低压谐波抑制装置的试验验证

2016-08-24孙剑

现代建筑电气 2016年6期

关键词：桥式基波有源

孙　剑

(太原科技大学, 山西太原　 030024)

低压谐波抑制装置的试验验证

孙剑

(太原科技大学, 山西太原 030024)

介绍了低压谐波抑制装置的工作原理,分析了有源滤波器的实现和系统控制方法,并对谐波抑制装置进行了试验验证。试验结果表明,谐波抑制装置实现了动态谐波抑制和无功补偿,对于提高电能品质、节能降耗、降低电力基础设施投资等方面具有较大意义。

低压有源谐波抑制装置; 静止无功发生器; 无功补偿; 间接电流控制

0　引　言

谐波是影响电能质量的重要因素之一。谐波产生较常见的原因是非线性负载。电力系统中各种整流、逆变等非线性装置工作时会造成电压或电流畸变,从而产生除基波分量外的各种电压或电流谐波分量。随着电动汽车充电桩等电力电子设备大量投用,必将向电网注入大量的高次谐波,干扰电网中其他用电设备,因此安装谐波抑制装置对于提高电能质量有着重要意义。

1　谐波抑制装置的工作原理

谐波抑制装置(Static Var Generator,SVG)的基本原理是将桥式变流电路通过电抗器并联在电网上,适当调节桥式变流电路交流侧输出电压的相位和幅值或直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或发出满足要求的无功电流,从而实现动态无功补偿的目的[1-2]。

静止无功发生器是将自换相桥式电路通过电抗器或者变压器并联在电网上,调节桥式电路交流输出侧输出电压的相位和幅值,或直接控制电流,即可吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿。SVG主电路可分为电压源逆变电路和电流源逆变电路,但目前己实现的装置中均采用电压源逆变电路结构。

2　有源滤波器的实现

当有源滤波器通电后,首先通过预充电对直流母线的电容器进行充电,充电过程在几秒内,以防止对电容的瞬间冲击。当直流母线电压达到预设电压时,预充电电路断开。作为储能元件的电容器通过IGBT逆变器向外输出补偿电流。有源滤波器通过外界的一组电路互感器把采集的负载电流信号送至控制板,通过软件计算可以把基波和谐波分离,将要补偿的数值发送到驱动电路,触发IGBT逆变器将补偿谐波电流注入到电网中,达到消除谐波、补偿功率因数的目的。

3　系统控制方法

由SVG的工作原理可知,由无功电流(或者无功功率)参考值调节SVG,控制SVG发出无功的性质和大小,就可以补偿负载所需的无功,目前主要方法是电流的直接控制,即采用跟踪型PWM控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制,直接指令电流的发生。以SVG装置的向量图(以吸收滞后电流)为例,由电网电压Us、变流器交流测基波电压Ug和连接电抗压降UL构成的三角关系,可最终推导出稳态时SVG从电网吸收的无功电流和有功电流有效值分别为

(1)

(2)

当SVG吸收超前无功电流时,其稳态仍满足式(1)和式(2),电压相角δ和IQ均为负。当系统进入稳态时,δ绝对值的变化范围很小,sin2δ近似为2δ,所以δ与IQ成正比。当SVG吸收超前无功电流时,也可以得出类似关系式。

因此在δ角绝对值不太大的情况下,IQ与δ接近线性正比关系。故可以利用这些对应关系，采用直接或间接电流控制方法来控制SVG。其中，直接控制采用滞环比较或三角波比较。文献[3]介绍了滞环比较方法得到的控制脉冲,其原理比较简单,且控制性能与滞环的选取有关。

4　试验验证

谐波补偿试验装置ECOsine 设备投入某机械加工车间总配电室母线,而该车间配电系统其他补偿装置退出,采用YOKOGOWA WT500电力监控仪表对SVG补偿效果分析。

投入补偿前电网谐波数据如图2所示。

图2　投入补偿前电网谐波数据

投入补偿后电网谐波数据如图3所示。

图3　投入补偿后电网谐波数据

对比图2、图3可见,机械加工类车间设备工作时电流畸变极大,谐波含量很大。试验补偿设备电流仅120 A,不能消除所有谐波,故设备设置参数重点针对高次谐波。补偿设备投入系统运行后,基波含量基本恒定,高次谐波大幅减少,电流有效值明显降低(约15%),功率因数提高明显。

5　结　语

有源谐波抑制装置可实现动态抑制谐波,对电力系统无功补偿效果明显,同时减少高次谐波含量,对于提高电能品质、节能降耗、降低电力基础设施投资等方面都有着较大意义。未来有源滤波技术作为改善电能品质的关键技术,将得到进一步的发展。

[1]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2]牛培峰,李海鹏,周全.SVG技术展望[J].电气应用,2005,24(10):1-8.

[3]孙树勤.无功补偿的矢量控制[M].北京:中国电力出版社,1998.

Verification of Low Voltage Harmonic Suppression Device

SUN Jian

(Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024)

This paper introduced the working principle of low voltage harmonic suppression device,and analyzed the realization of active filter and system control method.The experiment was designed to verify the active harmonic suppression device.The experimental results show that the active harmonic suppression device realizes the dynamic harmonic suppression and reactive compensation.It has an important significance for improvements of power quality,energy saving and consumption reducing,and decrease of power infrastructure investment.

low voltage harmonic suppression device; static var generator(SVG); reactive compensation; indirect current control