智能电网复合电能质量控制装置研究

摘要

随着现代工业化的发展，非线性、不平衡、冲击性负荷的使用越来越普遍，电网中的谐波与无功问题不但引起配电系统能效降低，也影响了智能电网的供电质量。为保障智能电网的安全运行，满足电力用户对电能质量的要求，国家电网公司提出了研制能同时治理谐波与无功问题的电能质量控制装置，即复合电能质量控制装置。该装置具有复合电能质量治理能力，不仅可以独立治理电网中的谐波和补偿电网中的无功，维持电压稳定，还可以同时治理这两种电能质量问题。随着这一研制计划的提出，对复合电能质量控制装置的拓扑结构、检测算法和补偿控制策略等方面的研究成为众多学者研究的热点。 本文首先介绍了复合电能质量控制装置的工作原理和主电路拓扑结构，通过研究d-q旋转坐标系与三相abc坐标系的相互转换关系，建立了复合电能质量控制装置无功补偿单元、谐波补偿单元以及直流侧储能单元的数学模型。 其次研究了复合电能质量控制装置的检测与控制方法，针对电网谐波检测时延引起的控制精度下降、实时性较差的问题，研究了基于TLS-ESPRIT算法的波形比较谐波电流检测方法。通过对传统瞬时无功功率理论的深入研究，得到一种新型基于dq坐标系的改进无功检测方法。基于上述谐波和无功检测方法，文中给出了基于电流跟踪控制和空间矢量控制的复合电能质量控制装置控制策略。 最后给出了装置主要参数的计算模型。为了验证装置控制策略的可行性和有效性，在Matlab/Simulink环境中搭建了复合电能质量控制装置的仿真模型，对电力网络稳态、暂态情况下存在复合电能质量问题进行仿真研究。仿真结果表明，文中所述控制策略能将电流谐波控制在0.06%以内，同时维持负载端电压运行在安全范围内。

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