近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力工业也得到了快速发展,特别是电网建设。负荷的快速增长对无功功率的需求也显著增加,这也导致了电网中无功功率的不平衡,导致了大量无功功率的存在。目前,我国电力系统的无功功率补偿主要采用以下方式:
1.同步调相机:同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。虽然可以进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用。
2.并补装置:并联电容器是无功补偿领域广泛使用的无功补偿装置,但电容补偿只能补偿固定无功,虽然电容组切割比固定电容补偿方法,更有效地适应负载无功的动态变化,但电容补偿方法仍属于等级无功调节,无法实现无功的平滑无级调节。
3.并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,还用于抑制过电压。
以上补偿方法在运行中取得了一定的效果,但在实际的无功补偿工作中也存在一些问题:
1.补偿方式问题:目前很多电力部门对无功补偿的出发点都是本地补偿,不把无功倒给系统,也就是只注意补偿功率因素,不是基于减少系统网络的损耗。
2.谐波问题:电容器具有一定的抗谐波能力,但谐波含量过大会影响电容器的使用寿命,甚至对电容器造成过早损坏;由于电容器放大了谐波,系统的谐波干扰更加严重。
3.无功倒送问题:电力系统不允许无功倒送,特别是在负荷低的情况下,无功倒送导致电压过高。
4.电压调节补偿设备问题:部分无功补偿设备根据电压确定无功切割量,线路电压波动主要由无功量变化引起,但线路电压水平由系统情况决定,可能出现无功过度补偿或不足。
目前,无功补偿装置谐波处理的一个重要趋势是使用有源滤波器APFActivePowerFilter。通过对电网电压电流的实时检测,得到补偿控制指令,控制主电路产生谐波补偿电流。该电流等于滤除谐波电流的范围,相差为180°,因此,它可以相互抵消,使电网电流只包含基波分量。该滤波器可以跟踪和补偿频率和振幅变化的谐波。
滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗或负载谐振的风险。此外,该装置不仅可以补偿无功和谐波,还可以抑制闪变,具有高度的可控性和快速响应性。它是无功补偿和谐波治理领域的一个重要研究和发展方向。
本文介绍了一种采用有源滤波器进行无功补偿和谐波治理的方案,适用于严重谐波工况下。该方案实际上是在原FC+TCR的基础上增加一个有源滤波器。具体实现方法是将变压器的原侧串联,在电力系统和谐波源之间,副侧连接有源滤波器的输出部分。
设计的初衷是希望基波电流能从变压器原侧流过,谐波电流被隔离,无功补偿装置中的电容器和电抗器串联支路为隔离谐波提供通路,从而达到滤除谐波的目的。根据变压器的工作原理,要满足上述要求,需要检测变压器原边缘电流中的基波分量,然后采用有源逆变器跟踪基波分量,将基波分量注入变压器副侧,补偿变压器原边缘基波电流产生的基波磁通量,使变压器对原边缘基波电流具有低阻抗,对原边缘谐波电流具有高阻抗。可见,为了在变压器副侧产生与原边基波电流大小成比例、方向相反的电流,必须从电网电流中准确检测基波电流,即需要基波电流检测部分,这也是有源滤波器的关键部分。
此外,该装置还具有功率放大部分,由滞环控制、PWM驱动和逆变器组成,将检测到的原始边基波电流转换为给定信号,采用滞环电流控制跟踪原始边基波电流。从以上分析可以看出,该方案只需检测和跟踪基波电流,补偿基波磁通,性能相对稳定,电路结构相对简单,易于在工程中实现。