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摘要 目前电能质量问题的重要性越来越突出,也已经成为国内外供电界研究的首要课题。能否合理的解决电能质量问题不仅取决于成熟的技术,同时还需要政府采取合理的管理策略。首先概述电能质量及其问题由来,然后介绍电能质量一般控制方法和技术,并着重指出用户电力技术是解决现代电能质量问题的重要途径。
关键词 电能质量;控制方法;控制技术
中图分类号嗄 TM92 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0093-01
伴随着国民经济的飞速增长,企业生产的高度自动化和科学技术的快速进步,电网中各种非线性负荷及用户不断增长,且各种对电能质量敏感的、复杂的、精密的用电设备越来越多,这使得电能质量出现问题的可能性加大。上述提出的矛盾越来越突出,企业用户对电能质量的要求也更高,在这样的高要求下,探讨电能质量领域的相关原理及其控制技术,具有重要的理论和观实意义。
1 电能质量概述
1.1 电能质量含义
电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。其中主要包括:
1)电压质量:给出实际电压和理想电压的差值,反映供电企业是否向用户供给合格的电力。
2)电流质量:即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求,并使电流波形与供电电压相位相同,以保证系统在高功率因数下运行。
3)供电质量:技术含义:电压质量和供电的可靠性;非技术含义:服务质量等。
4)耗电质量:包括电流质量和非技术含义。
1.2 电能质量问题的由来
总的说来,电能质量成为热门话题的主要原因有以下几方面:
1)各部门为提高生产产值,大量使用基于计算机系统的控制设备和电子装置,这些设备对电能质量要求较高。比如一个计算中心失去电压几秒就丢失了几天的数据处理结果,有的甚至能损失上万元的产值。
2)现代电力系统中用电负荷结构跟以前发生了重大变化。带来的非线性、冲击性以及不平衡的用电特性能使电网的电压波形发生畸变和闪变以及三相不平衡,甚至能够引起系统频率波动等,对供电电能质量造成严重的威胁。
3)电能是在不同的发电公司包括独立电能生产者在发电端存在着竞争的商品。电力公司与发电机构分离独立经营管理,为发电公司和用户提供转送电能服务,用户端也可以作为独立实体参与价格控制。
2 电能质量控制方法
1)比例-积分-微分(PID)控制。PID控制因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点而成为应用较广泛的控制规律调节器。而当被控对象的结构和参数不清楚,或不能用建立数学模型时,此时应用PID控制技术最为适用。但它存在的缺点是:响应有时会超调,抗负载扰动和对系统参数摄动能力较差。
2)空间矢量控制。这也是一种很普遍的控制方法。其原理是通过派克变换使得基于三相静止坐标系的交流量变成基于旋转坐标系的直流量来实现解耦控制。常规的空间矢量控制具有优良的稳态性能和暂态性能。为了缩短实时运算时间同样可用简化的算法。
3)模糊逻辑控制。使用“频域法”和“时域法”设计控制器的前提条件是要知道被控对象精确的数学模型。而模糊控制作为新的智能控制方法,则不需要系统给出很精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式,对系统特征进行的模糊描述,使获取系统动态和静态特征量付出的代价降低。
3 电能质量控制技术
1)用户电力技术。用户电力技术是结合电力电子技术、自动控制技术、微处理机技术等运用于中低压配电系统和用电系统中,目的是为了加强配电系统的可靠性,并尽量减小谐波畸变,改善电能质量,下面介绍几种常见的技术:①配电静止无功补偿器。配电静止无功补偿器(DSTATCOM)是并联脉宽调制(PWM)技术的电力系统的电压源变换器。它能替代常规的电压和无功控制元件、有载分接开关、电压调整器和自动投切电容器。它的组成主要是由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的变流器、直流储能装置及一台交流变压器,通过变压器把变流器和母线并联在一起。DSTATCOM是一个交流同期电压源,当系统正常供电时,它可作为无功电源或处于低耗备用状态。当系统的电压发生波动或闪变时,它立即向系统中注入具有适当幅值和相角的电流使系统电压立即恢复正常。②动态电压调节器(DVR)。分两种情况,一是当配电系统正常供电时,DVR属于备用状态,对系统没有影响。二是当系统电压发生突变时。DVR很快的(通常几毫秒以内)向系统注入所需的补偿电压,这样系统电压的变化对负荷端没有任何影响,一直达到电压等级的要求。注入电压的幅值和相角均可由DVR控制,DVR亦可提供补偿所需的有功和无功,还可以根据敏感负荷的要求以及系统故障的特征来预先设置补偿时间。随着我国高新技术企业的发展,对动态电压质量问题越来越重视,动态电压调节器的应用必定会将越来越广泛。③有源电力滤波器(APF)。L-C滤波器是常规消除谐波影响的装置。这些年来,国内外解决谐波问题已经采以大功率电力电子元件为基础的有源电力滤波器。它是用谐波消除的基本原理,用由电力电子技术动态地产生一个与谐波源相反的谐波,来有效地消除其影响。结构与DSTATCOM类似,但主要还是以其作为一个电流谐波源,来解决电流谐波的问题。④超导故障限流器(SFCL)。超导故障限流器是超导电力技术的一个重要研究课题研究成果,同样也是现代电力系统中最新兴的重要元件之一,它理论上是属于灵活交流输电技术的研究范畴。从是否利用超导体的失超特性限流可以分为两类:失超型和不失超型。实际中应用超导故障限流器通常是串联在故障线路中的。有专家曾预言,在配电网中最有望应用的还是超导故障限流器,并且,面向配电系统的SFCL已经完全接近实用化水平,只是适用于输电系统的SFCL还在研究计划中。
2)柔性交流输电系统(FACTS)技术。FACTS技术是基于电力电子控制技术的灵活交流输电由美国电力研究院于上世纪八十年代末期提出的。为了使输送容量更接近线路的热稳极限,可以通过控制系统潮流来实现,而系统潮流的控制可以改变电力系统的基本参数来实现。采用FACTS技术的重要目的就是为了增大其电力传输能力和加强交流输电系统的可控性。目前FACTS技术代表性的装置主要有:静止无功补偿器、可控串联补偿电容器、统一潮流控制器等、晶闸管控制的串联投切电容器。
4 结语
电能质量问题随着现代信息技术,计算机技术和电子技术的发展,用户和供电部门已经对它是越来越重视,应用先进的网络技术大大提高了监测水平。为了能够及时的分析和反映电网的电能质量水平,找出电网中电能质量的问题而应该建立可靠、先进的电能质量监测网络,这对电网的安全、稳定、经济运行都有十分重要的意义。
在新世纪改造传统的电力工业应以运用柔性输配电及用户电力技术为基础,并研究更合适的技术,这是极具发展潜力的工作,工作人员也面临着重大机遇和挑战。
参考文献
[1]张秀娟等.动态电压调节器的设计与性能测试[J].电力电子技术,2004,38(2):
21-23.
[2]姜齐荣等.现代电能质量控制技术[J].电力电子技术,2004,38(6):2-7.
[3]马幼捷等.超导故障限流器的基本原理及其在电力系统中的应用[J].电网技术,2005,29(增刊):232-235.
[4]肖湘宁等.电能质量问题剖析[J].电网技术,2001,25(3):66-69.
关键词 电能质量;控制方法;控制技术
中图分类号嗄 TM92 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0093-01
伴随着国民经济的飞速增长,企业生产的高度自动化和科学技术的快速进步,电网中各种非线性负荷及用户不断增长,且各种对电能质量敏感的、复杂的、精密的用电设备越来越多,这使得电能质量出现问题的可能性加大。上述提出的矛盾越来越突出,企业用户对电能质量的要求也更高,在这样的高要求下,探讨电能质量领域的相关原理及其控制技术,具有重要的理论和观实意义。
1 电能质量概述
1.1 电能质量含义
电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。其中主要包括:
1)电压质量:给出实际电压和理想电压的差值,反映供电企业是否向用户供给合格的电力。
2)电流质量:即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求,并使电流波形与供电电压相位相同,以保证系统在高功率因数下运行。
3)供电质量:技术含义:电压质量和供电的可靠性;非技术含义:服务质量等。
4)耗电质量:包括电流质量和非技术含义。
1.2 电能质量问题的由来
总的说来,电能质量成为热门话题的主要原因有以下几方面:
1)各部门为提高生产产值,大量使用基于计算机系统的控制设备和电子装置,这些设备对电能质量要求较高。比如一个计算中心失去电压几秒就丢失了几天的数据处理结果,有的甚至能损失上万元的产值。
2)现代电力系统中用电负荷结构跟以前发生了重大变化。带来的非线性、冲击性以及不平衡的用电特性能使电网的电压波形发生畸变和闪变以及三相不平衡,甚至能够引起系统频率波动等,对供电电能质量造成严重的威胁。
3)电能是在不同的发电公司包括独立电能生产者在发电端存在着竞争的商品。电力公司与发电机构分离独立经营管理,为发电公司和用户提供转送电能服务,用户端也可以作为独立实体参与价格控制。
2 电能质量控制方法
1)比例-积分-微分(PID)控制。PID控制因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点而成为应用较广泛的控制规律调节器。而当被控对象的结构和参数不清楚,或不能用建立数学模型时,此时应用PID控制技术最为适用。但它存在的缺点是:响应有时会超调,抗负载扰动和对系统参数摄动能力较差。
2)空间矢量控制。这也是一种很普遍的控制方法。其原理是通过派克变换使得基于三相静止坐标系的交流量变成基于旋转坐标系的直流量来实现解耦控制。常规的空间矢量控制具有优良的稳态性能和暂态性能。为了缩短实时运算时间同样可用简化的算法。
3)模糊逻辑控制。使用“频域法”和“时域法”设计控制器的前提条件是要知道被控对象精确的数学模型。而模糊控制作为新的智能控制方法,则不需要系统给出很精确的数学模型。它通过模拟人的思维和语言中对模糊信息的表达和处理方式,对系统特征进行的模糊描述,使获取系统动态和静态特征量付出的代价降低。
3 电能质量控制技术
1)用户电力技术。用户电力技术是结合电力电子技术、自动控制技术、微处理机技术等运用于中低压配电系统和用电系统中,目的是为了加强配电系统的可靠性,并尽量减小谐波畸变,改善电能质量,下面介绍几种常见的技术:①配电静止无功补偿器。配电静止无功补偿器(DSTATCOM)是并联脉宽调制(PWM)技术的电力系统的电压源变换器。它能替代常规的电压和无功控制元件、有载分接开关、电压调整器和自动投切电容器。它的组成主要是由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的变流器、直流储能装置及一台交流变压器,通过变压器把变流器和母线并联在一起。DSTATCOM是一个交流同期电压源,当系统正常供电时,它可作为无功电源或处于低耗备用状态。当系统的电压发生波动或闪变时,它立即向系统中注入具有适当幅值和相角的电流使系统电压立即恢复正常。②动态电压调节器(DVR)。分两种情况,一是当配电系统正常供电时,DVR属于备用状态,对系统没有影响。二是当系统电压发生突变时。DVR很快的(通常几毫秒以内)向系统注入所需的补偿电压,这样系统电压的变化对负荷端没有任何影响,一直达到电压等级的要求。注入电压的幅值和相角均可由DVR控制,DVR亦可提供补偿所需的有功和无功,还可以根据敏感负荷的要求以及系统故障的特征来预先设置补偿时间。随着我国高新技术企业的发展,对动态电压质量问题越来越重视,动态电压调节器的应用必定会将越来越广泛。③有源电力滤波器(APF)。L-C滤波器是常规消除谐波影响的装置。这些年来,国内外解决谐波问题已经采以大功率电力电子元件为基础的有源电力滤波器。它是用谐波消除的基本原理,用由电力电子技术动态地产生一个与谐波源相反的谐波,来有效地消除其影响。结构与DSTATCOM类似,但主要还是以其作为一个电流谐波源,来解决电流谐波的问题。④超导故障限流器(SFCL)。超导故障限流器是超导电力技术的一个重要研究课题研究成果,同样也是现代电力系统中最新兴的重要元件之一,它理论上是属于灵活交流输电技术的研究范畴。从是否利用超导体的失超特性限流可以分为两类:失超型和不失超型。实际中应用超导故障限流器通常是串联在故障线路中的。有专家曾预言,在配电网中最有望应用的还是超导故障限流器,并且,面向配电系统的SFCL已经完全接近实用化水平,只是适用于输电系统的SFCL还在研究计划中。
2)柔性交流输电系统(FACTS)技术。FACTS技术是基于电力电子控制技术的灵活交流输电由美国电力研究院于上世纪八十年代末期提出的。为了使输送容量更接近线路的热稳极限,可以通过控制系统潮流来实现,而系统潮流的控制可以改变电力系统的基本参数来实现。采用FACTS技术的重要目的就是为了增大其电力传输能力和加强交流输电系统的可控性。目前FACTS技术代表性的装置主要有:静止无功补偿器、可控串联补偿电容器、统一潮流控制器等、晶闸管控制的串联投切电容器。
4 结语
电能质量问题随着现代信息技术,计算机技术和电子技术的发展,用户和供电部门已经对它是越来越重视,应用先进的网络技术大大提高了监测水平。为了能够及时的分析和反映电网的电能质量水平,找出电网中电能质量的问题而应该建立可靠、先进的电能质量监测网络,这对电网的安全、稳定、经济运行都有十分重要的意义。
在新世纪改造传统的电力工业应以运用柔性输配电及用户电力技术为基础,并研究更合适的技术,这是极具发展潜力的工作,工作人员也面临着重大机遇和挑战。
参考文献
[1]张秀娟等.动态电压调节器的设计与性能测试[J].电力电子技术,2004,38(2):
21-23.
[2]姜齐荣等.现代电能质量控制技术[J].电力电子技术,2004,38(6):2-7.
[3]马幼捷等.超导故障限流器的基本原理及其在电力系统中的应用[J].电网技术,2005,29(增刊):232-235.
[4]肖湘宁等.电能质量问题剖析[J].电网技术,2001,25(3):66-69.