中高压电能质量治理装置SVG的技术材料.doc

目的和意义 谐波和无功是关系电网质量的两个重要指标，两者的存在对电网或相关设备产生严重的影响和危害。同时经济的快速发展导致电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置带来的谐波和无功问题日益严重。无功电流占用大量的供配电设备容量，，使电力设备得不到充分利用同时增加了线路输送电流，因而增加了馈电线路损耗。造成对直接与交流电源相连的电动机的转速不稳定，时而加速时而制动，由此可能影响产品质量，严重时危及设备本身安全运行。例如，对于造纸业、丝制业和精加工机床制品等行业，如果在生产运行时发生电压波动甚至会使产品报废等。对电压波动较敏感的工艺过程或试验结果产生不良影响。例如，使光电比色仪工作不正常，使化验结果出差错。导致电子仪器和设备、计算机系统、自动控制生产线以及办公自动化设备等工作不正常，或受到损坏。导致以电压相位角为控制指令的系统控制功能紊乱，致使电力电子换流器换相失败等。谐波和无功不仅增加了用户的用电成本，造成电能浪费，而且易于导致一些电力设备和敏感装置的损坏及误动作，同时引起的各种难以确认和回溯的故障和事故，还使得电力计量和各种测量设备严重偏差，其危害的严重性引起了各国专家和学者的高度重视。解决上述问题的有源电力滤波器在西方工业发达国家己得到了高度重视。特别是80年代以来，随着电力电子技术以及PWM控制技术的发展，有源电力滤波器已从研究阶段逐步走向实用并成为改善电能质量的主要电气设备。我国对有源电力滤波器的研究起步较晚，实际应用研究较少，与国外相比有较大差距，这与我国目前谐波和无功污染日益严重的状况很不相符。随着我国电能质量治理工作的深入开展和对问题重视程度的不断提高，研究和应用已经成为重要的方向，具有巨大的社会意义和市场潜力。 目前装置技术上在如何提高补偿容量，降低成本和损耗，进一步改善补偿性能，实现多功能化、装置小型化等实际应用问题都有待进一步研究解决。本项目的目标是研制系列化新型、高效装置，在以下几方面达到国内领先水平：系列化、补偿容量、补偿效果、响应时间、节能效果及自身能耗、高可靠性、高性价比，其中系列化和补偿容量两个指标达到世界领先。 本项目主要研制高效装置具有效果好、响应快、补偿容量大、节能效果显著及自身能耗低、可靠性高、性价比高等特点，投运后将大大降低谐波和无功对用电设备和发电、输变电设备的危害，提高电网及电力系统的可靠性、安全性，减少电能损耗，该项目的实施对大功率电力电子器件的应用、数字处理芯片应用、自动控制技术、测量技术、电磁兼容设计、新型非晶电抗器的设计制造等方面的技术进步将起到巨大的促进作用。 装置采用新型装置具有更佳的总体补偿效果、更快的动态响应速度、更大的扩展容量等优势，从集中补偿电解铝等大型用电负荷的应用看，与国外同类产品相比本产品技术水平已处于世界领先。(1)动态电压稳定装置的工作原理 图1器电路结构 () 拓扑结构设计 为降低电力电子器件的耐压等级，目前最常用的方法就是通过H桥链式技术或变压技术接入电网降低装置的承受电压，H桥链式技术的主要缺点是损耗较大，每只IGBT管未能得到充分利用，变压器方式则体积庞大，而且对材料具有一定的要求，普通硅钢材料损耗也比较大。本项目采用多电平技术，控制上采用独特的算法，具有低损耗，高效率，高可靠性等优势。 (3) 多目标设计原理 从两个方面来考虑： (i) 电网平衡，即电力系统为三相平衡的电压源，而负荷为非线性的谐波源，即负荷为非线性负荷导致其输出的电流为含有各次谐波，同时会导致感性无功电流的产生，以致系统功率因数降低。 以单相来表示，设电网电压为 (1) 负荷瞬时电流为： (2) 系统向负荷提供的功率分为几部分：有功功率，无功功率和畸变功率，其中有功功率中包括由于阻抗存在导致的谐波电压和谐波电流产生的谐波有功功率。 负荷瞬时功率为： (3) 电源输出功率为： (4) 谐波和电压稳定器输出功率为： (5) (6) 无功功率一个周期内的积分为： (7) 损耗功率一个周期内的积分为： (8) 经器补偿后，电源只向负荷输出有功功率和器的损耗功率。负荷需要的无功功率谐波电压稳定器。 (9) (ii) 电网不平衡，即电力系统为具有一定不平衡度的三相不平衡的电压源，甚至由于电网其他负荷的影响，其本身含有一定量的谐波成分。而负荷仍为非线性的谐波源，即负荷为非线性负荷导致其输出的电流为含有各次谐波，同时会导致感性无功