1、科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2011年 第 1期 1無功補償的背景 隨著電力系統中非線性用電設備 , 特別是電力電子裝置應用的日 益廣泛 , 而大多數電力電子裝置功率因數較低 , 要消耗大量的無功功 率 , 給電網帶來額外的負擔 , 嚴重影響電網的供電質量 , 因此提高功率 因數己成為電力電子技術和電力系統研究領域所面臨的一個重大課 題 。 現代電力電子技術的出現和發展為諧波和無功補償裝置的能動控 制提供了可能 。 正是在電氣拖動領域中得到廣泛應用的相控技術 , 脈 沖寬度調制 (PWM技術等為各種形式的靜止無功功率補償裝置 (SVC控制器提

2、供了原形 。電力系統中的無功補償裝置從最早的電容器開始發展到今天 , 歷 經了電容器 、 同步調相機 、 靜止無功補償裝置和今天引人注目的 SVG 等幾個不同的階段 , 其發展概括圖 , 如圖 1所示 。 圖 1無功補償裝置的發展SVG 的優越性及研究現狀 :新型靜止無功發生器 (SVG, 是現代柔性交流輸電系統 (FACTS的 核心組成部分 , 和其它常規無功補償裝置相比 , 具有采用數字控制技 術 , 系統可靠性高 , 控制靈活 , 調節范圍廣 , 靜止運行 , 安全穩定 , 對電 容器的容量要求不高 , 諧波量小等優點 , 正因為上述優點 , SVG 作為一 種新型的無功調節裝置 , 已

3、經成為現代無功補償裝置的發展方向 , 成 為國內外電力系統行業的重點研究課題之一 。 目前 , 世界上已有多臺 投入運行的 SVG , 到目前為止 , 國際上只有美 , 日 , 德等少數幾個發達 國家掌握了 SVG 的應用開發技術 。 1999年 3月土 20Mvar SVG 在河 南洛陽的朝陽變電站并網成功 , 并于 2000年 6月成功地通過了鑒定 , 這是國內首臺投入應用的大容量柔性交流輸電裝置 。 該裝置不僅能調 節無功和電壓 , 還可提高輸電穩定性和輸送能力 。2SVG 的原理SVG 的工作是建立在一個靜止的同步電壓源的基礎上的 , 如圖 2所示 。 該電壓源由一個 GTO(或 MO

4、SFET 及 IGBT 電壓型變流器構成 , 經由串聯電抗與電網相聯 。 圖 2SVG 實際主電路結構其等效如電路 3所示 , 則吸收容性無功與吸收感性無功時的向量 圖如圖 4所示 。圖 3等效電路A 吸收容性無功 (電流超前 B 吸收感性無功 (電流滯后 圖 4向量圖在這種情況下 , 變流器電壓 U ·I 與 I ·仍相差 90°, 因為變流器無需有 功能量 。 而電網電壓 U ·S 與電流 I ·的相差不再是 90°, 而是比 90°小了 占角 , 因此電網提供了有功功率來補充電路中的損耗 , 也就是說相對 于電網電壓來

5、講 , 電流 I ·中有一定量的有功分量 。 這個 角也就是變流 器電壓 U ·I 與電網電壓 U ·S 的相位差 。 改變這個相位差 , 并且改變 U ·I 幅 值 , 則產生的電流 I ·的相位和大小也隨之改變 , SVG 從電網吸收的無功 功率也就因此得到調節 。由上圖可推導出穩態時 SVG 從電網吸收的無功電流和有功電流 有效值分別為I Q =U L姨 sin(90°-=U S sin2(2.1 I P =U L姨 cos(90°-=U S sin 2(2.2 SVG 從系統吸收的無功功率 Q 與有功功率 P 分別為

6、 :Q =U S I Q =U S 2sin2(2.3 P =U S I P =U S 2sin 2(2.4 2.1基于 PWM 整流器的無功發生器基于 PWM 整流器拓撲結構的靜止無功發生器 (SVG 是新一代的 靜止無功補償裝置 , 通過 PWM 技術調節橋路網側電流幅值和相位從 而補償無功功率 。 在采用直接電流跟蹤控制時 , SVG 網側電流將獲得 較好的動態性能 , 從拓撲結 構 上 看 , SVG 實 際 上 是 直 流 側 無 負 載 的 PWM 整流器 , 與一般 PWM 整流器控制要求不同 , SVG 更強調網側無 功電流的控制性能 。 從主電路結構看 , 基于 VSR 拓撲

7、結構的 SVG , 實基于 SVG 的無功補償與濾波系統臧立峰(淮南市園林管理局龍湖公園設備管理科安徽淮南232000【 摘 要 】 靜止無功發生器 (SVG 是柔性交流輸電系統中的一種重要的控制器 , 它將電力電子技術 , 計算機技術和現代控制技術應用于電 力系統 , 對電力系統的網絡參數和網絡結構實施靈活 , 快速的控制 , 以達到快速補償系統對無功功率的需求 , 從而抑制電壓波動并增強系統穩 定性 。 本文介紹了靜止無功發生器的發展和現狀 , 分析了它的工作原理和控制方法 , 在對 SVG 的理論研究和控制策略研究的基礎上 , 通過 PWM 技術調節橋路網側電流幅值和相位從而補償無功功率

8、 , 以 PWM變換器為基礎設計了無功發生裝置的仿真和實驗 ?！娟P鍵詞】 無功補償 ; 功率因數 ; PWM 整流器 機械與電子 124科技信息 2011年 第 1期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 際上就是一臺無直流負載的 PWM 整流器 。 在同步旋轉坐標系 (d , q 中 , 基于 VSR 的 SVG d a 模型方程式為di d =i q +1e d -1s d vdc(2.5 di q dt =i d +1L e q -1Ls q vdc(2.6 dv dc =1(s d i d +sq i q-v dcL (2.7 式中 :s d , s q

9、 二值邏輯開關函數 d , q 分量 ; R L SVG 直流側等效損耗電阻 ; i d , i q SVG 網側電流的 d , q 分量 ; e d , e q 電網電動勢的 d , q 分量 ; v dc SVG 直流側電壓 。 SVG 控制系統結構如圖 5所示 圖 5SVG 控制系統結構圖2.2基于 SVG 的無功補償與濾波系統工礦企業使用的電機作為感性負載產生的無功波動會導致供電 系統的功率因數降低 , 從而使供電系統輸出的功率降低 , 而且負載產 生的諧波會導致母線電壓波形畸變 , 影響相鄰負載的正常運行 , 這即 所謂的電網污染 。 根據對功率因數的計量方法不同 , 可采用不同的控

10、 制策略 。 本文采用瞬時無功補償的方案 。瞬時無功補償與濾波系統的結構如圖 6所示 。 圖 6無功補償系統圖根據負載每日的有功 P , 無功 Q 的波形圖 , 以及期望的功率因數cos *, 由下式確定所需的瞬時補償的無功功率 Q *。Q *=tan*×P-Q(2.5其中 Q 為負載的感性無功 , Q *為需要補償的無功量 。 由于 LC 濾 波器在工頻狀態下是呈現容性的 , 濾波器的容性無功 Q 為 :Q C =1Q *(2.6 無功發生器 SVG 的容量 Q S 為 :Q S =Q C =1Q * 2.3補償控制器補償控制器的作用是根據供電系統的瞬時有功功率 P 和期 望的功率

11、因數 cos *求出應有的無功功率 Q *=tan*P 。 補償控制 器機構如圖 6所示 。 補償控制器的輸出量為無功發生器 SVG 的 無功電流期望值 i q *。 其 P,Q 檢測電路如圖 7所示 圖 7P,Q 檢測電路圖2.4瞬時無功補償與濾波系統仿真為驗證上述補償理論研究的正確性 , 現做以下仿真如圖 8所示為 礦井提升機 V-M 直流調速系統的結構圖 。 整流變壓器一次線電壓為 10KV , 二次線電壓為 900V , 直流電動機額定電壓為 800V , 額定功率為 2000KW , 額定轉速為 51.5r/min。圖 8礦井提升機 V-M 直流調速系統的結構圖仿真結果如下 :圖 9

12、負載有功 P 和無功 Q 曲線圖圖 10負載功率因數曲線圖由上圖可見負載的無功功率很大 , 功率因數抖動很大且低 , 諧波電流很大 , 還不適合供電部門的用電要求 。 為此設置無功補償裝置并 做仿真如下 。 其系統補償濾波模型如圖 11所示 。圖 11系統補償濾波模型圖 機械與電子 125科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2011年 第 1期 (上接第 154頁 和運作辦法及其內在規律還有待在實踐中進一步探 索 、 豐富和完善 。 【 參考文獻 】1黃松峰 , 朱林 . 高校田徑運動會改為體育節的可行性研究 J.體育科學研究 , 2005,9(1:

13、42-45.2邢樹強 . 新時期學校運動會的改革 J.體育文化導刊 ,2002(6:63-64.3王小安 . 高校開展體育文化節芻議 J.湖北體育科技 ,2008(3:57-58.4褚慧楠 . 新時期高校和諧校園文化建設研究 D. 吉林大學 ,2009,4.作者簡介 :劉瑞玲 (1983, 女 , 河南 鄭 州 人 , 鄭 州 大 學 體 育 系 08級 研 究 生 , 體育教育訓練學專業 。責任編輯 :常鵬飛 仿真結果如下 :圖 12補償濾波后的 P,Q 曲線圖圖 13補償濾波后的功率因數曲線圖仿真結果表明 , 采用瞬時無功補償后 , 功率因數基本穩定在設定 的 0.9, 僅在負載劇烈變動時

14、 , 功率因數曲線才存在較小的跟隨偏差 。本文提出了無功補償方案 , 介紹了相關的原理和控制策略 。 并通 過建立瞬時無功補償系統的模型 , 進行了相應的仿真 , 論證了該理論 的正確性 。 【 參考文獻 】1王兆安 , 楊君 , 劉進軍 . 諧波抑制和無功功率補償 M.北京 :機械工業出版 社 , 1998.2黃立培 , 鄧毅晟 . 大容量變頻調速技術 . 電工技術雜志 , 2001(6 . 3林輝 , 王輝 . 電力電子技術 M. 武漢 :武漢理工大學出版社 .作者簡介 :臧立峰 (1976, 男 , 本科 , 長期從事機電方面的應用與實踐工 作 。責任編輯 :湯靜 科(上接第 117頁

15、儀工作在模擬掃描方式下 , 掃描速度較快 。 當選擇步 進掃描方式時 , 內置信號源在被調諧后會等待指定的駐留時間 , 獲取 響應數據 , 然后再將信號源調諧到下一個點 。 通過設置適合的駐留時 間 , 就可以消除我們關心的誤差 , 實現精確測量 。 但駐留時間的設置也 依賴操作者的經驗 , 通過嘗試 、 比對來確定 。生產過程伴隨著調整和測試 , 而生產線檢測通常是制約生產能力 提高的瓶頸 。 增加單根電纜的測量時間就意味著生產效率的降低 , 這 是用戶無法接受的 。 不能通過降低掃描速度來解決問題 , 就必須考慮 另一個途徑 :補償參考通路的時間延遲使之與測試通路相一致 。 對于 在儀器前

16、面板配置了跨接電纜 (一般是儀器選件 的矢量網絡分析儀 , 這是更適合且非常方便的途徑 。 在配置了 014選項的 E8362B 上 , 取 下 R1通路的跨接電纜 (SOURCE OUT-RCVR R1IN , 用一根與被測 件相同長度 、 相同材料的電纜替代它接在前面板上 。 這樣 , B 通路的時 間延遲就與 R1通路的基本一致了 。 沒有了時間延遲差異導致頻移 , 我們關心的誤差就可以消除了 。在參考通路上增加電纜長度會給激勵信號帶來較大的功率損耗 , 從而降低鎖相中頻信號幅度 。 由于受到鎖相環路的限制 , 當鎖相中頻 信號過小時會導致網絡儀鎖相失敗 、 失鎖等 , 這種情況下顯然是無法 進行高精度測量的 。 所以根據待測電纜的插損特性 , 參考通路上增加 的電纜長度也只是在一定范圍內可以接受 。3結論使用矢量網絡分析儀進行長電纜測量時 , 由于在測試通路上的時 間延遲 , 測試接收機和參考接收機的輸入頻率會有一定的頻差 , 從而 引起測試通路 DSP 采樣頻率發生偏移 。 如果此時分析儀設置中頻帶 寬較小 , 而掃描速度過快 , DSP 采樣前的中頻濾波器會濾掉部分信號 能量 , 從而導致較大甚至無法接受的測量誤差 。 一方面 , 通過延長掃描 時間 , 增加在