高壓配電網(wǎng)諧波與無功綜合動態(tài)治理理論與應(yīng)用研究.pdf

1、在6kV、10kV、35kV等高壓配電網(wǎng)集中治理諧波和補償無功的方式投資較少,便于集中運行維護,是目前國內(nèi)外供電系統(tǒng)諧波抑制和無功補償研究的熱點,但是,受限于電力電子開關(guān)器件的耐壓和容量等級,在高壓配電網(wǎng)同時實現(xiàn)諧波和無功綜合動態(tài)治理具有一定難度。本文以國家自然科學(xué)基金項目——企業(yè)諧波動態(tài)抑制與節(jié)能新方法新技術(shù)研究(60774043)和國家“863”計劃項目——大型工業(yè)企業(yè)電氣節(jié)能新技術(shù)新裝備及其工程應(yīng)用(2008AA05Z211)為依

2、托,為實現(xiàn)低成本的高壓配電網(wǎng)諧波電流動態(tài)治理,提出了三種改進結(jié)構(gòu)的注入式混合型有源電力濾波器(IHAPF),為實現(xiàn)高壓配電網(wǎng)諧波和無功綜合動態(tài)治理,提出了IHAPF和靜止無功補償器(SVC)聯(lián)合運行的高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,研究內(nèi)容涵蓋了治理裝備的基本補償原理、檢測和控制算法、主電路參數(shù)的設(shè)計和相關(guān)工程實現(xiàn)方案等方面,形成了較為完整的高壓配電網(wǎng)諧波與無功綜合動態(tài)治理的技術(shù)方案,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下:
　　 1、提出了三種改進

3、結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)IHAPF,建立各類結(jié)構(gòu)IHAPF的統(tǒng)一電氣模型,分析了IHAPF對避免電網(wǎng)諧波放大、無源補償器件與電網(wǎng)發(fā)生諧振的作用,提出了改進遺傳算法并引入了IHAPF注入支路參數(shù)的多目標優(yōu)化設(shè)計。
　　 本文在典型的單諧振注入式混合型有源濾波器(S-IHAPF)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了三種適用于高壓配電網(wǎng)的注入式混合型有源電力濾波器:雙諧振注入式混合型有源電力濾波器(D-IHAPF)、多通道注入式混合型有源電力濾波器(M-IH

4、APF)及改進的注入式混合型有源電力濾波器(I-IHAPF),分析了它們各自的優(yōu)缺點以及適用的場合,并通過建立各類結(jié)構(gòu)IHAPF的統(tǒng)一電氣模型,為對適用于高壓配電網(wǎng)IHAPF的特性研究奠定基礎(chǔ);然后,與單獨電容器直接補償方式作比較,分析了注入式混合型有源電力濾波器對避免電網(wǎng)諧波放大和無源器件與電網(wǎng)發(fā)生諧振的作用;最后,以單諧振注入式混合型有源電力濾波器為例,從達到濾波效果、經(jīng)濟成本以及安全穩(wěn)定性等方面考慮,提出了改進的遺傳算法并引入了I

5、HAPF關(guān)鍵部分注入支路的多目標優(yōu)化設(shè)計。
　　 2、針對高壓配電網(wǎng)IHAPF的兩類關(guān)鍵算法:諧波電流檢測和控制算法進行了研究,分析了直流側(cè)電壓泵升現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,并提出了三種解決方法。
　　 本文提出了基于ip,iq算法和自適應(yīng)濾波器的諧波電流預(yù)測檢測方法,有效減小了延時,提高了系統(tǒng)濾波效果;提出了基于遞推積分加PI參數(shù)模糊自整定的電流跟蹤控制方法,簡化了控制算法復(fù)雜度,提高了時變量的跟蹤控制精度;從動態(tài)和穩(wěn)定兩個方面

6、分析了IHAPF在高壓配電網(wǎng)應(yīng)用時產(chǎn)生直流測電壓泵升現(xiàn)象的原因,提出了一系列穩(wěn)定直流側(cè)電壓的方法,包括滯環(huán)控制能量泄放法、基于逆變器兩側(cè)能量平衡的直流側(cè)電壓控制方法和基于基波能量交換的直流側(cè)電壓PI控制方法,同時詳細介紹了三種方法的具體應(yīng)用場合和效果。
　　 3、提出了一種高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,在能夠動態(tài)治理諧波的情況下,實現(xiàn)了容性和感性無功連續(xù)調(diào)節(jié),提出了HAPF和SVC抗耦合復(fù)合控制策略,采用了基于同步旋轉(zhuǎn)參考坐標變換的

7、SVC補償電納計算方法,提出了諧波電流分頻補償控制方法,實現(xiàn)了HVHC系統(tǒng)在高壓配電網(wǎng)綜合動態(tài)治理諧波和補償無功的作用。
　　 本文針對適用于高壓配電網(wǎng)IHAPF無法進行動態(tài)無功補償?shù)娜秉c,提出了一種高壓混合補償系統(tǒng)HVHC,它由IHAPF與SVC并聯(lián)組合而成,同時IHAPF部分抑制了晶閘管調(diào)節(jié)時產(chǎn)生的諧波電流,實現(xiàn)了高壓配電網(wǎng)高品質(zhì)電氣節(jié)能。在分析該裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,就諧波域和基波域進行了模型推導(dǎo),模型推導(dǎo)的結(jié)果證明了該裝置的

8、可行性。此外,為了使HVHC實現(xiàn)補償負載不平衡、提高功率因數(shù)、動態(tài)治理電網(wǎng)電流諧波的作用,對HVHC的控制方法進行了研究。提出了HAPF和SVC抗耦合復(fù)合控制策略,采用了基于同步旋轉(zhuǎn)參考坐標變換的SVC補償電納計算方法,提出了諧波電流分頻補償控制方法,仿真及實驗結(jié)果表明了采用上述方法的HVHC能夠在高壓配電網(wǎng)穩(wěn)定、快速、準確的治理諧波電流、補償負荷的無功功率,維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。
　　 4、結(jié)合現(xiàn)場需求,探討了HVHC在35kV

9、高壓配電網(wǎng)應(yīng)用時的設(shè)計和典型應(yīng)用方案。
　　 本文以廣西電網(wǎng)公司某110kV變電站諧波與無功問題綜合治理需求為基礎(chǔ),分析了引起諧波參數(shù)超標的原因,根據(jù)現(xiàn)場測量的各種數(shù)據(jù),建立了110kV變電站的系統(tǒng)等效模型,通過各種工況下的仿真驗證了模型的合理性和準確性。在前述理論和設(shè)計方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一套適用于35kV高壓配電網(wǎng)的HVHC,給出了SVC裝置組成元件的參數(shù)設(shè)計方法,對所提出HVHC進行了整體仿真,仿真結(jié)果證明了HVHC能夠滿