冶金企业配电网有源电力滤波器的应用研究

【摘要】：近年来,随着越来越多的非线性负载接入电网,电力系统谐波污染日趋严重,谐波泛滥严重影响着冶金企业配电网的安全、经济和稳定运行。随着国家节能减排的战略措施不断深入,冶金企业配电网谐波治理已成为实现绿色能源消费的重要组成部分。本文以国内某大型钢铁冶金企业配电网的电能质量问题为研究对象,重点分析其存在的谐波超标问题及应对及解决方案,为此从企业配电网谐波域建模、谐波检测环节的优化设计及有源滤波器的电流控制方法等多个层面进行了深入研究。(1)通过阐述配电网谐波产生的原理和危害,说明了有源滤波装置研究的背景及意义。对配电网谐波抑制方法和研究现状进行了综述,分别总结了配电网高压系统和低压系统的谐波抑制技术和研究现状。对目前谐波抑制常用的有源滤波器的结构、接入方式及研究现状进行了详细论述。重点总结了影响有源滤波装置谐波补偿性能的两个重要因素及谐波检测算法和电流控制方法。(2)谐波治理装置参数设计与补偿性能与配电网拓扑结构及负载特性密切相关。为此以国内某钢铁冶金企业为例,对其供电系统和负载类型及其谐波特性进行了详细分析,得到了表征谐波含量和频次的解析表达式。通过建模仿真和现场数据实测进一步研究了冶金现场的主要电能质量问题,详细分析了冶金企业配电网的特征次谐波电流超标问题,并以谐波补偿为重点,有针对性地提出了有源电力滤波解决方案。(3)有源滤波器的谐波电流检测环节直接影响整个系统的响应速度和谐波治理效果。对比了瞬时无功谐波电流检测方法和傅里叶谐波电流检测方法的优缺点,并提出了适用于冶金现场工程应用的优化谐波检测优化方法,对谐波检测中的低通滤波器环节进行了改进设计。仿真结果表明优化后的谐波电流检测方法,能有效提高谐波检测环节的动态响应和稳态精度,为存源滤波器提供准确可可靠的指令信号,增强了有源电力滤波器在冶金企业配电网谐波补偿时的实用性。(4)针对冶金企业谐波电流变化快的特性,提出了基于单同步旋转坐标系下有源电力滤波器的谐波电流快速重复控制方法。建立了有源滤波器在同步旋转坐标系下的s域模型,分析了 T1/6延时重复控制策略在有源电力滤波器谐波电流控制上的可行性。在传统的比例积分控制策略的基础上嵌入快速重复控制得到快速复合谐波电流控制策略,进一步对谐波电流快速重复控制的稳定性进行了分析。通过理论分析和仿真实验表明,所提快速重复控制方法可显著提高特征次谐波电流的补偿精度,且能实时地适应负载的变化,具有良好的动态性能。