基于瞬时无功和无功电流的svc补偿技术研究

基于瞬时无功和无功电流的svc补偿技术研究

1不同采用功率的svc控制算法由于电弧炉中电流的快速变化，网络系统的电压发生变化，电压突然变化。如果波动范围和频率超过一定范围，闪变率高，不仅影响照明，而且影响视觉不适。SVC装置既可校正系统的功率因数,也可滤除谐波电流,平衡三相系统,减小电压闪烁。对用户来说,最关心的是由电压闪烁带来的闪变问题。文献指出闪变的抑制率与SVC的补偿容量以及补偿器的响应速度有直接关系,在同样的补偿容量下,响应速度快的补偿器在闪变抑制方面要好于响应速度慢的控制器。影响控制器响应速度的主要因素是信号的检测和计算方法,传统的算法大都建立在求功率的基础上,当采用功率算法的SVC面向某些变化速度快的工业负载,如电弧炉等时,因检测信号中含有较多的谐波成分,会引起滤波前后有较大的延时,同时还会引入检测误差。为了提高控制器的响应速度,根据对称分量法和瞬时无功功率理论的ip-iq算法推导出了基于瞬时有功电流和无功电流的SVC控制算法,并通过MATLAB模型的仿真结果分析得到该算法在响应速度上快于基于功率的算法的结论。最后通过实际装置的运行,证明了该算法的优越性。2基波正、负序电流和无功电流的免疫组化前文献推导出采用负荷正、负序电流表示的补偿导纳为:采用传统算法很难计算上述各变量,故前文献在式(1)的基础上作了进一步变形,得到了用无功功率表示的实用性补偿导纳公式,但这种用功率表示的补偿算法因引入了谐波干扰分量,因此响应速度和补偿效果并不很理想。1983年赤木泰文提出了瞬时无功功率理论,它根据瞬时无功功率理论的ip和iq运算方法推导出了瞬时有功电流和无功电流,以及式(1)中基波正、负序电流之间的关系,并进一步得出了用瞬时有功电流和无功电流表示的补偿导纳公式。图1给出其计算框图。图1中的矩阵为:设i1p和i1q是基波正序有功电流和无功电流,根据瞬时无功功率理论的ip和iq运算方法,有:负载线电流ia,ib,ic经过3-2变换,得到两相瞬时无功电流为:将式(4)带入式(3)得:根据对称分量法,可将ia,ib,ic分解为正序分量组和负序分量组,用下标1表示正序;下标2表示负序;n表示谐波次数,当n=1时表示基波。设I为电流有效值,φ为初相角;另设ω为电网电压角频率,且a相电压的初相角为零,于是有:将式(6)代入式(5),最终求得i1p和i1q的直流分量为:设ReI1(L)=I1(L)cosφ1(L),ImI1(L)=I1(L)sinφ1(L),则:要检测基波负序电流分量,只要把C32的第2和3列对调,得到矩阵C32′代入下式即可:同理求得:将式(8)和式(10)代入式(1),最终求得用基波正序无功电流、负序有功电流和无功电流表示的SVC补偿导纳公式为:310tcr的工作原理图2示出针对电弧炉厂设计的35kVSVC系统原理图。所设计的SVC主要由FC和TCR构成。其中,FC提供负载所需的无功功率,同时FC还具有滤除2次、3次、4次谐波电流的作用。TCR由反并联的晶闸管阀组和电抗器串联而成,其工作原理是:采样单元将电流和电压信号变换成数字信号后送至计算单元;计算单元中的DSP芯片经过导纳计算后在电压的峰值和过零点之间产生触发脉冲;触发脉冲通过光纤送至触发监测系统触发晶闸管。触发时刻不同,电抗器中流过的无功电流不同,也即TCR吸收的容性无功功率不同。由此可通过动态调节无功功率,实现抑制电压波动的目的。4svc系统的动态补偿采用MATLAB的SIMULINK模块搭建了两种模型。第一种采用瞬时有功电流和无功电流的补偿算法;第二种采用滤波移相求瞬时无功功率的补偿算法。图3a示出电源侧A相的功率因数。由图可见,负载无功功率在0.3s发生突变时,采用第一种算法补偿后,功率因数只有很小的波动,具有很好的动态补偿效果;采用第二种算法因受负载无功功率波动的影响很大,功率因数在0.3~0.35s出现了很大的振荡。图3b示出0.2s时突然投入感性负荷后的电压跌落。由图可见,SVC系统迅速反应,电压在3个周波后恢复了正常值。这证明基于瞬时有功电流和无功电流的补偿算法具有很好的动态响应能力。5ssvc对ua的调节作用为了测试瞬时无功功率算法的补偿效果,在电弧炉钢厂进行了实际波形测试。图4给出实验结果。由图4a可见,在SVC运行前,系统电流iA滞后系统电压uA,此时平均功率因数仅为0.34,远远低于国标值0.90。由图4b可见,在SVC运行后,TCR电流iTA在动态调节下,iA与uA基本同相位,经过测试投入SVC后的平均功率因数为0.94。由图4c可见,在未投入SVC时,负载的感性电流突然增大,导致iA增大;当投入SVC后,负载突变时,SVC迅速作出反应,并在10ms左右的时间内准确地将多余的无功电流补偿掉。由图4c还可看到,iA的波动时间仅为电网周期的50%。6动态响应能力推导了基于瞬时无功功率理论的补偿导纳公式。通过MATLAB模型分析和实际装置运行,证明了基于瞬时无功理论的SVC具有很快的动态响应能力,尤其适合交流