变电站无功优化与谐波抑制策略研究

发布时间：2020-03-19 19:27

【摘要】：近年来电力电子等非线性设备的广泛应用,使其成为电力系统主要的谐波源,同时它会消耗大量的无功功率。变电站作为电力系统的重要组成部分,对其进行无功优化与谐波抑制具有重要的工程意义。本文首先对无功优化与谐波抑制的基本原理进行了详细阐述,包括无功优化与谐波治理的必要性、常用方法等。研究典型谐波源如牵引变电站机车负荷、中频炉的工作原理及结构特点的基础上进行谐波分析,并搭建数学仿真模型分析其产生谐波的原因及对应的特征谐波。针对变电站综合谐波源产生的多次谐波,同时考虑变电站现场空间场地、谐波特征及经济性等约束条件,本文采用以无源滤波器为主的滤波兼无功补偿方案。通过对变电站实测数据的研究分析得出并补电容器损坏是由高中压侧非线性负荷注入大量谐波电流导致的结论。为提高变电站电压质量、降低谐波水平并保证电气设备运行经济性,本文利用ETAP最佳电容器位置模块进行电容器位置的优化选择;并将电容器位置优化结果与滤波器补偿容量优化选择结果对比分析其滤波效果、补偿性能、经济性;最后分别对两种优化结果的滤波器参数进行了仿真对比研究,最终确定采用将滤波补偿装置安装在10kV侧的方案,以此降低变电站谐波电压水平,提高负荷功率因数,改善变电站内电气设备运行环境。本文以110kV变电站无功补偿兼滤波装置系统的设计为研究背景,从滤波性能、经济性和无功补偿装置的优化规划三方面选择最佳补偿位置。通过仿真对比分析确定无功补偿兼滤波方案,最终解决变电站补偿设备频繁损坏的问题。最后验证了无功补偿与谐波抑制策略可行性问题,并对电容器与滤波电感参数优化匹配提供改进依据,为研究改善非线性负荷所引起的电压质量问题提供了理论基础,具有一定的实际参考价值。
【图文】：

2 3 1 1 1(sin( ) sin 5( ) sin 7( ) sin11( )5 7 11a di I t t t t 1 1sin13( ) sin17( )13 17 t t …) （3-4）由式（3-4）可得各次电流有效值为：166( 6 1, 1, 2,3 )dn dI II I n k kn …（3-5） 1为进线侧的基波电流有效值； 为进线侧的 n 次谐波电流有效值。由式（3-5）可知6脉冲整流电路产生的谐波次数为5、7、11、13等6 1（ 为整数这些谐波分量被称为 6 脉冲整流电路的特征谐波，且各次谐波含有率为谐波电效值与基波电流有效值的比值，即为谐波次数 n 的倒数。下面以三相整流逆变为例，仿真模型图如 3-4 所示，运行结果如图 3-5。说明中频炉设备在交流变、直流变交流过程中的电压电流波形及其谐波特性，结果验证了中频炉负荷谐染主要是交流变直流过程中 5、7、11 次谐波电流导致。

(c) 谐波电压含有率柱状图图 3-5 输出电压电流波形图 3-5(a)中 Vdc、Vab inverter、Vab load、modulation index 分别为整流桥输出波形、逆变器输出电压波形、负载电压波形及电压调节器调制指数波形，可以明显看出负载电压波形有很多毛刺、曲线非常不光滑，对其进行傅里叶分析可得到图（b）、（c）所示的谐波含量成分列表及柱状图，图中表明 6 脉波整流负荷其谐波含量特征表现为 5、7、11 次谐波含量较高。3.2.2 电气化机车负荷谐波特性电气化铁路是在铁路沿线建立若干个由三相电力系统110kV或220kV双电源供电的牵引变电站，经牵引变压器降压至 27.5kV 或 50kV 后通过牵引网(接触网)向电力机车供电[51]。我国牵引供电系统通常采用的是工频单相 25kV 交流制式，牵引网额定电压为 25kV，长期运行电压不高于 27.5kV，不超过五分钟的短时运行电压不高于 29kV，最低工作电压不低于 20kV[52]。图 3-6 为电力牵引系统基本构成简图。输电线三相系统输电线三相系统
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM63

【参考文献】

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本文编号：2590610