆变换矩阵变换得到三相坐标系下的基波分量、和，进而计算出需要补偿的谐波分量、和。检测原理如图3