电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建.pdf

  • 文档大小:958.53 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-09 发布
  • 举报
电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建1 电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建2 电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建3 电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建4 电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建5 电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第43卷第16期2015年8月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlV01.43No。l6Aug.16,2015电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建王玲,冯宇,邱进,(1.中国电力科学研究院,湖北武汉430074;毛安澜,徐思恩,张宜阳2.国网陕西电力科学研究院,陕西西安710054)摘要:谐波电压源的构建是开展电压互感器(VoltageTransformer,VT)i ̄波特性测量所需要解决的关键问题之一。为解决电压互感器谐波特性测量中要求谐波电压源容量大、谐波成分丰富且可控等问题,构建了以IGBT单相逆变器为核心的可控谐波电压源。分析了其工作原理、设计了系统参数并分析了控制器特性,仿真验证了所提方案的可行性。以此为基础构建了VT谐波特性测量平台并开展了输出性能测试,其输出结果进一步验证了所提方案的有效性,为VT谐波特性的测量及试验研究奠定了基础。关键词:谐波测量;电压互感器;谐波特性;可控谐波电压源;IGBT逆变器ConstructionofcontrollableharmonicvoltagesourceforharmoniccharacteristicmeasurementWANGLing,FENGYu,QIUJin,MAOAnlan,XUSien,ZttANGYiyang2(1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Wuhan430074,China;2.StateGridShaanxiElectric’PowerResearchInstitute,Xian710054,China)Abstract:ThebuildingofharmonicvoltagesourceiStheoneofkeyissuesinharmoniccharacteristicmeasurementofvoltagetransformer.Itisrequiredtooutputlargecapacityandcontrollableharmoniccomponents,buttheexistingharmonicsourcescannotsatisfytheserequirements.Tosolvetheproblem,thispaperreferstheschemeofIGBTsingle-phaseinverterasthecoretobuildthecontrollableharmonicvoltagesource.Theworkingprincipleofthecontrollableharmonicvoltagesourceisintroduced.thesystemparametersaredesignedandsimulatedandthecharacteristicsofthecontrollerareanalyzed.Thesimulationresultsshowthefeasibilityoftheproposedscheme.Onthisbasis.theVTharmoniccharacteristicmeasurementplatfonTliSbuilt.Theoutputresultsfurtherverifytheeffectivenessofthescheme.which1aythefound ̄ionforharmoniccharacteristicmeasurementandteststudyofthevoltagetransformer.Keywords:harmonicmeasurement;voltagetransformer;harmoniccharacteristic;controllableharmonicvoltagesource;IGBTjnverter中图分类号:TM71文献标识码:A———文章编号:16743415(2015)160106060引言电力系统中某些设备和负荷的非线性特性导致的谐波问题已经严重威胁电力系统安全和稳定运行。获取准确的谐波测量信息是研究分析谐波问题的主要依据和出发点l。高电压的谐波测量需要通过互感器转换至低压来测量,互感器对谐波的传感精度,构成了影响谐波测量准确度的重要环节。因此,掌握电压互感器谐波传变特性,明确其对电网谐波电压测量的影响具有十分重要的意义。目前,110kV及以上电压等级电网中通常装设电容式电压互感器(cvT1测量系统电压,但其频率响应特性为非线性的,因此,公用电网谐波国标中明确指出CVT不能用于谐波测量L5~l。传统的电磁式电压互感器频率响应范围窄,一般仅适用于20次及以下谐波的测量,并且在高压系统中使用数量较少,不能满足现代系统谐波测量要求。文献[7]推荐采用电流互感器的末屏构成电容分压器来实现谐波测量,但该方式存在需停电接线的问题,并且对于倒立式SF6电流互感器不适用,无法进行谐波测量。随着智能化电网建设,电子式电压互感器(EVT)使用数量逐渐增多。通常认为,电子式互感器的谐波特性优于传统电磁式互感器,其频率响应宽,适合于电网谐波测量[8-9],但该结论一直缺乏试验验证。并且,其后续的传输系统、信号处理系统等环节以及电磁环境与温度等因素都可能对EVT谐波特性产生影响。因此,从理论上获得其准确的谐波特性、进而实现准确的谐波测量还存在一定困难。在此背王玲,等电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建.107景下,对入网电压互感器开展谐波特性测量试验,获得其实际的谐波传变特性具有重要的现实意义与工程价值。现阶段电子式电压互感器谐波准确度试验存在的主要问题之一是:缺少高电压的谐波电压标准源,试验用谐波源的构建成为了开展互感器谐波特性研究所需要解决的关键问题。受电网运行条件的限制,决定了试验或检测用高压谐波电压源很难直接取白电网,而必须自行构建。文献[1O】对电子式互感器谐波特性试验中的谐波激励有如下规定:理想情况下应在额定频率和额定一次电压上叠加所要求的各次谐波频率分量(一般要求5O次谐波),该分量为额定一次电压的某一百分数。可知该谐波激励需要满足容量大,谐波次数丰富及可控三个方面的要求。现有的标准谐波源的电压输出几乎都在数百伏以内,难以满足电子式互感器的试验或检测要求。在高压试验领域中使用的三极管式变频电源可产生大容量,谐波次数丰富的电压谐波,但需在纯阻性负载情况下才能输出较理想的波形,如将其用做电子式互感器谐波特性检测的谐波源,则需要在各谐波频率下配置补偿装置,投资巨大。文献[11】提出了一种电子式电压互感器谐波特性检测方法,其中的高压谐波源采用整流负荷法的方式产生,但该方式不能根据需要定制谐波次数和幅值。为解决上述技术困难,本文提出了采用逆变器法构建试验用谐波电压源,通过理论分析与仿真论证了所提方案的可行性。并搭建了谐波特性测量平台验证了其输出特性,试验结果表明,该方案能实现基波和谐波的合成输出,且谐波含量可控,可以用于电压互感器的谐波特性试验或检测。1逆变器法构建谐波电压源的基本原理1.1基本原理以IGBT单相逆变器为核心部件构成的高压谐波电压源的原理图如图1所示。三相二极管整流桥对三相交流电压进行整流后向逆变器直流侧电容c充电,得到大小等于的直流电压,该电压基本恒定。单相IGBT全控桥逆变器采用SPWM调制,对进行逆变获得交流电压、,经滤波电感和滤波电容cf滤波后获得交流负载电压,其滤波频带根据电压互感器谐波准确度要求选择。考虑到LC滤波器很容易发生振荡,设计LC滤波器时串入了很小的阻尼电阻足,用于有效抑制振荡。逆变器交流侧输出电流为finv,滤波电容电流为。交流负载电压经升压变压器T2升压至试验电压,该电压即可作为电压互感器谐波特性测量用的谐波电压。将待检测电压互感器试品与溯源用电容分压器并联接于T2输出侧,测量装置接收试品与电容分压器的待检测信号与溯源信号,对其进行频谱与测差分析,即可获得待测电压互感器的谐波特性。单相IGBT图1逆变器法构成谐波电压源的原理图Fig.1Schematicdiagramofharmonicvoltagesourceconstitutedbyinve ̄er1.2控制系统设计单相全控桥逆变器中的IGBT动作规律由图2所示的控制系统实现。该控制系统为电压电流环,采用交流负载电压和滤波电容电流作为被控量,电压环采用PI控制器,该PI控制器的输出与指令电压的微分运算Gs之和作为电流环参考—电流(fr的指令值为lC、其拉式变换为,的拉式变换为)。再经电流环比例控制环节后得到可控调制信号rh,用于驱动IGBT动作[12-14K、和,i为PI控制器的比例系数和积分系数,为电流比例环节的比例系数。数为图2控制系统结构图Fig.2Structurediagramofcontrolsystem以为输入,Ic为输出,相应电流环的传递函一。/2)ce,,。1—C一Lf—Cfs2+(KVd ̄/2)Crs+1一Lfffs2=Cf+(。/2)+1Glo—()Gl,(s)Ild一108-电力系统保护与控制式中:G,()为电流比例增益传递函数;G,为电流比例干扰传递函数。电流环设计要求为:,r输出能跟踪并保持为参‘考电流:,基本不影响。图3给出了不同K值情况下,G,()的频响特性。从中可以看出:G,()在1~10kHz频带内的幅值等于1且无相位移动。此时变化对的影响很小,基本可以忽略。由控制理论可知,比例系数越大,电流环的动态响应越好,但太大会引起系统的不稳定。H图3比例参数变化时G/()的频晌曲线Fig.3FrequencyresponseofG/一()whenKvaried以为输入,为输出,相应电压环的传递函数为一KVdc2.KKvpVdc一.KKvjV—a ̄2wO ̄-2粤s-r2,=+Cf+(1+KKv,pVoo)sqggviVacG(s)Ur ̄一Z(s)Ild(2)其中:G(s)为电压比例增益传递函数;Z(s)为逆变器等效输出阻抗。图4给出了G(s)和z(s)在发生变化时的频响特性。从中可以看出:在10kHz频带内,G(s)的幅值基本保持1H_无相位移动,Z(s)随着的变大逐渐变为感性阻抗。因此K、取值不宜过大,本文选择=30。同样分析可得到,取值不宜过大,本文选择=100,此时G(s)的幅值基本保持1且无相位移动,变化对的影响很小,可以忽略。2仿真分析为了验证本文所提方法的可行性,利用Matlab/Simulink软件对图1进行了仿真。仿真系统罩迎一已图4比例参数变化时G()和z()的频响曲线Fig.4FrequencyresponseofG(s)andZ(s)whenKpisvaried的基本参数为:系统工作电压为Us=380V,频率户50Hz,直流侧电容C=4700gF。考虑滤波频带要求,选择=1500/aF,厶=0.6mH,足=0.01Q。升压变压器T2额定容量为125kVA,额定变比为380V/110kV。控制器参数选择为::5,=30,K=100。设定指令电压中包含幅值为250V的基波以及谐波含有率为HR3:10%、HR5=5%、HR7=3%的谐波,图5(a)为被控量跟随指令值变化的仿真波形,两者波形基本能保持一致。图5(b)为升压变压器T2输出电压波形,其基波幅值为89.6kV,瑚3=9.94%、HR5=4.91%、HR7=2.90%。在上述指令电压中加入9次谐波,设定HR9=3%,仿真结果为:升压变压器T2输出电压基波幅值为89.71kV,瑚3=9.94%、HRs=4.910/0、瑚7=2.90%、HR。=2.86%。从中可以看出,所提方法可以根据需要定制谐波次数和幅值,产生可控的电压谐波。需要指出的是,仿真中的升压变压器使用了线性变压器模型。如果考虑到变压器的非线性变化,则标幺值下的与T2输出电压之间的误差可能加大,电压环PI控制参数的调节难度可能增大。王玲,等电压互感器谐波特性测量用可控谐波电压源的构建impactloadsconnectedintopowersystem[J].Power—SystemProtectionandControl,2014,42(1):5461.[3]梁志瑞,叶慧强,赵飞.电力系统谐波状态估计研究—综述[J].电力系统保护与控制,2010,38(15):157159.LIANGZhirui,YEHuiqiang,ZHAOFei.Overviewonpowersystemharmonicstateestimation[J].Power—SystemProtectionandControl,2010,38(15):157159.[4]何英杰,刘进军,王兆安,等.一种基于瞬时无功功率理的数字谐波检测[J].电工技术学报,2010,25(8):185.192.HEYingjie,LIUJinjun,WANGZhaoan,eta1.Adigitalmethodfordetectingharmoniccurrentsbasedoninstantaneousreactivepowertheory[J].Transactionsof—ChinaElectrotechnicalSociety,2010,25(8):185192.[5]全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.GB/T14549.1993电能质量公用电网谐波【s].北京:中国标准出版社,1994.[6]冯宇,王晓琪,陈晓明,等.电容式电压互感器电路参数对电网谐波电压测量的影响[J].中国电机工程学报,2014,34(28):4968-7975.FENGYu,WANGXiaoqi,CHENXiaoming,eta1.Influencesofcircuitparametersofcapacitorvoltagetransformerongridharmonicvoltagemeasurements[J].—ProceedingsoftheCSEE,2014,34(28):49687975.[7]全国电磁兼容标准化技术委员会.GB/T17626.7.2008电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则[s].北京:中国标准出版社,2008.[8]邵霞,周有庆,彭红海.一种改进的直测电容电流型电子式电压互感器[J].电工技术学报,2013,28(4):240.247.SHAOXia,ZHOUYouqing,PENGHonghai.Animprovedelectronicvoltagetransformerbasedondirectdetectingcapacitorcurrent[J].TransactionsofChina—ElectrotechnicalSociety,2013,28(4):240247.[9]冯宇,谢超,王玲,等.电子式电压互感器谐波传变特—性分析[J]_高压电器,2014,50(11):97102.FENGYu,XIEChao,WANGLing,eta1.Analysisonharmonictransfercharacteristicsofelectronicvoltagetransformers[J].HighVoltageApparatus,2014,50(11):97-102.[1o]全国互感器标准化技术委员会.GB/T20840.8.2007互感器第8部分:电子式电流互感器【S].北京:中国标准出版社,2007.[11]冯宇.电子式电压互感器谐波特性检测方法及其检测装置:中国,201110124536.0【PJ.2011-12.07.[12]杨秋霞,高金玲,赵晔,等.有源电力滤波器的特定次谐波控制策略【J].电力系统保护与控制,2012,40(3):—119123.YANGQiuxia,GAOJinling,ZHAOYe,eta1.Researchorlspecificharmoniccontrolstrategyforactivepowerfilter[J].PowerSystemProtectionandControl,2012,40(3):119-123.[13]谭智力,朱冬姣,陈坚,等.一种三相四线统一电能质量调节器的零稳态误差控制策略[J].电工技术学报,20l,26(10):77-83.TANZhili,ZHUDongjiao,CHENJian,eta1.Anewzero—steady-stateerrorcontrolstrategyusedinthree--phasefour-wireUPQC[J].TransactionsofChina—ElectrotechnicalSociety,2011,26(10):7783.[14]黄薇,周荔丹,郑益慧,等.基于神经网略PI重复控制器的三相并联有源电力滤波器[J].电力系统保护与控—制,2012,40(3):7884.HUANGWei,ZHOULidan,ZHENGYihui,eta1.Neural—networkPIpepetitivecontrollerforthreephasethree-wireshuntactivepowerfilter[J].PowerSystemProtectionandControl,2012,40(3):78.84.收稿日期:2014-1卜11;修回日期:2015-01-08作者简介:王玲(1983一),女,硕士,工程师,研究方向为电子式互感器技术研究;E.mail:w100532@163.tom冯字(1978-),男,博士,高级工程师,研究方向为特高压技术及互感器技术;邱进(1981一),男,硕士,工程师,研究方向为电子互感器及微机继电保护的研究。(编辑葛艳娜)
布丁老师
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档