（电气工程专业论文）综合型电能质量调节装置的理论与技术研究.pdf

综合型l u 能质基调节装胃的理论j 技术研究 摘要 无功补偿与谐波抑制是目前电网面临的主要问题，本文在分析混合型有源电 力滤波器h a p f 无功功率补偿和谐波电流抑制的基础上，提出了将静止无功补偿 器s v c 与h a p f 合二为一的无功与谐波综合补偿的电能质量调节装置，命名为并 联型电能质量综合补偿器( s p q c c ) 。该装置具有s v c 和h a p f 的优点并摈弃了 各自的缺点，在配电网中能有效的解决电压波动与闪变、三相不平衡补偿、谐波 电流抑制等电能质量问题。论文对改善配电网电能质量时并联型电能质量综合补 偿器s p q c c 的拓扑结构及其模型、电压控制策略、不平衡补偿控制、谐波及无 功电流检测、系统稳定性及电流跟踪控制等理论和关键技术进行了系统深入地研 究。 本文首先分析了h a p f 的结构，提出了两种类型的并联型电能质量综合补偿 器s p o c c 的拓扑结构，简述了其工作原理，构建和分析了它们的统一模型。以 晶闸管控制电抗器t c r 和谐振阻抗型混合有源滤波器r i t h a f 组成的s p q c c 为 例，详细分析了其模型并给出了复合控制策略，其中r i t h a f 的无源滤波器组分 成两个部分，一部分为固定连接的二阶高通滤波器和一个2 次单调谐滤波器，另 一部分是可投切的3 次、5 次单调谐滤波器构成的投切电容器组t s c 。s p q c c 不 但可以实现无功功率容性与感性范围的连续调节和谐波治理，而且克服了有源滤 波器只能发出固定无功和t c r 工作时引起电网电流畸变的缺点，具有较大容量的 无功功率补偿和谐波电流抑制的优点，且所需a p f 容量也较小。针对其模型进行 的仿真表明s p q c c 能对电网电压的波动和电网谐波电流进行补偿，也可以对负 载电流中的无功分量和谐波分量进行补偿，在配电网中具有较大的应用空间。 其次，针对传统p l 控制器的结构简单易于实现但难以适应负荷变化的情况， 以及静止无功补偿系统不易建立精确数学模型的难点，在系统电压稳定控制时， 提出了优化递推积分p i 控制算法，将递推积分p i 算法应用于静止无功补偿器中， 并对p i 控制器的比例、积分参数进行单纯形加速算法( s p x ) 优化，提出了以i t a e 准则作为寻优目标函数的改进的单纯形加速算法对p i 控制器的参数k p 、k i 进行 实时调整、寻优，使得其比例、积分参数能够实时调整，这样便可以适应负荷的 变化等情况，使s v c 的响应过程达到最优，能快速、无超调的跟踪系统的电压设 定值，从而保证s p q c c 的总体性能。对于不平衡负荷平衡化补偿技术中补偿电 纳计算误差受电网电压、电流畸变影响较大的特点，提出了基于虚拟对称三相系 统的同步参考旋转坐标变换的补偿电纳计算方法，利用电网电压中的一相电压构 造虚拟的对称三相系统，用虚拟对称三相系统的合成电压矢量作为旋转坐标系的 i i d 轴，便能实现旋转坐标系的d 轴近似等效实际的电网电压基波正序分量的合成 矢量，由此可以准确计算所需的补偿电纳，该方法计算简单，基于该法的静止无 功补偿器不需要硬件锁相环，能够快速、准确的补偿负荷的无功功率。 考虑到s p o c c 对谐波指令电流要求较高且不能包含有基波成分的原因，在 分析其他的谐波及无功电流检测方法的基础上，本文还提出了一种基于自适应噪 声对消技术的改进的自适应谐波检测方法，并利用动力系统的均值理论证明了该 方法的稳定性，此法克服了传统自适应谐波检测方法的局限性，不仅能够检测电 流谐波，而且能够有效地提取电流的畸变量，通过学习率因子的选择，提高了该 方法的瞬态响应速度，具有较好的跟踪性能，可用于时变谐波的跟踪检测。仿真 结果表明该方法比以往的自适应谐波检测法能更迅速的进行谐波的同步检测和基 波的同步提取，满足电力系统对谐波电流和谐波电压检测的要求。 文章最后，详细分析了s p q c c 逆变器输出电流与指令电流之间存在相位滞 后的原因，推导出了广义阻抗，提出了广义滞后的概念和分频预估补偿的思路， 并对系统的稳定性进行了分析，给出了其稳定的充要条件。为消除广义滞后对 s p o c c 带来的不利影响，利用逆变器输出电流与负载及其t c r 谐波电流极性相 反等同于相位滞后万的原理，构造了一种新型刀目标s m i t h 预估器进行滞后补偿。 结合广义积分器良好的分频与选频性能，提出了基于广义滞后分频预估补偿的电 流广义积分控制方法，进行了p s i m 仿真验证，并对所采取的方法的稳态无差特 性进行了分析。 在上述相关理论和技术的指导下实验室成功研制出了+ 1 2 0 k v a r 1 0 0 k v a r 的s p q c c 实验装置，并在实验样机上进行了大量的实验，实验结果与仿真结果 相吻合，验证了上述理论和技术是正确而有效的。 关键词：电能质量；并联型电能质量综合补偿器( s p q c c ) ；电压控制；谐波及 无功电流检测；电流跟踪控制；谐波电流抑制 综合型i u 能赝硅渊节装胃的理论j 找术l i j 究 a b s t r a c t r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na n dh a m o n i cc u r r e n t se i i m i n a t i o na r et h et w 0 i m p o i l t a n tp r o b l e m st ot h ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，b a s e do na n a l y s i so ft h eh y b r i d a c t i v ep o w e ff i l t e r ( h a p f ) f o rr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na n dh a 加o n i cc u l l r e n t s 叭p p r e s s i o n ，ac o m p r e h e n s i v ep o w e rq u a l i t yc o n t r o l l c rf o rp o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m c o m b i n e dw i t hs t a t i c1 v 打c o m p e n s a t o r ( s v c ) a n dh a p fi sp r o p o s e di nt h i sp a p e r n a m e ds h u n tp o w e rq u a l i t yc o m b i n e dc o m p e n s a t o r ( s p q c c ) t h es y s t 锄m e n t i o n e d h a sm e r i t so fs v c 肌dh a p f w h i c ho v e r c o m e st h es h o r t c o m i n g so ft h es v co ra p f o p e r a t i o nr e s p e c t i v e l y ，i tn o to n l yc 肌i m p r 0 v et h ev o l t a g en u c t l l a t i o na n df l i c k e r b u t a l s oc 肌e l i m i n a t et h en e g a t i v ec u r r e n t s 撕s i n gf r o mu n b a l a n c e dl o a da n dt h e h a 肌o n i cc u r r e n t sg e n e r a t e db yn o n l i n e a rl o a d 觚ds v c ，s oc 觚i m p r o v et h ep o w e r q u a l i t yo ft h ep o w e rs y s t e m t h et o p o l o g ys t r u c t u r ea n dm o d e lo fs p q c c ，t h es c h e m e o fv o l t a g ec o n t r o l ，t h et e c h n o l o g yo fu n b a l a n c ec o m p e n s a t i o n ，t h ed e t e c t i o no f h a m o n i c sa n dr e a c t i v ec u r r e n t ，t h es t a b i l i t yo ft h es y s t e mm e n t i o n e di nt h ep a p e ra n d t h et e c h n o l o g yo fc u r r e n tt r a c i n gc o n t r o la r ed e s c 订b e di nd e t a i l f i r s t l y ；t w ot y p e so ft o p o l o g ys t r u c t u r eo fs p q c ca r ep r o p o s e db a s e do na n a l y s i s o ft h es t m c t u r eo fh a p f ，t h e i ro p e r a t i o np r i n c i p l ea r ei n t r o d u c e d ，a n dt h eg e n e r a l m o d e lo ft h es p q c ca r ec o n s t l l l c t e da n d a n a l y z e di nt h i sp a p e r t h e nt a k ea ne x a m p l e o fs p q c c ，w h i c hc o m p o s e do ft h y r i s t o rc o n t r o l l e dr e a c t o r s ( t c r ) a n dr e s o n a n t i m p e d a n c e1 eh y b r i da c t i v ef i l t e r ( r i t h a f ) ，a l s ot h em o d e lo ft h es y s t e mi s a n a l y z e di nd e t a i la n dt h ec o m p l e xc o n t r o ls c h e m ei sp r o p o s e d i nw h i c ht h ep a s s i v e f i l t e r so ft h er i t h a fi sd i v i d e dt ot w op a r t s ，o n ei st h ef i x e dc 印a c i t o r sc o m p o s e do f 2o r d e rh a m o n i c s6 l t e ra n dt h eh i g ho r d e rf i l t e r t b eo t h e ri sc o n l p o s e do f3 ，5o r d e r f i l t e fs e r i e st h y r i s t o rr e s p e c t i v e ly t h er e a c t i v ep o w e ro fs p q c cc a nb ec o n t r o l l e d f r o mi n d u c t i v et oc a p a c i t i v es m o o t h l y ，b u ta l s ot h es h o r r t c o m i n g so ft h es u p p l yo ft h e 6 x e dc a p a c i t i v er e a c t i v ep o w e ro ft h eh a p fa n dt h eh a 邶o n i cc u r r e n t sc o m i n gf r o m t h et c ra r ea v o i d e d ，a n dt h ev ao ft h ea p fi sr e d u c e dg r e a t l y s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tt h es p q c cn o to n l yc o m p e n s a t et h ev o l t a g ef l u c t u a t i o na n dt h eh a 姗o n i c c u r r e n t so ft h ep o w e rs y s t e m ，b u ta l s oc a nc o m p e n s a t et h er e a c t i v ec o m p o n e n t sa n d h a n n o n i c so ft h el o a d ，a n dh a saw i d eu s ei nt h ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s e c o n d l y ；c o n s i d e r i n go fe a s yr e a “z a t i o n b u td e p e n d e n c eo nt h ea c c u r a t e m a t h e m a t i c a lm o d e la n dd i f ：f i c u l tt of i tt ot h ev a r i a t i o no ft h e1 0 a di nt r a d i t i o n a lp i i v 博f ：孝f t 论义 c o n t r o l l e ru s e di nt h es v c ，t h eo p t i m a lr e c u r s i v ei n t e g r a lm e t h o dw a sm e n t i o n e d w h e nm a i n t a i nt h ev o l t a g es t a b i l i t yo ft h ep o w e rs y s t e m ，a n dt h er e c u r s i v ei n t e g r a lp i m e t h o dw a su s e di ns v c t h er e c u r s i v ei n t e 黟a lp ic o n t r o lm e t h o db a s e do ni m p r o v e d s i m p l e xm e t h o d ( s p x ) o p t i m i z a t i o n ，t h ea l g o r i t h mu s i n gi t a eo fo p t i m i z e do b j e c t 如n c t i o ni sp r e s e n t e dt oa d j u s t 锄do p t i m i z et h ek p 、 k i ，p a r 锄e t e r so fp ic o n t r o l l e r r e a l t i m e ，w h i c hm a k e st r a n s i e n tr e s p o n s ep r o c e d u r eo fs v co p t i m u m ，s oi ti sa b l et o t r a c kv o l t a g es e tv a l u e so fs v cf a s ta n de n s u r et h ep e r f 0 m a n c eo ft h es p q c c a c c o r d i n gt ou n b a l a n c e dl o a dc o m p e n s a t i o n ，i no r d e rt oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n g s o ft h ec o m p e n s a t i o ns u s c e p t a n c ec a l c u l a t i o na f f e c t e db yt h ed i s t o r t i o no ft h ev o l t a g e 觚dc u r r e n to ft h ep o w e rs y s t e m ，an e w t ) ，p eo fc o m p e n s a t i o ns u s c e p t 雏c ec a l c u l a t i o n o fs v cb a s e do nv i r t l l a l s y m m e t c a lm r e ep h a s e s y n c h r o n o u sr e f e r e n c ef r a m e t r a n s f 0 姗i sp r e s e n t e d as i n g l e - p h a s ev o l t a g ei sd 嘶v e d 觚du s e dt of o mt h ev i r t u a l s ”n m e t r i c a lt h r e e p h a s es y s t e m ， s ot h ec o m p e n s a t i o ns u s c e p t a n c ei sc a l c u l a t e d a c c u r a t e l y t h em e t h o do fs u s c e p t a n c ec a l c u l a t i o np r e s e n t e dn e e d ss i m p l ec a l c u l a t i o n ， t h es v cb a s e do nt h em e t h o dp r o p o s e dw i t h o u tp h a s el o c k e dl o o p ( p l l ) o f h a r d w a r ea n dc 锄c o m p e n s a t er e a c t i v ep o w e ra c c u r a t e l y i nc o n s i d e r a t i o 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，t h ei m p r o v e da d a p t i v eo n ei sg o o da tt i m e - v a r y i n gh a m o n i c sd e t e c t i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da p p r o a c hi sf a s t e rt h a nt h ep r e v i o u s a v e r a g eo n ef o rs y n c h r o n o u sd e t e c t i o no fh a 蛐o n i ca n de x t r a c t i o no f 如n d a m e n t a l c o m p o n e n t ，a n ds a t i s 匆t h ep o w e rs y s t e m sn e e d sf o rh a m o n i cc u r r e n to rh a 肌o n i c v o l t a g ed e t e c t i o n a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h ep h a s ed e l a yo fo u t p u tc u r r e n to ft h es p q c c ，t h er e a s o n c a u s i n gt h ep h a s ed e l a yi sa n a l y z e di nd e t a i l ，t h ep h a s ed e l a ym e n t i o n e da b o v ei s c a l l e da sg e n e r a l i z e dd e l a yh e r e ，w h i c hi sv a r i a b l ew i t hd i f 6 e r e n tf r e q u e n cy a tt h e s a m et i m e ，t h ee q u a t i o no ft h eg e n e r a l i z e di m p e d a n c ea n dt h es t a b i l i t yo fn e c e s s a r y a n ds u f 矗c i e n tc o n d i t i o no ft h es y s t e mp r o p o s e da r eg i v e n i no r d e rt oe l i m i n a t et h e e f f e c t so fg e n e r a l i z e dd e l a y ，an o v e l- a i m e ds m i t hp r e d i c t o ri se s t a b l i s h e db a s e do n v 综合型l l l 能质量训节装胃的理沦7 j 披术研究 t h ef i a c tt h a tt h e r ei sad e l a yb e t w e e no u t p u tc u r r e n ta n dl o a da n dt h y r i s t o rc o n t r o l l e d r e a c t o r ( t c r ) h a n n o n i cc u r r e n t ，w h i c ha r en e g a t i v ei np o l a r i t y a p p l y i n gg e n e r a l i z e d i n t e g r a t o r sw i t he x c e l l e n tp e r f b r m a n c e so ff i r e q u e n c yd i v i s i o n ，ag e n e r a l i z e di n t e g r a l c o n t r o lb a s e do np r e d i c t i v ec o m p e n s a t i o na td i f f e r e n tf r e q u e n c yf o rg e n e r a l i z e dd e l a y i sp r o p o s e d t h ef e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h i sc o n t r o lm e t h o di sv e r i f i e db y p s i ms i m u l a t i o n ，a l s on oe r r o rp e r f o m a n c eo fs t a b i l i t yi sa n a l y z e di nt h ep a p e r u n d e rt h e9 1 1 i d a n c eo ft h ea b o v et h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e s ，a + 12 0 k v a 卜1o o k v a r s p q c cp r o t o t y p ei sd e v e l o p e di nt h el a b al a r g e n u n l b e ro fe x p e r i m e n t sa r e i m p l e m e n t e do nt h ee x p e r i m e n t a lp r o t o t y p e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sm a t c hw i t ht h e s i m u l a t i o nr e s u l t s t h ec o r r e c t i o na n de f ! i e c t i v eo ft h et h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e sa r e v e r i f i e db yt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；s h u n tp o w e rq u a l i t yc o m b i n e dc o m p e n s a t o r ；、厂0 l t a g e c o n t r o l ；h a m o n i c sa n dr e a c t i v e c u i r e n t d e t e c t i o n ； c u r r e n tt r a c i n g c o n t r o l ；h a m o n i cc u r r e n t ss u p p r e s s i o n v l 综合型l b 能质量渊耵装置的理论j 技术研究 插图索引 图1 1 并联型a p f + 串联型a p f 的u p q c 1 0 图1 2 两种电流跟踪控制方法原理图1 4 图2 1 串联谐振注入式混合有源电力滤波器1 9 图2 2a p f 和p f 串联后再并联接入电网2 0 图2 3 谐振阻抗型混合有源滤波器2 0 图2 4 电感代替基波谐振电路的混合有源滤波器2 0 图2 5 串联谐振注入式混合有源滤波器与t c r 构成的电能质量综合补偿器2 1 图2 6 变压器副边旁路型混合有源滤波器与t c r 构成的电能质量综合补偿器2 2 图2 7t c r 单相电路2 3 图2 8t c r 中的谐波电流与触发角关系2 4 图2 9t c r 单相等效模型2 5 图2 1 0 并联型电能质量综合补偿器单相等效模型2 5 图2 1 l 并联型电能质量综合补偿调节装置单线示意图2 7 图2 1 2 并联型电能质量综合补偿调节装置单相谐波域等效模型2 8 图2 1 3 并联型电能质量综合补偿调节装置单相基波域等效模型2 9 图2 1 4 并联型电能质量综合补偿调节装置控制框图3l 图2 1 5 仿真电流波形3 2 图3 1 简单的供电线路图3 5 图3 2 负荷和补偿系统等效电路图3 7 图3 3 无s v c 补偿时的矢量图3 8 图3 4 有s v c 补偿时的矢量图3 8 图3 5s v c 电压稳定控制框图3 9 图3 6 单纯形优化递推积分p i 控制器的结构图4 0 图3 7 传统p i 控制器与蚁群算法优化p i 控制器仿真比较4 2 图3 8s v c 系统构成4 3 图3 9s v c 电压稳定控制仿真波形图4 3 图3 1os v c 补偿系统4 4 图3 1 l 基于同步旋转参考坐标法的补偿电纳算法框图4 7 图3 1 2 电压矢量和电流矢量示意图4 7 图3 1 3 电网电压波形和补偿电纳波彤4 9 图3 14 仿真波形5 0 x 图4 1 自适应噪声对消系统5 3 图4 2 自适应陷波滤波器5 4 图4 3 传统的自适应谐波检测原理图5 5 图4 4 改进的自适应谐波检测原理图5 6 图4 5 传统的自适应谐波电流检测方法6 l 图4 6 改进的自适应谐波电流检测方法6 l 图4 7 改进前后所提取的基波电流比较6 1 图4 8 电源电压对称条件下传统自适应仿真波形6 2 图4 9 电源电压对称条件下改进自适应仿真波形6 2 图4 1 0 电源电压不对称畸变下传统自适应仿真波形6 3 图4 1 1 电源电压不对称畸变下改进自适应仿真波形6 3 图4 1 2 均值滤波器的单位阶跃响应6 4 图4 1 3 在改进自适应谐波检测法中采用b u t t e r w o r t h 滤波器串联均值低通滤波器 在基波突变下的基波电流检测结果6 4 图4 1 4 在改进的自适应谐波检测法中采用b u t t e r w 6 n h 滤波器串联均值低通滤波 器在基波突变下的2 次谐波检测结果6 5 图4 1 5 在改进的自适应谐波检测法中采用b u t t e r w o n h 滤波器串联均值低通滤波 器在2 次谐波突变下的2 次谐波检测结果6 5 图5 1s p q c c 在谐波域的单相等效电路6 8 图5 2 滞后对r i t h a f 系统影响的仿真6 9 图5 3 忽略系统阻抗和电网谐波电压的等效电路图7 1 图5 4 系统等效结构图7 2 图5 5r i t h a f 控制系统框图7 5 图5 6 传统s m i t h 预估器滞后补偿控制系统7 5 图5 7 新型万目标s m i t h 预估器滞后补偿控制系统7 6 图5 8 基于广义滞后分频预估补偿的广义积分控制7 7 图5 9 控制量计算一7 7 图5 1 0 基于广义滞后分频预估补偿的广义比例积分控制算法的闭坏控制系统8 0 图5 1 1 并联型高电能质量综合补偿装置结构图8 3 图5 1 2a 相仿真电流波形和频谱8 4 图6 1 实验装置主电路结构图8 7 图6 2 系统电压、电流等级估算等效电路9 1 图6 3s v c 控制器的硬件结构图9 3 图6 4 晶闸管驱动系统结构图9 4 图6 5v s c 逆变器的控制器硬件结构图9 5 x l 综合型t 乜能顾髓洲节狄胃的胛沦j 披术， 图6 6 电压过零捕获电路9 5 图6 7m a x 2 3 2 典型工作电路9 6 图6 8s p o c c 控制系统硬件实物图9 7 图6 9s p q c c 装置系统软件功能模块划分结构图9 8 图6 1 0 电压控制计算模块总体框图l o o 图6 1 l 数据处理模块流程1 0 1 图6 1 2 平衡调节子模块流程图1 0 1 图6 1 3 不平衡调节子模块流程图1 0 2 图6 1 4 触发角计算模块1 0 3 图6 1 5t c r 及其无源部分p f 1 0 5 图6 1 6 基于智能i p m 模块的v s c 电压型逆变器1 0 5 图6 1 7 基于d s p 的v s c 逆变器下位机控制器1 0 5 图6 1 8i p m 模块驱动板原理图1 0 6 图6 1 9s p q c c 补偿前后电网电流和及其t h d 值分布1 0 7 图6 2 0 综合补偿系统投运前后电流波形1 0 8 x l i 博i 学位论文 附表索引 表3 1 根据阻抗z ( q ) 计算出的补偿电纳理论值b ( s ) 5 0 表5 1 闭环特征方程的r o u t h 表7 3 表6 1 动模实验平衡化补偿效果( u l _ 3 8 0 v ，电弧炉感抗1 5 7 q ) 1 0 7 博t 学位论文 1 1 课题的背景及意义 第1 章绪论 电能是现代社会不可或缺的重要能源，在2 1 世纪，电力可持续发展已成为实 现社会经济可持续发展的基础，并在社会经济、能源与环境协调发展中起着重要 的平衡作用。在所有的动力能源中，电能使用最方便，适用范围最广泛。随着电 能在不同领域的深入应用，以及对高效率、高功率密度、高可靠性电能变换的需 求，极大地推动着电能变换技术、理论、电路、材料和工艺的发展。 随着现代科学技术的发展，近年来，配电网及其一些大型用电客户中的整流 器、变频调速装置、电弧炉、轧机、感应加热炉、电气化铁路等负荷不断增加， 这些负荷的非线性、冲击性和不平衡性的用电特性，使得电力网络中的电压、电 流波形发生畸变，或者引起电压波动、闪变，或者导致电网的三相不平衡现象。 此外，系统侧发生的雷击线路、投切电容器组、短路、断路等，也给供电质量造 成严重干扰。另一方面，随着现代工业技术的不断发展和计算机技术、数字信号 处理技术、现代控制理论的广泛应用，用电设备对电能质量更加敏感。不合格的 供电质量将导致成批的不合格产品出现，特别是在重要工业生产过程中，供电的 突然中断将会带来巨大的经济损失。电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管 理水平高低的重要标志，控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展 的必要条件。电能质量问题已不仅仅是电力系统中电压和频率等的基本技术问题， 它已被提升为关系到整个电力系统及设备的安全、稳定、经济、可靠运行，关系 到电气环境工程保护，关系到整个国民经济的总体效益和发展战略的问题。因此， 电能质量控制刻不容缓，电力系统无功功率补偿、有源电力滤波等电能变换技术 在电网和用户之间起到了较佳的缓冲匹配作用，开展电能质量控制技术的研究及 相关电能质量调节装置的开发具有重要的现实意义和战略意义，已经成为近年来 电气工程领域研究的热点之一。 根据相关专家统计，石油资源按照现有速度可以使用4 3 年左右，煤炭大概可 用1 3 0 年左右，天然气可用6 0 年左右，因此，随着化石能源的枯竭，可以预计的 是未来几年甚至几十年，电能质量及其可再生能源的研究将是电力行业的研究重 点，特别是在现有电力网络基础上提高输配电网络的电能质量是刻不容缓的。电 能质量主要包括电能质量分析、检测、自动识别和补偿等l lj ，电能质量可用电网 谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度等指标来表示。国内外对电能质量确切的 定义至今尚没有形成统一的共识，目前为止还没有一个统一的电能质量标准。但 大多数专家认为，电能质量的定义应理解为：导致用户电力设备不能正常工作的 综合型电能质量调节装置的理论与技术研究 电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质 量问题。i e c 标准对电能质量的定义为：电能质量是指供电装置在正常工作情况 下不中断和干扰用户使用电力的物理特征【2 】。文献【3 】给出了一个比较直观的不合 格电能质量定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电流、电压或频率偏差。 i e e e 协调委员会对电能质量( p o w e rq u a l i t y ) 的技术定义为：合格的电能质量是 指敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合该设备正常工作的【4 5 】。 围绕电能质量的含义，从不同的角度理解通常包括电压质量、电流质量、供 电质量、用电质量四个方面，其中最重要的是电压质量和电流质量。电压质量指 实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格，这个定 义包括了大多数电能质量问题，比如说：电压暂降、电压突升、稳态和暂态电压 扰动等，但它不包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质 量的影响和污染；电流质量反映了与电压质量有密切关系的电流变化，电力用户 除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，有些用户还要求电流波形与供电 电压波形同相位以保证高功率因数运行，而影响电流质量的主要原因是谐波、间 谐波，大部分由非线性元件产生，对电力系统而言是一种电磁环境污染。这就要 求我们的电力系统、电能变换系统必须提高效率。另外，干净的电磁环境也要求 电能变换设备在电磁兼容性方面达标，节约电能、电磁兼容、无环境污染的绿色 供电势在必行。 对电压质量的补偿，主要分为低、中、高三个电压等级进行分类补偿。在低 压等级阶段，如为了提高市电电压质量，主要采用交流稳压电源，对市电电压存 在的质量问题进行补偿，其中主要是对市电电压的波动和谐波进行补偿。当前， 我国常用的交流稳压电源有六种【6 j ：调感式静化稳压电源，自耦变压器变比调整 式稳压电源，参数调整式稳压电源，三相柱式滑动调节补偿式稳压电源，n 个变 压器无触点切换式补偿型稳压电源，以及开关型稳压电源。交流稳压电源的发展 方向是把当前先进的p w m 高频电能变换技术引入到稳压电源中，利用高频电能 变换器的串联、并联和串并联补偿的方式对市电电压质量进行补偿。在中、高压 等级的电压质量调节，主要是依靠大功率的电力电子器件所组成的开关拓扑网络 来根据系统的需要提供合适的无功功率或者无功电流，保持电网电压或者用户电 压的稳定，比如静止无功补偿器