兼具谐波抑制功能的静止无功发生器的研究

近年来随着我国电力系统行业稳步快速发展和微电网等新能源的并网应用,各种电力电子设备被大量应用到电力系统中,在电网侧势必会产生大量的谐波。在负载方面则存在大量无功负载以及各种变流设备,会产生大量无功功率,同时也会产生大量谐波,而无功和谐波使得电网供电质量受到严重影响。

谐波抑制问题和无功功率问题一直是电力系统与电力电子技术领域的重大课题。目前电能质量治理装置主要有静止无功补偿器、有源电力滤波器、静止无功补偿器等,但是由于这些装置造价不菲,静止无功发生器在使用中出现容量冗余等问题,所以为了降低成本,提高容量利用率,方便维护,可以考虑改造静止无功发生器使其兼顾谐波抑制功能,所以本文研究重点即是兼顾谐波抑制功能的静止无功发生器的研究。

本文通过研究无功补偿装置的国内外的研究状况、发展方向以及和有源滤波器在硬件拓扑和控制方面的特点。提出了静止无功发生器可以实现谐波抑制的功能,静止无功发生器实现谐波抑制的关键是能检测出负载的谐波电流,针对传统的基于瞬时无功功率电流检测法只能使用于三相三线制的局限性,采用了基于瞬时无功功率的i_p-i _q无功电流检测法对无功电流和谐波电流进行检测。

当静止无功发生器兼顾谐波抑制功能时,其输出电流中不仅含有无功分量还含有谐波分量,由于滞环比较和三角波比较法电流波形中会存在谐波成份比较大的情况,本文采用目前使用较为普遍的谐波电流较少的电压空间矢量控制,然后利用空间矢量变换的方式来处理提取的电流信号,通过计算空间位置来确定占空比的时间,从而合成指令电流。为了提高控制精度,利用了无差拍和电压空间矢量相结合的方式,达到实时且准确的进行无功补偿和谐波电流抑制的目的。

由于在此之前,我们需要先预测补偿电流,选择精度更高的以重复观测法为基础的预测方法进行补偿电流的预测,从而将所得到的预测电流进行转化,以得到电压信号,然后用电压空间矢量控制产生SVG需要的脉冲,使SVG生成相应的补偿量对电网进行补偿。在理论分析和计算的基础上,通过MATLAB仿真软件对无功和谐波的单独补偿和共同补偿等三种情况进行仿真验证,说明静止无功发生器的多功能化是可行的,无差拍空间矢量控制能够快速精准的进行无功和谐波补偿。

最后利用基于逆变器的实验平台,对所建立的模型进行了验证,通过所得的结果验证了了所提方案的可靠性。