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无功补偿的计算机仿真技术和仿真公式的介绍

2017-04-15 10:44:33 水阻柜网 阅读

0.必要性

在制作电网无功补偿和谐波滤波装置前,首先需要了解负载的电气特性,针对该负载配置补偿装置,补偿装置投入后,对于补偿装置的运行参数,电网的补偿效果以及补偿装置的安全性进行计算机仿真和校核。使得补偿装置的运行满足国标的要求。

由于负载的多样性,补偿装置的多样性,计算机仿真涵盖全部负载全部补偿装置很困难。通过最基本的晶闸管整流装置控制的直流负载仿真,了解仿真技术的基本原理,基本方法.同时介绍FC+TCR电路的基本原理和公式。

1 晶闸管整流装置控制的直流负载的仿真系统组成

  变压器是△/Y-11,6脉冲触发。滤波器设置在35KV、10KV、6kV电网上,由5、7、11、13次几组滤波回路组成。

仿真数据是针对晶闸管整流装置控制的直流负载的视在功率无功功率功率因数,基波有功、无功电流,5、7、11、13次谐波电流、电压,电流、电压畸变率,电网电压值及晶闸管重叠角等进行的。仿真输入参数有:电网容量S1,空载电压U1L0,电网短路阻抗UK1%,,负载变压器容量S2,二次电压U2L,变压器短路阻抗UK2%,控制角误差和负载电压电流值,仿真是对系统的负载、滤波器和电网三部分分别进行的,等效系统如图1所示。仿真框图见图2 [1] [3]

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图1:等效系统

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图2:系统框图

2 仿真内容

2.1负载的仿真与实测的对照

对于晶闸管控制的直流机电路,仿真软件首先建立负载运行的数学模型,它包括晶闸管触发角α,重叠角γ的付氏级数展开式的模型[2],晶闸管触发角α,重叠角γ的求法由“可控硅电路”教科书中查出。

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Id:为负载直流电流;

IL:为负载交流电流

由此求出包括基波及各次谐波的有功、无功电流。某负载为例,对负载、滤波器、电网仿真结果与实测结果进行谐波分析对照。负载仿真结果与实测结果进行谐波分析对照(见表1)。 

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2.2滤波器投入的仿真与实测对照

上节仿真得到了负载电流,也就是说知道了应该补偿的无功功率和谐波电流。将滤波器实测的L,C值送入仿真程序,投入运行,仿真得到滤波器各个滤波回路的电流,电容电压值。进行仿真与实测值对照,实测值与额定值比较。这样就对滤波器安全运行心中有数。滤波器仿真见程序框图,表2是滤波器的仿真与实测对照表,表中各次谐波电流表示各个回路中该次谐波的电流的叠加之和。各次回路电容电压实测值低于额定值,电流实测值稍高于额定值,不超过10%。滤波器回路是安全的。

对于单调谐滤波电路用导纳法求出滤波器的参数:

  Yfn=1/Zfn=Gfn+jBfn,

  Yfn:fn频率下的导纳

  Zfn:fn频率下的阻抗

  Gfn:fn频率下的电导

  Bfn:fn频率下的电纳

对于高通滤波器线求出阻抗值在求出导纳值

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  Yhp:高通滤波器的等效导纳

  Zhp:高通滤波器的等效阻抗

  2.3电网运行的仿真与实测对照

我们知道,电网有其短路阻抗,即存在电网电抗Xk值,在一定负载下电网电抗有一个电压下降值。当滤波器投入后,吸收了

表2 滤波器的仿真与实测对照

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无功和谐波,使电网总电流下降,由此引起负载端电压上升。此上升值使晶闸管触发角后移,引起负载电流变化。这个变化电流又将影响滤波器电流,基波电流引起电网电压变化,各次谐波分别作为电流源作用于滤波电路和电网电抗Xk上。谐波电路计算,依据线性电路原理,电网的电压源短路为零,求出各个滤波回路的电导G和电纳B后,各个电导相加得到总电导,各个电纳相加得到总电纳,由总电导、总电纳得到总导纳,总导纳的导数为总阻抗。In次谐波流过总阻抗产生谐波电压,谐波电压加到滤波回路和电网上产生相应的谐波电流。滤波器和电网电抗Xk参数均是频率的函数,各次谐波单独计算其在滤波电路及电网电抗Xk上的电流、电压值,再将数值进行矢量叠加(SQR[∑(I*I)]、SQR[∑(V*V)]),求出其总的电流、电压值。见电网运行的仿真程序框图。

另外, 在晶闸管控制的负载停止运行时,系统还有其它负载在工作,也产生谐波,我们称之为背景负载。

表3电网运行的仿真与实测对照

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这样,将电网谐波实测值减去背景负载电网谐波,再与仿真结果进行比较(见表3),数值相当,说明我们的仿真结果是正确的。

2.4谐振仿真

为了避免滤波器与电网发生谐振或者谐波电流放大,我们专门仿真了谐振曲线。我们知道,谐振时虚部为零,即电抗为零或电纳为零(串联谐振或并联谐振)。为此我们作出了滤波器与电网系统间并联谐振时电纳曲线和对背景谐波的串联谐振时电抗曲线,(见图3)。图中横坐标刻度线为50Hz的1,2,3…倍频率。凡曲线在某个倍频过零点时(即与刻度线相交)表示在某次谐波可能发生谐振, 若未过零点时(即与刻度线不交),则说明不会发生谐振,系统是安全的。曲线1是滤波器与电网系统间并联谐振时电纳曲线,横坐标上

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图3 仿真谐振曲线图

方是容性的,下方是感性的;曲线2是对背景谐波的串联谐振时电抗曲线,横坐标上方是感性的,下方是容性的。

3. FC+TCR电路

中压动态补偿装置多用FC+TCR电路.FC+TCR电路的基本原理为:当负载无功减少时,TCR的无功增加。负载无功加TCR无功稍大于FC的补偿无功。图4为TCR晶闸管控制电抗器的原理和电流波形图,图4(b)中的Th1、Th2为两个反并联的晶闸管组,分别在电源电压波的两个半周内导通,理想控制触发角α在90~180°范围内调节。

TCR电路导通角 和无功功率QTCR的计算公式如下:

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  式中, 为TCR电路的触发角;U为电网线电压。

而实际最小触发角不在90°,有一个最小角度,在最小角度触发时,TCR的输出无功功率达到额定值。TCR电路电抗器的电抗值为:

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图4 TCR接线原理和电流波形图

  计算TCR谐波电流

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  In:n次谐波的电流


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