可控負(fù)荷特性模擬裝置綜述

摘 要:本文分析了當(dāng)前科技發(fā)展及電力系統(tǒng)實驗研究對于可以精確模擬各種負(fù)荷特性及綜合負(fù)荷特性的裝置的需求及該裝置的重要性，并在分析傳統(tǒng)可控負(fù)荷特性模擬實驗裝置缺陷的基礎(chǔ)上，提出了利用電力電子器件實現(xiàn)可控負(fù)荷特性模擬功能的裝置的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該電路由整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級聯(lián)H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗組成，能有效模擬諧波電流發(fā)生、電流波動和負(fù)荷電流不平衡，并能模擬各種復(fù)合擾動。

關(guān)鍵詞:動模試驗電能質(zhì)量負(fù)荷模擬主電路拓?fù)?/p>

中圖分類號:TM76文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0118-01

傳統(tǒng)的可控負(fù)荷模擬裝置存在不少缺陷，也不符合當(dāng)前節(jié)能減排的大趨勢。本文提出了利用電力電子器件實現(xiàn)可控負(fù)荷特性模擬功能的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用電力電子器件不僅可以克服傳統(tǒng)裝置的缺點，而且體積小，可節(jié)約能量。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 電能質(zhì)量擾動源日益增多

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，接入電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷的數(shù)量和容量迅速增加，對電能質(zhì)量的影響日益增大。電力電子設(shè)備作為供電電源與用電設(shè)備間的非線性接口電路．在實現(xiàn)功率控制和處理的同時．也帶來了諧波污染、公共連接點電壓嚴(yán)重畸變和電磁干擾等問題。

電氣化鐵路以其牽引力大、速度快、能耗低、效率高、污染小、對環(huán)境友好等優(yōu)越性而得到快速發(fā)展。但由于電力機車的非線性、單相、沖擊特性，在電力機車運行過程中產(chǎn)生大量三相不平衡的諧波和負(fù)序電流，且電力機車沿鐵路移動用電，產(chǎn)生的危害遠(yuǎn)比其它諧波源和負(fù)序源更為嚴(yán)重和廣泛，如不能得到及時有效治理，將注入電力系統(tǒng)，影響全網(wǎng)。

電石爐是一種高耗能的冶煉設(shè)備，具有電阻電弧爐的特性。電石爐運行時，很低的功率因數(shù)使得損耗增加效率降低，產(chǎn)生的諧波使電網(wǎng)電能質(zhì)量降低。通常電石爐的自然功率因數(shù)都在0.8以下，這樣低的功率因數(shù)使得電網(wǎng)損耗很大，整個系統(tǒng)效率很低。工業(yè)電弧爐也是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中主要的諧波源之一。

變頻器的應(yīng)用越來越普及，特別是在風(fēng)機、水泵等傳動系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。變頻器的應(yīng)用雖然產(chǎn)生了顯著的節(jié)能效益，但隨之而來的諧波問題不容忽視，諧波危害日趨嚴(yán)重。

電力電子裝置本身就是一個大的諧波源，此處不再贅述其他裝置。實現(xiàn)對各種擾動的性能分析，可以使我們更好的學(xué)習(xí)各種擾動對于系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊，從而更好的了解各種負(fù)荷特性，有針對性的提出解決目標(biāo)。具有很好的現(xiàn)實意義。新裝置、新設(shè)備投入運行前的試驗需要用到可控負(fù)荷模擬實驗裝置。

1.2 負(fù)荷模擬裝置現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗中使用的負(fù)荷模型有異步機組負(fù)荷模型、燈箱負(fù)荷模型、串并聯(lián)電容器模型等，通過改變電壓、串聯(lián)回路內(nèi)的電阻電抗，或者改變電動發(fā)電機組的激磁特性及附加飛輪片，可以得到一定范圍內(nèi)變化的負(fù)荷。但這類模擬負(fù)荷存在體積龐大、元件數(shù)量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點，無法精確模擬時變的系統(tǒng)負(fù)荷，同時對于動模實驗也造成了很多不便。在當(dāng)今形勢下，傳統(tǒng)的負(fù)荷模型已不能滿足動模試驗的要求。

2 電路主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及說明

本文提出的利用電力電子器件實現(xiàn)的可控負(fù)荷品質(zhì)擾動發(fā)生裝置與傳統(tǒng)的電流型電能質(zhì)量擾動裝置不同，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

這種模塊化可控負(fù)荷電流擾動發(fā)生裝置主電路拓?fù)淙鐖D1所示。裝置直流電源由單相多繞組整流變壓器和PWM整流器構(gòu)成，直接從電網(wǎng)獲取。逆變部分采用差異模塊結(jié)構(gòu)，分為諧波功率模塊和基波功率模塊。諧波模塊由高頻H橋逆變器構(gòu)成，能夠產(chǎn)生諧波電流。基波模塊采用低頻3H橋級聯(lián)的鏈?zhǔn)蕉嚯娖浇Y(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)基波頻率電流發(fā)生、電流波動發(fā)生和負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)等功能。

一次主電路結(jié)構(gòu)包括輸入單相多繞組整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級聯(lián)H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗。以A相為例，如圖2所示，進(jìn)行詳細(xì)說明。

分別由輸入整流變壓器，PWM整流器，放電支路，高頻H橋模塊，低頻級聯(lián)H橋模塊，高頻連接電抗，低頻連接電抗構(gòu)成。

3 結(jié)語

可控負(fù)荷模擬實驗裝置是一種多功能可控負(fù)荷品質(zhì)擾動源，可有效模擬包括諧波、無功、有功、電流擾動、三相不平衡電流在內(nèi)的各種負(fù)荷特性，并能模擬復(fù)合特性。利用電力電子器件實現(xiàn)的可控負(fù)荷特性模擬裝置可以很好的克服傳統(tǒng)裝置的缺點，體積小、元件數(shù)量少、成本低、易在線更改、模擬精度高，能實現(xiàn)多目標(biāo)復(fù)合模擬，可以模擬各種單一以及復(fù)合的負(fù)載特性，并可將能量回饋給電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果，可較好地滿足動模試驗的要求。

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