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工厂供电论文写作范例

作者:原创论文网 时间:2017-11-06 09:41 加入收藏
  现代大型煤制油化工企业相对于传统石油化工企业具有更复杂的电力系统,对电力可靠性要求非常高的大型企业电力系统,不但设计有两个供电电源,还要有柴油发电机或者来自外网的独立保安电源,在系统晃电、失电时以维持装置的连续供电运行,或者安全停车。希望以下工厂供电论文对你有所帮助。
  
  题目:工厂供电系统谐波谐振的抑制
  
  摘要:提出了一种混合有源滤波器(HAPF),由小功率有源滤波器(APF)和单调谐无源滤波器(PF)组成,用于抑制工厂供电系统的谐波谐振。传统的PF为了满足失谐情况下的滤波要求,不得不降低调谐税度Q而牺牲滤波效果。文中所提方法通过对APF的控制,可以无限提高PF的品质因数,有效地改善PF的滤波效果,实验结果验证了HAPF的可行性和有效性。
  
  关键词:有源滤波器;谐波传播;电压谐波
  
  0引言
  
  工厂供电系统中大量使用的非线性负载向电网注入了大量的非正弦电流,导致公用电网和工厂供电系统电能质量不断下降,以致公共连接点(PCC)的5次、7次谐波电压严重超标。对韶关冶炼厂3个多月的谐波监测记录发现,在夜间轻载的情况下,变电站配电变压器二次侧10kV母线的5次谐波电压升高,最大值超过5.8%,而一次侧110kV母线的5次谐波电压却降低了。究其原因,10kV母线5次谐波电压的升高是由于线电感和并联在配电母线上的功率因数补偿电容器之间的谐波谐振引起的[1].由此可见,为了缓和谐波电压和谐波电流,谐波抑制和谐波补偿同样重要。
  本文提出了一种可有效抑制谐波谐振的混合有源滤波器(HAPF),它由1个小功率的有源滤波器(APF)和1个单调谐的无源滤波器(PF)串联组成,和其他负载并联连接在PCC处配电变压器的二次侧,这和以往设计的装设在谐波源附近的HAPF[2,3]不同,其目的是抑制工厂供电系统的谐波谐振,缓和谐波电压和电流。实验结果验证了该HAPF的可行性和有效性。
  
  1谐波谐振典型的工厂供电系统
  
  线性和非线性负载、功率因数补偿电容器、无源滤波器连接在同一条母线上,通过配电变压器的二次侧供电,而配电变压器的一次侧连接在PCC.这种供电系统易于在功率因数补偿电容器和配电变压器的漏电感之间形成串/并联谐振电路,引起谐波的传播和放大。

  2混合有源滤波器

  2.1实验系统

  考虑谐波传播最严重的空载情况,我们开发了一套实验系统,结构如图3所示,电路参数如下:5次调谐PF:LF=12mH,CF=24μF,Q=10,S=0.43kVA;APF:S=0.14kVA;并联电容器:C=1000μF,S=14kVA;漏电感:LT=460μH;电源为三相,380V,50Hz,20kVA系统基准容量。5次谐波电压发生器由三相电压源型PWM逆变器组成,模拟存在于PCC前级的5次谐波电压。
  APF由3个单相电压源型PWM逆变器组成,分别由4个功率MOSFET管组成,通过单相耦合变压器(变比为1∶10)和5次PF串联连接。配电变压器漏电感LT和并联在公共母线上的功率因数补偿器C形成串/并联谐振电路,谐振频率在5次谐波频率附近。
  调谐税度Q(即品质因数)是PF的重要参数之一,Q值的大小直接影响PF的滤波效果,一般地,Q值越大,滤波效果越好。但实际上电感线圈总有一定的阻值,Q必为有限值,且有时不得不降低Q值(如本文取Q=12),使滤波器阻抗平坦些,以满足失谐情况下的滤波要求,这无疑会影响滤波器的滤波效果,本文提出的APF可以无限提高PF的品质因数,从而大大地改善PF的滤波效果。
  
  2.2APF的工作原理实验系统的单相等效电路
  
  APF通过检测流入PF的5次谐波电流iF5,并扩大K倍,来确定其电压参考V因此,APF对5次谐波来说犹如一个阻值为KΨ的纯电阻。HAPF在5次谐波频率下的阻抗为:
  Z5=j5kLF+1j5kCF+rF+K(4)其中rF为PF的固有电阻;LF,CF分别为PF的电感和电容值。
  若PF调谐在5次谐波频率,那么PF的阻抗即为rF,若K=-rF,则Z5=0,公共母线上将不含5次谐波电压。因此,控制增益K<0时,APF对外电路呈现为负电阻特性,可无限提高PF的品质因数Q,增强PF的滤波效果。
  
  3控制电路
  
  3.1谐波分离电路控制电路包括2部分:谐波电流分离电路和增益K的自动调整电路。
  
  谐波分离电路通过交流电流互感器检测流入PF的三相电流,通过3/2变换到T-U坐标系,再通过单位旋转向量(cos5kt,sin5kt)变换到d-q坐标系,则T-U坐标系中的5次谐波正序电流转换成2个直流成分,而基波电流和其他频率的谐波电流则转换成交流成分,因此5次谐波正序电流可通过2个低通滤波器(实验电路选用二阶Butterworth低通滤波器,截止频率为20Hz)分离出来,再通过d-q逆变换和2/3变换,即可获得三相5次正序谐波电流。同理,采用反方向的单位旋转向量(cos5kt,-sin5kt)即可获得三相5次负序谐波电流。然后,正序电流和负序电流相加即得三相5次谐波电流。
  3.2增益调整电路首先计算三相5次谐波电流的平方和:
  
  i2F5=i2F5u+i2F5v+i2F5w(11)与预先设定的PF电流极限值i*F5的平方比较,若i2F5<i*F52,电路置K=-rF;若i2F5>i*F52,电路中的积分反馈控制器通过调整增益K>0,使i2F5=i*F52,从而防止无源滤波器和有源滤波器过流和过热。其中,积分系数KI可根据实际系统对响应时间的要求而定,本文实验系统中取KI=0.4Ψ/(A2·s)(即R=3.9KΨ,C=100μF)。
  
  4实验结果
  
  4.1谐波谐振的抑制以PCC的前级存在一个2.3%的5次谐波电压源为例(根据电压源和电流源的等效变换原理,公共母线上存在谐波电流源的情况,可按同理分析),表1总结了5次谐波电压和电流的FFT分析结果,VPCC5,VBUS5和VAF以额定相电压(380/3V)为基准,iS5,iC5和iF5以负载额定电流(60A)为基准。
  当没有安装任何滤波器时,LT和C之间的谐振使公共母线上的5次谐波电压VBUS5扩大到6.3(15.0/2.3)倍;当只安装PF时,公共母线上的5次谐波电压VBUS5为6.3%,扩大了2.7(6.3/2.3)倍;当装上HAPF时,没有发生谐波电压放大现象,母线电压近似为正弦波(见图7),5次谐波电压和电流减小到只安装PF时的1/6,滤波器支路吸收的5次谐波电流增大了1.7(7.8/4.7)倍,充分表明了和PF串联的APF有助于谐波谐振的抑制,使PF的滤波效果得到明显提高。同时,APF的输出电压VAF和iF5反相位,表明APF对5次谐波电压和电流呈现为负电阻特性,并且,APF所需的最大功率为0.14kVA,仅为系统额定功率20kVA的0.7%.
  
  4.2过电流的抑制
  
  为了实现过电流,人为地提高谐波电压发生器注入的5次谐波电压的幅值,流入PF的5次谐波电流的极限值设为1.0A.当增益K固定为常值-2时,实验结果如图8所示。随着5次谐波电压的增大,流入PF的5次谐波电流也随之增大,最终达到了4.3A,APF的输出电压也相应增大,所需的额定功率也必将增大。一旦5次谐波电流iF5超过极限值,增益调整电路就开始自动调整K,使其从负变为正,将iF5最终限制在1.0A以内。同时,通过鉴相器发现,APF的输出电压VAF和电流iF5同相位,表明APF对5次谐波电压和电流呈现为正电阻特性。由于谐波分离电路中存在低通滤波器,图9中增益K的最大上升速度与iF5最大值之间存在一段延时。
  
  5结论
  
  a.HAPF可使公共母线上的5次谐波电压减小到只安装PF时的1/6;b.APF所需的功率小于系统额定功率的1%;c.在5次谐波频率下呈现为正电阻的APF可抑制PF的过电流。
  至此,理论分析和实验结果均验证了该HAPF抑制谐波传播的可行性和有效性,对于谐波传播严重的工厂供电系统,可安装该HAPF抑制特征谐波的放大。
  
  参考文献
  
  1 王兆安 ,杨 君 ,刘进军 ( Wang Zhaoa n, Yang Jun, LiuJinjun) . 谐波抑制和无功功率补偿 ( Ha rmo nic Dampingand Reac tiv e Pow er Com pensatio n) .北京: 机械工业出版社 ( Beijing: China Machine Pr ess) , 1998
  2 Aka gi H. New Tr ends in Activ e Filters fo r Pow erConditio ning. IEEE Tr ans o n Ind Appl, 1996, 32( 5):1313~ 1322
  3 Fujita H, Akagi H. A Practical Approa ch to HarmonicCompensa tio n in Pow er Sy stems-- Series Connec tiono f Passive a nd Activ e Filters. IEEE Trans o n Ind Appl,1991, 27( 6): 1020~ 1025

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