導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的研究

文檔作者：蘭金茹王奔孟慶波華曉萍吳晨光文檔來(lái)源：西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月22日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大?。?244.91 KB 共4頁(yè)	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁(yè)]

本文件共4頁(yè)，如需編輯使用，請(qǐng)下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問(wèn)題，下載是正常的。

	文件大?。?44.91 KB 共4頁(yè) 文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

下一篇：電能質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)安全的影響及應(yīng)對(duì)措施

上一篇：電能計(jì)量管理研究

文本預(yù)覽

僅提取頁(yè)面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

34 《電氣開(kāi)關(guān)}(2006．No．1)
文章編號(hào)：1004-289X(2006)01—0034-04
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的研究
蘭金茹王奔孟慶波華曉萍吳晨光
(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都 610031)
摘 要：針對(duì)電力系統(tǒng)中存在大量的非線性負(fù)荷，介紹了一種綜合解決電能質(zhì)量問(wèn)題的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。分析了
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和工作原理；介紹了基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換的d—q檢測(cè)方法以及用三角波作為載波的
PWM 控制方式；最后介紹了用于解決電壓跌落和浪涌的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)三角載波的控制方式。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；有源電力濾波器；用戶(hù)電力技術(shù)；瞬時(shí)無(wú)功理論
中圖分類(lèi)號(hào)：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Study on Power Quality Conditioner
LAN Jin-ru W ANG Ben MENG Q g一6o HUA Xiao-ping WU Chen-guang
(School of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，610031，China)
Abstract：Since nonlinear loads are widespreadly used，power quality conditioner capable of solving most
known power quality problems is presented．The structure and working principle of power quality conditioner
are introduced．The detecting method based on synchronous rotary Park transformation and the SPW M control—
ling method are discussed．Finally a new improved PWM strategy which can dynamically adjust the amplitude of
the triangle carrier wave during the voltage sags or swells is simply introduced．
Key words：power quality；Active Power Filter；Custom Power；instantaneous reactive power theory
l 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電力電子器件
和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。這些設(shè)備的運(yùn)
行使電網(wǎng)中電壓和電流波形畸變?cè)絹?lái)越嚴(yán)重，諧波?虧
染日益嚴(yán)重。另外，沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷，例如電弧爐、
大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車(chē)等，運(yùn)行中不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高
次諧波，而且還會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)、跌落、三相不平衡、供
電中斷等電能質(zhì)量問(wèn)題，電網(wǎng)輸出的交流電并不是穩(wěn)
定的正弦波，使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面，隨著各
種復(fù)雜的、精密的、對(duì)電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普
及，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，因而電能質(zhì)量成
為目前研究的熱點(diǎn)。
用戶(hù)電力技術(shù)(Custom Power)是用來(lái)解決配電
系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題的控制技術(shù)。隨著人們對(duì)電能質(zhì)量
要求的進(jìn)一步提高，用戶(hù)電力技術(shù)以成為改善配電系
統(tǒng)電能質(zhì)量的必備技術(shù)手段之一。本文介紹一種電能
質(zhì)量調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器由動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)和有
源電力濾波器(APF)串聯(lián)在一起組合而成。其目的在
于根據(jù)配電電網(wǎng)的實(shí)際情況和要求，全面集中地對(duì)電
網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合補(bǔ)償，從而全面經(jīng)濟(jì)地解決配
電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題，為用戶(hù)提供可靠的高質(zhì)量電能。
2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和工作原理
2．1 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的組成
圖1為電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖。逆變器1和
輸出變壓器T組成動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器，并通過(guò)變壓器T
的二次側(cè)在電路的輸入端與負(fù)載串聯(lián)，其作用是對(duì)電
網(wǎng)輸出電壓的波動(dòng)和諧波進(jìn)行補(bǔ)償；逆變器2和濾波
電感L2組成有源濾波器，并通過(guò)濾波電感L2在電路
的輸出端與負(fù)載并聯(lián)，其作用是對(duì)負(fù)載所需的無(wú)功與
諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。直流電容c 既是直流濾波電容，
也是逆變器2的儲(chǔ)能電容。
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器應(yīng)用于配電系統(tǒng)，可以使用戶(hù)全
面綜合地提高配電電網(wǎng)供電質(zhì)量。具有如下功能：
對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、跌落、浪涌和諧波進(jìn)行補(bǔ)償，
使負(fù)載上的電壓為穩(wěn)定純凈的正弦波電壓；
維普資訊 http://www.cqvip.com
《電氣開(kāi)關(guān))(2006．No．1) 35
、一ic 2
圖1 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)框圖
對(duì)負(fù)載電流中的無(wú)功分量和諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償，
使電網(wǎng)的輸出電流為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波電
流，使電網(wǎng)的輸出功率因數(shù)為1；
隔斷電網(wǎng)與負(fù)載之間的諧波相互干擾，使電網(wǎng)的
諧波電壓不干擾負(fù)載，負(fù)載的諧波電流也不污染電網(wǎng)；
對(duì)于三相電能質(zhì)量凋節(jié)器，還可以補(bǔ)償三相負(fù)載
的不對(duì)稱(chēng)電流。
2．2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的工作原理
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的基本工作原理：首先由檢測(cè)電
路檢測(cè)出畸變的電壓、電流信號(hào)；其次由控制電路產(chǎn)生
補(bǔ)償信號(hào)；然后形成PWM 信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制
逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而補(bǔ)償系統(tǒng)中存在的電壓、
電流的畸變分量，使電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的污染被消
除。因此，畸變量的檢測(cè)和補(bǔ)償信號(hào)的產(chǎn)生是電能質(zhì)量
調(diào)節(jié)器的重要組成部分。
3 三相電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的檢測(cè)原理
近年來(lái)，人們已經(jīng)提出了許多諧波檢測(cè)方法。瞬時(shí)
無(wú)功理論檢測(cè)法與其它方法相比有較好的實(shí)時(shí)性。三
相瞬時(shí)無(wú)功理論由日本學(xué)者赤本泰文在上個(gè)世紀(jì)8O
年代初首先提出，此后經(jīng)過(guò)其他學(xué)者不斷研究逐漸得
到完善，現(xiàn)在已經(jīng)包括P—q法、 一 法和d—q法。P
— q法首先得到應(yīng)用，僅適用于對(duì)稱(chēng)三相且無(wú)畸變的
情況；i 一i 法不但對(duì)電源電壓畸變有效，也適用于不
對(duì)稱(chēng)三相電網(wǎng)的檢測(cè)；基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換的d—
q法，不僅簡(jiǎn)化了對(duì)稱(chēng)無(wú)畸變下的電流增量檢測(cè)，而且
也適用于不對(duì)稱(chēng)、有畸變的電網(wǎng)電壓的檢測(cè)。目前，d
—q法是諧波實(shí)時(shí)計(jì)算中所采用的主要方法，本文把d
— q變換(或d—q反變換)作為檢測(cè)的核心，分別輔以
其它環(huán)節(jié)，構(gòu)成三相電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的檢測(cè)電路。
3．1 補(bǔ)償電流的檢測(cè)
d—q檢測(cè)法適用于三相四線制系統(tǒng)，可以檢測(cè)零
序電流，這是因?yàn)閐—q變換電路中增加了一個(gè)對(duì)應(yīng)于
零序的相。采用此方法檢測(cè)負(fù)載諧波電流與無(wú)功電流
的原理框圖如圖2所示。
=
cosmt cos( 一警) cos( 十 )
一sin山￡一sin( 一 ) 一sin( + )
得到調(diào)節(jié)信號(hào)AUd，AUa疊加到檢測(cè)電路的直流分量
上，使調(diào)制波或指令信號(hào)i／中包含一定的基波有功電
三相基準(zhǔn)正弦電壓‰ 、Ubr‰ 經(jīng)過(guò)d—q變換、低
通濾波后，得到三相基準(zhǔn)正弦參考電壓在d-q坐標(biāo)系
維普資訊 http://www.cqvip.com
3G 《電氣開(kāi)關(guān)~(2006．No．1)
蛔
I
一換I 一 騰薤L墨c二 蘭n
圖3 檢測(cè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)值A(chǔ)u和諧波分量礬的原理框圖
一q變換后與直流基準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較，得到電網(wǎng)電
壓在d—q坐標(biāo)系下的增量電壓“df、Uqt、 ，再進(jìn)行d—
q反變換，就可以得到電網(wǎng)電壓增量值A(chǔ)u +“ h、△‰
+‰h、Au + 。用“ 、“ 、“ 作為調(diào)制波指令信號(hào)對(duì)
逆變器進(jìn)行控制，即可得到三相補(bǔ)償電壓‰ 一Au +
h、 bc：：= b+ bh、 cc— A uc+ ch。
4 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方式
因?yàn)闄z測(cè)和計(jì)算時(shí)間的延遲，無(wú)論是對(duì)于串聯(lián)補(bǔ)
償器還是并聯(lián)補(bǔ)償器，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的完全的補(bǔ)償都是
很困難的。因此可以應(yīng)用預(yù)測(cè)控制理論來(lái)改善補(bǔ)償效
果，即采用本周期計(jì)算的補(bǔ)償量對(duì)下一周期的值進(jìn)行
補(bǔ)償
“ +"( )一“ ( )
+¨( )一f ( )
式中， 為當(dāng)前采樣周期數(shù)；k為采樣數(shù)。
4．1 并聯(lián)型APF的控制方式
三相電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中的并聯(lián)部分采用三角波比
較SPWM 控制方式，但它與一般的SPWM 控制方式
不同，它不是直接用調(diào)制波指令信號(hào) 、 、 與載波
三角波進(jìn)行比較，而是將指令信號(hào)與補(bǔ)償量i 、i 、i
的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，將它們的差值經(jīng)放大器放大后，
再與載波三角波進(jìn)行比較。其控制電路的框圖如圖4
所示。這種控制方式是基于將指令信號(hào)與補(bǔ)償量的差
值控制到最小來(lái)設(shè)計(jì)的，其優(yōu)點(diǎn)是諧波含量小，所含諧
波與三角波頻率相同，諧波頻率固定，濾波比較容易。
4．2 串聯(lián)型DVR的控制方式
串聯(lián)型DVR的控制方式與并聯(lián)型APF的控制
方式基本上是相同的，如圖4所示。
電壓跌落和浪涌在電力系統(tǒng)中較為常見(jiàn)，但目前
國(guó)內(nèi)外對(duì)兩者尚無(wú)統(tǒng)一的定義。通常認(rèn)為電壓下降至
正常電壓的0．1～o．9(標(biāo)么值)，持續(xù)時(shí)間達(dá)0．5～3O
周波時(shí)就稱(chēng)之為電壓跌落；而當(dāng)電壓上升到正常電壓
的1．1～1．8(標(biāo)么值)，持續(xù)時(shí)間達(dá)0．5～3O周波時(shí)就
稱(chēng)之為電壓浪涌。電壓跌落和浪涌作為電能質(zhì)量問(wèn)題
的一種，它對(duì)用戶(hù)的危害絕不遜于電壓、電流諧波的危
害。
但是當(dāng)出現(xiàn)電壓跌落和浪涌時(shí)，應(yīng)用上述SPWM
控制方式對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，效果并不理想，這是因?yàn)樵陔?
壓跌落或浪涌期間串聯(lián)部分檢測(cè)到的電壓畸變量幅值
大大超過(guò)了三角載波的幅值。通常在未出現(xiàn)電壓跌落
或浪涌時(shí)，電壓畸變量幅值與三角載波幅值的比例(調(diào)
制度)M取為0+95左右，M 過(guò)小，則PWM 信號(hào)中的
開(kāi)關(guān)高頻諧波成分過(guò)大，給高頻濾波帶來(lái)困難；M 取
值如果超過(guò)1，則PWM 信號(hào)中將會(huì)引入并不希望的
低頻諧波，而且其中的基波也不能達(dá)到所希望的幅值。
電壓跌落和浪涌在電力系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)。但是，從
時(shí)間角度考慮，它們與僅含有電壓諧波的情況相比，時(shí)
間太短以至于可以忽略不計(jì)。這樣在設(shè)定電能質(zhì)量調(diào)
節(jié)器串聯(lián)側(cè)PWM 控制中的調(diào)制度M 時(shí)則可以直接
取典型值為0．95。而當(dāng)出現(xiàn)電壓跌落或浪涌時(shí)，為了
保證補(bǔ)償效果，調(diào)制度M 仍然取為0．95，這樣在電壓
跌落或浪涌期間就要將三角載波的幅值作相應(yīng)的放大
— — 稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)三角載波幅值的PWM 控制技
術(shù)。圖5即為該原理的波形示意圖。其中三角載波的
放大比例系數(shù)可由電壓跌落或浪涌發(fā)生期間的電壓畸
變量的峰值除以電壓跌落或浪涌發(fā)生前的電壓畸變量
的峰值得到。
動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)三角載波幅值的PWM 控制技術(shù)是根據(jù)
調(diào)制信號(hào)的幅值變化動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)三角載波幅值，從而
讓調(diào)制度M 維持在較好的典型值，最終調(diào)制出的
PWM 波形中充分含有調(diào)制信號(hào)中的各種分量。因此
對(duì)電壓跌落和浪涌具有良好的補(bǔ)償效果。
PW M
信號(hào)
PW M
信號(hào)
圖4 A相的SPWM 控制電路的框圖
維普資訊 http://www.cqvip.com
《電氣開(kāi)關(guān)))(2006．No．1) 37
圖5 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)三角載波PWM 控制方式的波形示意圖
5 結(jié)論
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中的兩個(gè)逆變器的功能可以互
換。逆變器1可以作為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器使用，也可以作
為串聯(lián)有源電力濾波器使用；逆變器2可以作為并聯(lián)
有源電力濾波器使用，也可以作為并聯(lián)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)
器使用。當(dāng)逆變器1作為串聯(lián)有源電力濾波器使用，逆
變器2作為并聯(lián)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器使用，并且內(nèi)部直流
側(cè)接有蓄電池時(shí)，此電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器還可以當(dāng)在線不
間斷電源(UPS)或有功功率調(diào)節(jié)器使用，夜間儲(chǔ)能，白
天用電高峰時(shí)放能；若電網(wǎng)掉電，還可以向用戶(hù)的重要
負(fù)載繼續(xù)供電。
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以和LC無(wú)源濾波器混合使
用，來(lái)減小電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的容量，降低初期投資，采
用混合式結(jié)構(gòu)是近期所采用的最為經(jīng)濟(jì)的方案。
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器在我國(guó)電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用距發(fā)達(dá)
國(guó)家還存在一定的差距，但隨著電力市場(chǎng)的形成，供電
質(zhì)量問(wèn)題的日益尖銳，勢(shì)必會(huì)促進(jìn)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的
廣泛應(yīng)用。鑒于高壓大功率場(chǎng)控開(kāi)關(guān)器件的商用化，電
能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的容量可以很大。因此，它既可以解決整
條配電線路的供電質(zhì)量問(wèn)題，也可以解決用戶(hù)的供電
質(zhì)量問(wèn)題。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，是未來(lái)配電自動(dòng)化的一個(gè)
重要發(fā)展方向，值得認(rèn)真研究和開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉風(fēng)君．Delta逆變技術(shù)及其在交流電源中的應(yīng)
用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．9
[2] 姜齊榮，謝小榮，陳建業(yè)．電力系統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償一結(jié)
構(gòu)、原理、控制與應(yīng)用EM]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，
2004．7
E3-] 刊、輝，魏慶海，鄒積巖，李衛(wèi)東．電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技
術(shù)及其應(yīng)用[J]．大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)．2003．43(2)：243
- — — 247
[4] 鄧恒，殷波，查曉明．綜合電能質(zhì)量控制器
EJ3．電網(wǎng)技術(shù)．2002．26(11)：8O一83
[5] 朱桂萍，王樹(shù)民．電能質(zhì)量控制技術(shù)綜述[J]．電
力系統(tǒng)自動(dòng)化．2002．26(19)：28—31
收稿日期：2005一O3—25
作者簡(jiǎn)介z
蘭金茹(1978一)，女，西南交通大學(xué)。電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)碩士研
究生。
王奔(196o一)．男。教授，西南交通大學(xué)，主要研究方向；電力系統(tǒng)的非
線性及變結(jié)構(gòu)控制；電力電子。
(上接第33頁(yè))
總保護(hù)主要是防止主干線路、分支線路發(fā)生斷線、
接地等故障造成的設(shè)備事故及人身間接觸電。與分支
保護(hù)相似，該級(jí)保護(hù)的額定動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比分
支保護(hù)大一個(gè)級(jí)差。一般選擇時(shí)，其額定動(dòng)作電流大于
被保護(hù)線路的最大不平衡漏電流的兩倍以上，同時(shí)該
額定動(dòng)作電流也應(yīng)是分支保護(hù)動(dòng)作電流的兩倍以上；
額定動(dòng)作時(shí)間也與末級(jí)保護(hù)有一個(gè)級(jí)差。
圖2為五級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，漏電總開(kāi)關(guān)的額定漏電動(dòng)
作電流 血一400～500mA，漏電保護(hù)器的分?jǐn)鄷r(shí)間丁
≤2．0s；第二級(jí)分路開(kāi)關(guān)的額定漏電動(dòng)作電流 △n一
300"--400mA，漏電保護(hù)器的分?jǐn)鄷r(shí)間丁 ≤1．5s；第三
級(jí)分路開(kāi)關(guān)的額定漏電動(dòng)作電流 血一200 300mA，
漏電保護(hù)器的分?jǐn)鄷r(shí)間丁 ≤1．0s；第四級(jí)分路開(kāi)關(guān)的
額定漏電動(dòng)作電流 血一6O～100mA，漏電保護(hù)器的分
斷時(shí)間丁 ≤0．5s；通過(guò)電纜到第五級(jí)終端用戶(hù)漏電保
護(hù)開(kāi)關(guān)的額定漏電動(dòng)作電流 血≤30mA，漏電保護(hù)器
的分?jǐn)鄷r(shí)間丁 ≤O．1s。
終端用戶(hù)』 30mA 7 n《0·Is
圖2 漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)分級(jí)保護(hù)示意圖
低壓供電系統(tǒng)內(nèi)實(shí)行分級(jí)保護(hù)后，可使每個(gè)用戶(hù)
均有兩級(jí)以上的漏電防護(hù)措施，上級(jí)保護(hù)可以起到下
級(jí)保護(hù)的后備保護(hù)作用，不僅對(duì)低壓電網(wǎng)所有線路末
端的用電設(shè)備創(chuàng)造了安全運(yùn)行條件，同時(shí)對(duì)人身安全
也提供了直接接觸和間接接觸多重保護(hù)；通過(guò)動(dòng)作靈
敏度和動(dòng)作時(shí)間的配合，不但提高了保護(hù)效果，而且大
大減少了頻繁跳閘而造成大面積停電的次數(shù)，提高了
供電可靠性，最大限度地縮小了發(fā)生故障時(shí)停電的范
圍，發(fā)現(xiàn)和查找故障點(diǎn)也更加容易，對(duì)減少觸電事故、
保障作業(yè)安全有著積極的作用。
收稿日期 2005—07-27

網(wǎng)友評(píng)論 more

電力安全論文最新內(nèi)容

03-05