[01831342]大型企业配电网高次谐波治理方案的设计与运行

1. 总体目标 利用有源滤波对企业乃至电网进行电能质量治理是必然趋势,特别在补偿谐波、无功功率方面。本项目以天津钢管公司的配电网系统为对象进行研究,提出一种适合现场实际的有源电力滤波器（10kV）配置方案,达到如下总体目标： （1） 在双闭环控制理论应用较成熟的基础上,设计一种适合天津钢管公司的控制模型,使控制系统具有较高的可靠性; （2） 采用的检测技术可以准确、迅速的监测系统谐波与无功电流; （3） 给出有源电力滤波器对系统稳定性影响的详细、明确的结论; （4） 给出有源电力滤波器容量配置、地点选择等参数准则,并给出与原有继电保护装置的整定原则; 2. 研究内容 有源电力滤波器（APF）作为电力电子技术在电力系统中的典型应用,装置的每一个组成部分都将可以采用不同方案,如何选用最合理的方案,达到更优的效果。本项目计划通过深入、系统的分析,得出具体、详细的应用方案。具体研究内容如下： （1） 装置方面 ① 主电路结构的研究 目前,有源电力滤波器主电路主要采用PWM变流器的形式,当采用单个变流器不能满足系统容量要求时,可以采用多重化或多电平的主电路结构形式,还可以采用与 LC滤波器混合使用的方式。本项目拟采用后者。 与LC无源滤波器混合使用的并联型APF具有安装、维护简单的优点,可以直接在已有的无源滤波器上进行改造。为了减小有源电力滤波器的容量,可针对非线性负荷的主要谐波分量分别设计相应次数的无源滤波器;而有源电力滤波器仅用来改善无源滤波器的滤波效果和抑制可能发生的谐振。这种方式中,有源电力滤波器不承受交流电源的基波电压和几波电流,因此装置容量极大减少,从而极大地减小了有源电力滤波器的容量,降低有源谐波补偿系统的投资,提高性能价格比,达到APF 实用化及谐波抑制的目的。 ② 有源电力滤波器通用数学模型的研究 建立适用于现场的通用有源电力滤波器的数学模型和含有源电力滤波装置电网的仿真系统,研究有源电力滤波器的内部动态特性和它们与电力系统相互作用的机理、动态响应的特性,为APF主要参数设定及其它研究提供理论依据。 ③ 有源电力滤波器检测技术的研究及仿真 谐波检测是谐波问题中的一个重要分支,对谐波抑制有着重要的指导作用。准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流、电压,是众多国内外学者致力研究的目标。目前谐波的检测算法主要有：基于Fryze时域分析的有功电流分离法,基于频域分析的FFT法,基于Akgi瞬时无功功率理论的检测法等。其中基于瞬时无功功率理论的检测方法具有明显的优越性,在本项目检测环节拟采用此方法。 ④ 有源电力滤波器控制技术的研究及仿真 控制策略是APF技术的核心问题,其控制包括对直流侧电容电压的控制和对输出电流的跟踪控制。对直流侧电容电压的控制,现有的APF主要基于电压型逆变器,其直流侧电容电压的稳定性直接决定着补偿性能的好坏。通常都采用PI控制策略;在输出电流跟踪控制方式中,输出电流跟踪控制环节对于整个系统的性能有着至关重要的影响,直接决定了谐波补偿性能的好坏,此控制环节要求既要具有较快的动态响应速度,又要具有较好的稳态精度。本项目拟采用双闭环控制技术对APF加以控制。 ⑤ 有源电力滤波器对电气系统的稳定性影响 对电力系统动态条件下APF的稳定性研究,必须在充分理解含APF的电力系统动态特性的基础上,研究在电力系统的各类动态条件下APF内部复杂的非线性电磁场问题。如何使有源电力滤波器适应电力系统动态条件的要求,保证安全、稳定的工作并与原系统良好的兼容,是电力系统引入APF的先决条件之一,也是重点研究的问题之一。 由于各种分析和结论都是建立在理想状态上,对原有继电保护装置等各种开关、检测、控制设备都作了近似化处理,忽略了非线性因素和参数变化的影响。在大系统中,这些问题是不能回避的,需要进行系统分析。对装设APF的电气系统,应给出继电保护设备参数整定的规范原则,使有源电力滤波器与继电保护设备之间的动作配合适当,保证继电保护正确动作。 3. 创新点 本项目针对天津钢管公司配电网发生的谐波污染状况,在提出一种适合现场实际的有源电力滤波器（10kV）配置方案中,体现出如下特点： （1） 建立适用于天津钢管公司配电网的高电压、大容量有源电力滤波器数学模型 通过对APF内部动态特性和它们与电气系统相互作用的机理、动态响应等特点的研究,针对天津钢管公司配电网的特点,提出适用于现场的APF数学模型,为较好的解决企业电能质量的难题提供理论依据。 （2） 提出一种有源电力滤波器的新型控制技术 有源电力滤波器要求在毫秒级时间内动作,现有的PID控制策略在响应时间上有些劣势,不适用冲击负荷、非线性负荷多的企业,本项目将在原有线性PID控制基础上,发展新的控制技术,大幅度提高APF的动态特性,以满足现场对电能质量的要求。 （3） 分析有源电力滤波器对大型电气系统的稳定性影响。