智能型混合滤波补偿装置

2020-01-07赵建伟

山西电力 2019年6期

赵建伟

（山西华兴铝业有限公司，山西吕梁 033600）

0 引言

随着经济社会的发展，商务贸易中心、医院、办公大厦、生活广场、高层民用住宅、数据交换中心、金融中心、通信系统等场所对电能质量的要求更为突出、更为苛刻，因为这些场所电能质量突出显示为谐波含量相对大且电压、电流畸变率较高，功率因数较低，并且所需的补偿容量不是很大，对空间有苛刻的要求。而电力资源浪费主要体现在电压波动和线路损耗上。因此，需要一种混合型、智能化程度高、占据空间小的补偿滤波装置对其电能质量进行优化。智能型混合滤波补偿装置主要是针对这些工况推出的。

1 智能型混合滤波补偿装置的组成

智能型混合滤波补偿装置主要是由两部分组成，一是低压电容器与电抗器串联组成RLC 低频通道，对系统进行无功补偿，同时根据串抗率的不同来抑制系统中特征次谐波流入，对电容器起到保护作用，对系统进行长期的无功功率的补偿；二是有源滤波器或有源无功发生装置，它可以滤除系统中2～50 次谐波，同时可以进行快速无功补偿，达到无功功率无级可调的效果。这两者以模块的形式进行组合，形成一个统一的整体，通过一种统一的控制方式对其进行控制，通过采样、计算、分离、控制、输出对系统同时进行无功补偿以及谐波的滤除，两种统一控制输出，不会产生谐振，相互之间不会产生干扰，这也是目前在低压补偿中唯一能避免补偿与有源滤波器之间造成干扰的一种新方式。

2 智能型混合滤波补偿装置控制原理

2.1 谐波及无功信号的提取和分离

如何及时准确地获取电网谐波信号是本项目设计的重点。目前获得谐波信号的方法很多，一种方法是对负载信号进行高通滤波，获得谐波信号；另一种方法是进行低通滤波，获得基波信号再与负载电流信号相减。我们采用的主流理论依据是SPF 方法，即对负载信号经过DQ 变换获得有功和无功信号，经过低通滤波后获得基波，再用基波与DQ 变换信号相减，从而获得所需要的谐波信号。其主要是利用傅里叶级数对谐波进行分离计算，计算每次谐波的谐波电压与谐波电流的分量，将分离出来的谐波电流以及电压传输到控制部分，对其进行控制输出；同时采用瞬时无功功率的计算法，计算出每一时刻的无功功率，将此传输给主控单元进行分析控制输出，这两者是经过外部采样CT 将采集到的信号传输过来，是同步进行分析，互不干扰，分析响应速度＜1 ms。

2.2 闭环控制模型的建立

智能型混合滤波补偿装置以并联方式接入电网时，对用户的供电线路改动较小，装置如果出现问题时，可以及时退出供电系统，不会影响用户供电，并且采用模块化集成，其中任意一个模块出现问题都不会影响整个设备的运行。智能型混合滤波补偿装置采用电压源型的结构，主要是采用大容量直流电容作为储能元件以降低成本，减小体积。其主要控制目标是谐波电流与无功功率，同时考虑到直流总线电压对输出电流有较大影响，因此将直流总线电压的稳定性也作为控制目标之一，形成电压电流双环控制模型。具体原理见图1。

图1 双闭环控制原理框图

2.3 全数字控制策略的实施

选用全数字DSP 芯片作为信号采集处理以及闭环控制的核心处理单元，其处理速度达到100 MHz，采用先进的软件实现了全数字化的数据采集、信号变换、谐波信号的提取和分离、双闭环控制等过程，采用统一的主控集成电路板，同时控制谐波电流的输出以及无功功率的输出。滤波补偿控制系统包括直流电容电压的稳定控制和参考电流的跟踪控制两个部分[1]。

2.4 采用电压空间矢量脉宽调制产生控制脉冲

实现全数字控制为采用电压空间矢量脉宽调制SVPWM（space vector pulse width modulation）提供了条件。SVPWM 具有直流电压利用率高、谐波小、易于微处理器实现的优点，是目前脉宽调制PWM（pulse width modulation）设备广泛应用的调制方式[2]。

3 智能型混合滤波补偿装置应用工况

3.1 模块化构件

全面使用模块化结构，组成补偿模块及滤波模块，可以进行容量的增减，同时也可以及时更换出现问题的模块，保证设备的稳定运行。它适用于现场负荷变化较大的工况，可以根据现场负荷的变化进行模块的组合，组合后只需进行相应的数据更改。

3.2 适用范围宽

智能型混合滤波补偿装置可以适用于任何一种工况，尤其针对容量不大且产生谐波设备比较多、无功变化比较大的系统，如中频炉、电石炉、汽车焊接工艺、飞机场等。

4 工程应用实例验证

某一商业中心供电系统中有1 台1 600 kVA 的10/0.4 kV 变压器，主要负载为商业办公设备、空调系统以及一些动力供电系统，经对此供电系统进行电能质量检测，发现其电能质量很差。为了改善其电能质量状况对其进行治理，使用的就是智能混合滤波补偿装置（ZMAF-420+100/380，2 套）。治理前后的对比见图2。

由以上对比可以得出，在治理后谐波的滤除效果以及功率因数的补偿效果都很明显。