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新型静止无功发生器控制研究

2017年06月16日 17:18:04 中国传动网

1、引言

随着整个社会经济的发展,对电能质量的要求也越来越高。而系统中无功负荷,特别是冲击性无功负荷和大量电力电子装置的应用,不仅增加了各种损耗,而且严重影响了电能质量。因此,实时快速的无功功率补偿对优化电网潮流分布和提高电能质量具有十分重要的意义。新型静止无功发生器(ASVG)是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分。对电力系统的网络参数和网络结构实施灵活、快速的控制,从感性到容性的整个范围进行连续的无功调节,达到快速补偿系统对无功功率的需求,从而抑制电压波动并增强系统稳定性。

2、FACTS及各种FACTS装置

多年来电力工作者已达成共识:提高电网的安全运行水平和电能质量,除电网结构本身要和例外,还必须要有先进的调节控制手段。电网的安全、经济运行在很大程度上取决于其“可控度”。自从美国学者L.Gyugyi在1976年提出利用半导体变流器进行无功补偿的理论以来,世界各国的专家对大功率新型静止同步补偿器的理论研究于工程应用方兴未艾。

现在ASVG在工程应用方面已有了突飞猛进的发展和进步。在理论研究上,对ASVG的研究成果主要集中在主电路接线方式及拓扑结构选择、系统模型的建立、控制器设计以及装置在电力系统中作用等方面,目前投入运行的ASVG的主电路多采用多重化结构,即使用多个逆变器并通过变压器次级的适当连接,可将多个逆变器输出的波形移相叠加,得到近似于正弦波形的三相对称输出电压。

在研究ASVG的非线性动态建模的同时,ASVG的控制策略和控制器的设计也是研究的一个焦点。ASVG的控制器通常由内环控制器和外环控制器两部分组成。内环控制器的基本任务是产生一个同步的驱动信号,从而在变流器的输出电流和无功指令之间建立一种线性的关系。

3、ASVG装置的基本原理

3.1ASVG的工作原理

如图1所示为ASVG的工作原理示意图,其中直流侧为储能电容,为ASVG提供直流电压支撑,逆变器通常由多个逆变桥串联或并联而成,其主要功能是将直流电压变换为交流电压,而交流电压的大小、频率和相位可以通过控制逆变器中可关断器件的驱动脉冲进行控制。

图1 ASVG装置调节无功的原理示意图

图2 单相桥电路

由于单相桥电路是构成ASVG装置的基础,而且三相桥工作原理也与它类似,本节将从单相桥电路的工作原理着手,对ASVG装置进行分析。

图3单相桥电路个可关断器件的触发脉冲及输出电压

图4单相桥电路

(1)图4所示单相桥电路接入系统的等效电路图。图3给出了单相桥电路各个可关断器件的触发脉冲及时序关系。由图4可以分析一周期内各关断器件导通的情况及单相桥电路的工作状态。

3.2.2ASVG装置的时域数学模型

图5为ASVG装置原理接线图,可利用输入输出建模方法来建立。

图5 ASVG装置的原理接线图

图6 ASVG系统控制方框图

在PID控制器中,微分作用主要是针对具有大惯性的被控对象,改善其动态性能,稳定性增加,但对扰动敏感,抑制外扰能力减弱,在ASVG中,由于对基频信号进行调制,引进了高频干扰,不益采用PID控制,因此在本装置中采用Fuzzy-PI控制器。

4、仿真结果

4.1仿真方案及仿真结果

用交流电动机模拟电网的冲击无功负荷,通过测试接入点的电压有效值变化检测ASVG的动态调节性能,包括响应速度和对接入点电压的调节效果。仿真中通过检测a、b、c相三点的电压变化来测试ASVG的动态特性。本仿真中在380V电网中接入5台5KW的电动机来模拟冲击无功负载。控制方案采用前面所述的电流间接控制。接入多台电动机运行,依次接入或切断运行的部分电动机,依据母线和接入点电压波形,测试ASVG快速的动态无功调节性能以及对整个电网的电能质量改善作用。实测表明,采用动态无功补偿装置后,供电母线电压波动和闪变得到了有效的抑制,净化了电网的环境。其应用比较结果如图9所示。

(a)ASVG输出电流彼形

(b)ASVG输出无功量

(c)系统供电母线电压波形

(d)ASVG投人前的电压波动

(e)ASVG投入后的电压波形

图9ASVG对电压波动和闪变的抑制效果

5、结论

该控制方案,能有效的对系统进行无功补偿,提高电网的功率因数,且对各种性质的无功均能实现动态的连续调节,稳定工作点的电压,有效的提高了电能质量,降低了电网的损耗。在较恶劣环境下,系统工作正常,装置可靠性高,能够满足长期运行的需要。本文阐述了ASVG的无功补偿原理,并同常规的静止无功补偿装置相比较,ASVG具有突出的优点:容量大、响应快、精度高、输出电压谐波含量小、控制手段先进等,成为静补装置的首选。建立了ASVG的稳态模型,并采用开关函数法建立了动态数学模型,为更好的理解ASVG原理及实现有效的控制奠定了基础。

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供稿:佟勇

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=29561

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