高效無功與諧波動態(tài)控制方法及應(yīng)用研究.pdf

1、電能是國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的命脈,隨著非線性負(fù)載的大量增加,引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變,造成電網(wǎng)的諧波污染和電能損失;同時,沖擊性負(fù)載及無功補(bǔ)償不足常引起電網(wǎng)電壓跌落和閃變,影響企業(yè)的正常生產(chǎn)和人民的日常生活,并導(dǎo)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(dá)到西方發(fā)達(dá)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(yán)重、無功補(bǔ)償不足、電壓波動頻繁等電能質(zhì)量問題是導(dǎo)致我國電能損耗高的重要原因。
　　

2、針對配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制的關(guān)鍵瓶頸問題,本文以國家自然科學(xué)基金項目和國家“863”計劃項目為依托,詳細(xì)闡述了高效電能質(zhì)量控制的內(nèi)涵,從高效無功與諧波動態(tài)控制系統(tǒng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(wǎng)高效無功與諧波綜合動態(tài)控制的相關(guān)理論和方法。研究內(nèi)容涵蓋了高效無功與諧波動態(tài)控制系統(tǒng)的工作機(jī)理分析、數(shù)學(xué)建模、控制算法、優(yōu)化運(yùn)行、以及工程應(yīng)用時的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)方案,研究重點(diǎn)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(wǎng)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(chǔ)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(diào)節(jié)子系統(tǒng)間相互耦合的本質(zhì),在此基礎(chǔ)上提出了HVHC復(fù)合控制方法,實(shí)現(xiàn)了諧波動態(tài)治理子系統(tǒng)和無功連續(xù)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)間的解耦控制。HVH

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

5、HVHC系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
　　 (3)提出了兼顧成本和性能優(yōu)勢的配電網(wǎng)低壓系統(tǒng)高效混雜無功補(bǔ)償器HHVC進(jìn)行低成本大容量無功動態(tài)調(diào)節(jié),并具備濾波功能。在分析HHVC的基本結(jié)構(gòu)和建立電氣模型的基礎(chǔ)上,對采用基于檢測負(fù)載諧波電流控制策略下HHVC的穩(wěn)定性、運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行了深入研究,揭示了HHVC運(yùn)行的內(nèi)在本質(zhì);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(chǔ)上,提出了HHVC專家協(xié)同控制方法,確保了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

6、　　 (4)建立了配電網(wǎng)的諧波域攝動模型,在此基礎(chǔ)上提出了無功與諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)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(chǔ);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(bǔ)償裝置的最優(yōu)配置集,提出了啟發(fā)式精確搜索算法,實(shí)現(xiàn)了對無功及諧波綜合優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)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(yīng)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(dǎo)。
　　 (5)以合肥某銅材廠35kV配電網(wǎng)電能質(zhì)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(shè)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(shí)際工況,并結(jié)合HVHC、HHVC系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),為該廠設(shè)計了電能質(zhì)量控制整體技術(shù)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(yùn)行,對HVHC、HHVC系統(tǒng)工程應(yīng)用時的若干關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行了研究,并提出了

8、相關(guān)解決措施;最后,為該廠研制了HVHC、HHVC裝置,裝置投運(yùn)后運(yùn)行效果良好,企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高、節(jié)能降耗效果明顯。
　　 本文以配電網(wǎng)電能質(zhì)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(bǔ)償器HHVC,并對諧波及無功綜合優(yōu)化規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。HVHC、HHVC克服了單一電力電子在功能上的局限,實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)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