基于电力电子技术的电能质量控制技术.pdf

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1、2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集．．573．．基于电力电子技术的电能质量控制技术刘富永，李宗民(烟台东方电子信息产业股份有限公司，山东烟台264000)摘要：本文较全面地介绍了基于电力电子技术的电能质量控制技术，重点介绍了DVR、STATCOM．sFcL，并以天津无缝钢管公司的案例为背景，对上述3种方案进行了仿真分析，肯定了3种方案的可行性。关键字：电力电子；电能质量：控制技术；仿真0引言电能质量控制是近年来电力系统和电力电子技术领域的一个热门话题，国外国内学术界都对这一问题投入了巨大的关注。电能质量包括电压质量、频率质量和供电

2、可靠性三方面。其中又以电压质量问题最为普遍。随着对电能质量敏感的负荷口益增多，电能质量问题产生的危害越来越大。学术界公认，电能质量问题只能以电力电子技术为核心手段来加以解决。近年来配电系统的电能质量控制技术得到了长足的进步，其中最具有代表性的有配电系统静止无功补偿器(DS州rCOM)，动态电压恢复器(DVR)，超导故障限流器(SFCL)IlJ。本文以天津钢管公司的“三相短路引起母线残压低故障”为案例，来对上述三种装置进行理论分析与仿真研究。该公司作为我国最大的石油管材生产基地，世界四大无缝铡管公司之一，每年发生这样的事故3到5起，造成了巨大的

3、经济损失。故障发生后，系统出现很大的短路电流，10于伏母线电压下降20％至60％，与故障无关的部分电气设备由于瞬时低压不能正常运转，影响了公司的正常生产。在这一背景下，运用上述3种装置来提高该公司的电能质量，必将带来巨大的经济效益与社会效益。1电能质量控制装置理论分析与应用1．1动态电压恢复器(DVR)动态电压恢复器(DynamicVoltageRestorers，DVR)是一种电压源型电力电子补偿装置，串接于电源和重要负荷之间。它具有很好的动态性能，当发生电压暂降或凸起时，能在很短的时间(几个毫秒)内将故障处电压恢复到正常值。在配电系统正常

4、供电情况下，DVR工作在备用状态，对系统无任何影响。当系统电压发生暂降或凸起的时候，DVR立即(几毫秒以内)向系统注入补偿电压。用以补偿故障下的电压差，使负荷端感受不到系统电压的任何变化，始终工作在要求的电压等级。DVR注入电压的幅值和相角均可控制，补偿所需的有功和无功都由DVR提供，补偿时间可以根据敏感负荷的要求以及系统故障的特征来预先配置，是目前国际上采用越来越多的新型电能质量补偿装置，其结构示意图如图l所示。图1DVR结构不意图Fig．1DVRstructure1．1．1DVR数学模型为了提高DVR的性价比，就要采用合适的控制策略，因此

5、有必要对DVR的数学模型进行分析与研究。DVR等效电路如图2所示，其中负荷等效阻抗为尺，和厶，变压器变比为l：，l，变压器等效阻抗为Rl，漏抗为厶，滤波阻抗为尺，、L，，滤波电容为C，。DVR前端电压<系统)为V，后端电压(负荷)为H，负荷电流为，，。j．．574．2008中图电力系统保护与控制学术研讨会论文集组图2DVR等效电路F’g．2theequivalentcircuitofDVR根据对DVR电路的分析，可得出以下方程vl=vc+lfR，+Lf百d／fI／=Ic+nIt，cc：dⅡYf6‰=扣榔+厶剡K=K—YdyrVz=llR+厶警

6、解方程组得：K2K一矿‘(尽+鸥)+n4主鬻=％‰啦僻蝎毒耘茎!兰±丝2兰K式中，K斗钙半，川批螂埒野蝌+劲～唧K2=n(Lts+Rt)K鹊诫)％】增鹊诫坶弓郴呐)每弓Ⅳ+晦弓(尽+∥8)+∥与+，红+td木J+，f(碍+尽)+露由此得控制策略如图3所示1．1．2DVR应用研究天津无缝钢管公司配电系统10KV母线采用的是双母线分段运行方式，所有负荷以并联的方式挂在母线上，用PSCAD软件为其建立的仿真模型如图4所示：一j广≮：甜啦裔牛*+i窜l蟾舞蚤怪∥⋯昏图4系统等效电气示意图Fig．4theequivalentcircuitofsyste

7、m线路电气参数如图4所示。假设O．2s时系统发生短路故障，故障持续时间为0．2s，未加装DVR时母线电压如图5所示：：fy【l⋯⋯’i’L二．二：——』一一二：⋯一。’一一_二二一⋯二，^。图5未加装DvR时母线电压Fig．5thebusvoltagewithoutDVR动态电压恢复器是一种串联型补偿装置，当系统侧电压K发生瞬时跌落时，DVR可迅速(半2008中国电力系统保护与拧制学术研讨会论文集．575．个周波内)注入补偿电压，注入补偿电压％垤，其幅值、相角均可控、可调。使敏感负荷感受不到系统电压发生的任何变化。加装DVR时系统等效电路图如

8、图6所示：图6加装DVR时的仿真模型Fig．6thesimulationmodewithDVR图7为装设DVR的系统某馈线发生短路故障后系统电压与负荷端电压的仿真波