基于無功與負(fù)序?qū)ΨQ解耦的rupqc最優(yōu)補(bǔ)償策略

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1、基于無功與負(fù)序?qū)ΨQ解耦的RUPQC最優(yōu)補(bǔ)償策略第33卷　第16期2009年8月25日Vol.33　No.16Aug.25,2009魏應(yīng)冬,姜齊榮,韓英鐸,張春朋(清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市100084)摘要:針對(duì)牽引變電站電能質(zhì)量負(fù)序、,。在此基礎(chǔ)上建立鐵道統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(RUPQC),指出負(fù)序剩余度的相角差為RUPQC化條件。,得到RUPQC在特定功。,采用該策略在滿足全負(fù)荷范圍電。電磁暫態(tài)仿真表明該控制策略正確、有效。關(guān)鍵詞:;牽引變電站;電能質(zhì)量;無功補(bǔ)償;負(fù)序補(bǔ)償;功率容量?jī)?yōu)化中圖分類號(hào):TM7610　引言電氣化

2、鐵路牽引供電系統(tǒng)對(duì)于電力系統(tǒng)而言具有非線性、沖擊性和三相分布不對(duì)稱性的特點(diǎn),形成負(fù)序、諧波和無功等潮流并引起諸多電能質(zhì)量問題,不僅影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定以及包括繼電保護(hù)裝置在內(nèi)的相關(guān)設(shè)備正常使用,嚴(yán)重的還會(huì)危及電氣化鐵路自身的安全可靠運(yùn)行[122]。針對(duì)上述危害,許多國(guó)家制定了相關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[324],并根據(jù)實(shí)際情況采取了不同的治理措施[5211]。日本學(xué)者在文獻(xiàn)[12]中提出了并聯(lián)在牽引變電站二次側(cè)的鐵路靜止功率調(diào)節(jié)器(RPC)(本文稱之為鐵道統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(RUPQC))。RUPQC兼具相間有功功率平衡、無功補(bǔ)償、穩(wěn)定電壓和有源濾波等功能

3、,并具有對(duì)牽引變壓器自身補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn),因而表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,現(xiàn)已在新干線投入商業(yè)化運(yùn)行。然而由于牽引負(fù)荷容量在大范圍內(nèi)隨機(jī)波動(dòng),實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合完全———————————————————————————————————————————————補(bǔ)償需很大的RUPQC補(bǔ)償容量。為降低裝置成本,工程應(yīng)用中需設(shè)計(jì)基于有限功率容量的RUPQC不完全補(bǔ)償策略[8]。文獻(xiàn)[12]提出的控制方法的缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序和無功的靈活補(bǔ)償,而且補(bǔ)償效果對(duì)牽引負(fù)荷功率因數(shù)適應(yīng)性差,裝置容量無法充分利用。文獻(xiàn)[13]提出的不完全補(bǔ)償策略考慮了無功、負(fù)序及諧波補(bǔ)償度,

4、可實(shí)現(xiàn)對(duì)各補(bǔ)償目標(biāo)的獨(dú)立控制,缺點(diǎn)是未建立各補(bǔ)償目標(biāo)與裝置容量限制的解析關(guān)系,因此按某一負(fù)荷點(diǎn)設(shè)計(jì)補(bǔ)償度參數(shù)無法在全負(fù)荷范圍內(nèi)對(duì)裝置容量充分利用。收稿日期:2009204207;修回日期:2009205216。國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50777036)“;十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2007BAA12B05)。此外,傳統(tǒng)的綜合補(bǔ)償策略對(duì)負(fù)序分量采用的是一維直線型補(bǔ)償方式[13214],忽略了對(duì)無功、負(fù)序綜合補(bǔ)償時(shí)兩分量之間對(duì)于補(bǔ)償容量存在的優(yōu)化關(guān)系。綜上可知,傳統(tǒng)的綜合補(bǔ)償方式在理論和算法上均未能充分利用補(bǔ)償裝置的功率容量。本文通過提

5、出的負(fù)序剩余度矢量定義,揭示了其與RUPQC容量的優(yōu)化利用關(guān)系。然后提出基于負(fù)序和無功分量對(duì)稱解耦原理,在此基礎(chǔ)上得到針對(duì)平衡牽引變壓器的無功優(yōu)先的負(fù)序最優(yōu)補(bǔ)償解,以及RUPQC全負(fù)荷范圍的綜合最優(yōu)補(bǔ)償策略。1　RUPQC綜合補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型采用平衡變壓器的牽引變電站及RUPQC基本接線結(jié)構(gòu)如圖1所示。假設(shè)滿足以下條件:①牽引變壓器和補(bǔ)償裝置均為理想型,忽略其———————————————————————————————————————————————有功和無功損耗;②牽引變壓器空載與負(fù)載條件電壓相同;③系統(tǒng)側(cè)三相電壓對(duì)稱。不失一般性,可表示為:

6、UA=U0eUB=U0eUC=U0e????j0-j3j3(1)式中:U0為三相系統(tǒng)正序相電壓。以UA為參考相量,y表示變壓器牽引側(cè)兩輸出端口(y=1,2);根據(jù)文獻(xiàn)[14]提出的牽引變壓器電氣量一般變換關(guān)系,三相系統(tǒng)側(cè)正、負(fù)序電流分量I?+,I-與y端口電流Iy的關(guān)系可由下式表示:2?II??-=　∑KyIye-j———————————————————————————————————————————————y=1φy2(2)yyy=1∑KIe-j2(ψ+φ)yy—55—2009,33(16)?　式中:ψy為接線角,是端口y的電壓相量Uy相對(duì)

7、參考相量UA的相角差,以滯后為正;φy為功率因數(shù)角,是端口y電流相量與該端口電壓相量的相角差;Ky為端口y變壓器變比。?方式由1維拓展至2———————————————————————————————————————————————維。這種定義為補(bǔ)償裝置容量?jī)?yōu)化利用以及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)補(bǔ)償?shù)於死碚摶A(chǔ)。令平衡牽引變壓器輸出端口1為超前相,端口2為滯后相,則平衡牽引變壓器接線角關(guān)系為[14]:ψ1=η(6)ψ2=η+2式中:η,主要分為η=0和η=,,LeBlanc,Wood2,。(3)～式(6),并增加補(bǔ)償裝置與外部系,則基于平衡牽引變壓器的RUP

8、QC實(shí)現(xiàn)負(fù)序、無功綜合補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一數(shù)學(xué)模型,按實(shí)部和虛部分解后可表示為:2y=1s∑2CycosφCy=02y=1s∑2CysinφCy=(KC-1)1)(y+1)—