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智能配电网中三相APF-STATCOM谐波、不平衡负载及无功电流复合控
来源:山东民生电气设备有限公司   发布时间:2014-07-09

    基于电能质量复合控制思想,针对智能配电网中谐波电流、负载不平衡、功率因数较低问题,给出一种谐波、负序及无功电流复合补偿策略,并给出关键参数设计方法。相关APF-STATCOM仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了复合控制思想及补偿策略正确性及可行性。
近年来,出于节能环保的考虑,配电网终端供电系统中电力电子变换装置应用越来越广泛,如照明、办公、空调、电梯等相关供电系统,但这类非线性电能变换装置在改善用户端电能质量同时,往往诱发配电网侧谐波及无功电流问题,线损、中线及变压器过热、电表计量不准,甚至保护误动作等现象时有发生。传统无源滤波及投切电容器补偿尽管能够解决上述问题,且成本较低,但无法实时连续调节,存在过补偿、无功倒送甚至诱发配电网谐振可能性[1-3]。
为保障智能配电网终端用户高品质定制电力供应,随着瞬时功率理论及电力电子器件的发展,取代无源滤波及电容器无功补偿装置,其主电路拓扑结构及设计、谐波电流检测、补偿方法、控制及调制策略,以及启动特性均是业界研究及工业应用的持续热点话题[2-6]。
由于如今智能配电网中电能质量问题已经不再是一个单一的问题,而是一个非常复杂的系统问题。如图1所示,某公用设施配电系统中同时存在谐波电流、负载不平衡及功率因数较低等问题。电能质量复合控制技术逐渐被学术界及工业界提上研究日程[7-8]。
实际配电网电能质量问题
           图1 实际配电网电能质量问题
Fig. 1 Power quality issue in a real distributed grid
本文研究了智能配电网环境下,同时面对时变谐波电流、不平衡负载及无功问题,给出一种谐波、负序和无功电流复合补偿策略,及其关键参数设计方法。相关仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了该控制策略的正确性及可行性。
APF-STATCOM电路结构及工作机理

图2  并联APF-STATCOM框图
Fig. 2 An APF-STATCOM diagram
       如图2所示,该并联APF-STATCOM采用两电平三相四桥臂电压源逆变器拓扑,其中前三桥臂实现谐波及无功补偿,第四桥臂独立用于控制中线电流。这是由于三相四线制系统中,当负载不平衡时,中线往往流过较大零序电流,其不同于三相三线制系统。因此,增加与前三桥臂解耦控制的第四桥臂提供零序电流通路。此时APF-STATCOM产生一个与负载电流iL,abc中谐波、基波负序和零序分量之和相反的补偿电流iC,abc,使得电源电流iS,abc仅提供负载电流基波正序分量,确保源输出对称三相电流并提高功率因数。
其中中线电流分离检测、锁相环、谐波电流检测、直流电压控制、电流控制及PWM调制是实现高性能APF-STATCOM的关键。锁相环、直流电压控制等与三相三线制系统相同,在此不作详细介绍。

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