关于电能质量混杂补偿控制在企业配网中的应用研究

 摘 要:随着企业的发展,企业设备性能不断提高,产品工艺过程对电能的质量要求也就越来越高,如何在企业配网中实现电能质量的控制方法,做到企业电能的良好应用,为企业的发展打下一个良好的基础。本文通过对电能质量混杂补偿控制在企业配网中的应用的探究,明白电能质量混杂补偿控制在企业配网中的应用的重要意义。
    关键词:电能质量;企业配网;混杂补偿控制
    电能质量混杂补偿控制就是通过利用有源和无源各自的特点进行互相补充,采取一定的互补方案来保证电能质量。电能质量混杂补偿控制要结合企业配网的实际情况,结合企业中对电能质量的实际要求,提出科学而合理的补偿方案。
    一、在企业配网中电能质量混杂补偿控制的原理
    电能质量的好坏直接影响企业整个电力系统的问题,企业设备的安全以及企业的稳定发展,从而保障企业产品的质量。电能质量的控制就是对电能的电压质量.电流质量.供电质量和用电质量的控制。
    对于电能质量的控制主要针对的就是主要就是无功功率和谐波的问题,在现代企业配网中采用的治理电能质量的产品主要包括:固有电容补偿器(FC).晶闸管投切电容器(TSC).晶闸管控制电控器(TCR)静止无功发生器(SVG).有源电力滤波器(APF)等。而电能质量混杂补偿控制就是对各种治理产品进行综合利用,采用就地平衡.分区.分层的原则,结合各种补偿装置的性能,从而研发出一个多种补偿装置相结合的混杂式动态无功和谐波的治理系统,利用有源的快速响应特点和无源的廉价大容量的特点建立一个低成本高性能的电能质量补偿系统。
    在传统电能质量补偿控制使用的固定电容补偿器虽然对功率有一定的补偿,但是对电压的波动.嬗变和谐波等的作用很小。因此在企业配网中的电能质量控制的主要方法是利用电力电子技术就地提供所需的功率支撑和吞吐谐波电流来实现限制无功功率和谐波电流等注入电网。就成本而言,对于每一个负载进行就地补偿是很难的,宜采用分层集中补偿的原则,对于每一个变电器的出线端进行集中的治理,这样就可以解决多个电压等级之间的无功功率和谐波的互相渗透,从而提高每一个变压器的利用率,改善整个配电网的电能质量。
    二、在企业配网中的电能质量混杂补偿控制
    1.在企业配电网中的电能质量混杂补偿控制的具体应用
    企业的电能质量控制要以实际的情况设计具体的控制方案。我们以某企业为例,其供电主要来源于由110KV给2台30MVA的变压器供电,接线的的方式采取的是YNyn0d11,其电压的变比为110KV/35KV/10KV,容量为30000KVA/30000KVA/15000KVA。其具体的供电及补偿如图1.
    图1 某企业供电及补偿示意图
    依照负载和治理装置的特点,可以确定图1中的A.B.C.D点为电能的补偿点。A处为35KV母线,其负载为6和12脉波的整流负荷,所以在这点可以装置TCR+FC型的SVC,将FC兼作3.5.7.11次的滤波器;B处是10KV的电弧炉所在的母线,为了抑制闪变且容量大,所以应该链式10KV直挂SVG才能满足补偿的速度,但是根据实际情况,考虑电弧炉工作每天只有8小时,不同的冶炼阶段对无功需求具有很大的差异,所以为了减少运行损耗和节省有源部分容量,可以将其和多组的TSC兼FC相结合,其中FC兼作2次滤波支路,而两条TSC支路兼作3次和5次的滤波器。C点是低压动力变压器,其主要的负载是焊机,具有瞬多谐波.瞬变.和补偿容量大,而且摇摇补偿整个10KV系统的谐波的特点,所在C点要采用多重化SVC兼FC直接进行并联,这样可以降低有源容量,从而降低成本;D处的生活变压器采用箱变内多组低压TSC补偿,要作3次滤波支路和进行自动的分级补偿。     2.企业配网中电能质量混杂补偿控制的原理和通用控制器设计
    2.1电能质量混杂补偿控制的原理
    基于专家规则SVG兼TSC协同控制。因为TSC属于分级可调,而SVG能在容性和感性范围内快速连续的可调,而负载是感性,所以通过对两种装置的容量的合理分配就可以实现较大范围的容性连续输出。分级TSC对无功进行粗调让补偿后的无功处于SVG的调控的范围之内,在依靠SVG补偿剩下的或者由于补偿过多的无功功率,这样就可以做到低成本的无功的连续调整。
    分时变频多重化SVG兼FC的综合控制。由于企业中有独自的工作规律,所以各个时间段对电能的质量的要求也不一样。所以在低压动力线的补偿装置要采取不同的时间段变开关频率调制,来实现补偿的无功功率和谐波的大小,充分利用有源容量,同事满足谐波治理和低压动力线无功补偿的目的,而开关频率的控制要依靠变载波的频率来实现。在补偿谐波的时候,采用分频补偿的方式来防止有源和无源的耦合,而分频补偿就是指有源不补偿的时候线路可以有相应的滤波支路的谐波。
    2.2电能质量控制装置的通用控制器设计
    由于TSC.TCR.SVG.SPF对于控制有着不同的要求,所以要实现控制平台的通用化以及软件的模块化,开发了基于双DSP2812与双FPGA相结合为控制板的通用变流器控制平台,采用10层板布线。根据对不同的控制采取不同的方式,具体的控制设计如图2.
    图2 控制器设计图
    用作TSC.TCR和SVC的控制,由DAP2进行AD采集,并完成出发控制盒电能质量分析计算,FRGA2完成脉冲的产生和回报的读取;DSP1通过DRAM与DSP1通讯,然后将相关的信息依靠通讯反馈把信息反馈给监控系统。
    用作链式SVG控制,用DSP2进行AD进行采集,计算出母线需要补偿的无功电流的等量。接收FPGA2通过光纤与高压侧每个模块的控制器进行高速串行通讯得到的直流电压,计算补偿器所要输出的电压的幅值和相角并送给FPGA2。FPGA2根据接收的幅值和相角产生多路带死区和移相的PWM信号。同时FP-CA2还完成相应的保护功能;DSP1通过DRAM与DSP2.FPGA2通讯,将相关信息壁通过通讯反馈给临控系统。
    用于多重化SVG和APF的控制。用DSP2进行AD采集,完成各重参考电压的计算,然后通过总线将计算的瞬时值传输给FPGA2,FPGA2接受到参考数据并与三角波进行比较后产生相应的处罚脉冲,FPGA2完成相应保护功能,DSP1通过DRAM和DSP2通讯,将相关信息反馈给控制系统。
    三、电能质量混杂补偿控制在企业配网中的应用效果
    通过以上对企业配网中电能质量混杂补偿控制的原理.在企业配电网中的电能质量混杂补偿控制的具体应用以及电能质量混杂补偿控制的原理.电能质量控制装置的通用控制器设计等方面的分析,对我们更好地了解电能质量混杂控制在企业配电网中的运用有一定的指导作用,这对于电能质量混杂补偿控制在企业配网中的实际应用效果提供了参考性的意见,而在工业或者企业的实际应用领域中可以运用到工业或者企业各个用电或者供电系统中,它的延展性是很高的,应用领域也较广泛。比如电力机车方面的应用,还有电气化铁道.电容器方面的电能补偿应用等。这种电能质量混杂补偿控制在工业或企业的配网中可以发挥良好的运用效果,为了验证工业或企业各个用电和供电系统的补偿效果,笔者对混合装置的投入运行后的图中示例的各点的电能质量进行了24小时的对比测试,测试表明,各个补偿点的电能质量都有明显的改善,而且电能损耗也有较大的降低,同时其他各项指标都有明显的改善,这说明配电网对于工业或企业的电能质量问题进行了就地补偿,而且没有对外网的电能质量产生影响,达到了节能的目的,工业或企业的电能利用率也提高了,电能质量混杂补偿控制提高了平均功率不平衡因素,使得有功出力明显的增加,提高了变压器的利用率,也减少了实际的用电成本,这些都可以说明电能质量混杂补偿控制在工业或企业配网中的良好应用效果和它在供电系统中的多领域应用,因此在企业配网中应该更好地应用电能质量混杂控制方法并进行科学合理的运用,结合企业的实际情况,根据分层.分区.就地平衡的原则,对企业的配网负载实况进行实际了解,提出科学而合理的电能质量混杂补偿控制方案,合理的应用治理装置,从而有效的对企业电能质量的控制。企业良好的电能质量,将帮助企业进行良好的生产,降低产生成本,为企业的长远发展和壮大提供坚实的基础保障。
    参考文献
    [1]钱峰,郑健超.汤广福等.利用经济压差确定动态无功补偿容量的方法[J].中国电机工程学报,2009,29(1).
    [2]陈建业.工业企业电能质量控制[M].北京:机械工业出版社,2008.
    [3]张定华,桂卫华,王卫安等.混合动态无功补偿装置及其应用研究[J].电机与控制学报,2010,14(2).