智能电网中的电力质量调节器

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电力质量调节器只不过是智能电网网络中用于将电力质量特性维持在指定限值内的设备。电力质量调节器的主要功能是提高输送到电力负载设备的电力质量。

电力质量调节器通过减少各种干扰并提高网络的整体性能来改善智能电网系统中的电力质量。这些设备对于开发稳定且高质量的供电系统至关重要。

在本智能电网教程章节中，我们将学习电力质量调节器、其功能、类型以及在智能电网技术领域中的优势。

什么是电力质量调节器？

在现代电网或智能电网的背景下，电力质量调节器是一种设计用于改善输送到最终用户电力负载设备的电力质量的设备。电力质量调节器通过持续监控和调节流经电网的电力供应来工作。它能够自动补偿电力质量问题，例如波形失真、电压跌落/升高、谐波失真、中断等。

电力质量调节器也称为线路调节器或电源调节器。虽然没有电力质量调节器的官方定义，但它们是可以将电源电压维持在负载设备正常运行所需适当水平的设备。

一些常见的电力质量调节器示例包括电压调节器、功率因数校正装置、噪声抑制器、瞬态脉冲保护器等。

电力质量调节器的功能

在智能电网系统中，电力质量调节器的关键功能如下：

• 提供适当水平和特性的电压和电流，以便负载设备能够正常运行。
• 提高公用电网和微电网之间的电力传输效率。
• 将公用电网和微电网与其各自的干扰和噪声隔离开。
• 与分布式能源资源和储能系统无缝集成。

电力质量调节器的类型

以下是几种最常用的电力质量调节器类型：

• 分布式静止无功补偿器 (DSTATCOM)
• 有源电力滤波器 - 并联、串联和混合
• 统一电力质量调节器

让我们详细讨论这些不同类型的电力质量调节器。

1. 分布式静止无功补偿器 (DSTATCOM)

分布式静止无功补偿器 (DSTATCOM) 是一种基于电压源转换器的定制电力设备，旨在精确调节系统电压。它并联连接到配电网络。DSTATCOM的主要功能包括电压曲线改善、减少谐波和负载补偿。

这种电力质量调节器还可以减少电压暂降，并通过向电网注入有功或无功功率来改善电压的大小和相角。

因此，DSTATCOM可以在智能电网网络中执行三种不同的功能，即电压调节、无功功率补偿和功率因数校正。此外，它还可以减少或消除电流谐波。

分布式静止无功补偿器的框图如下所示：

DSTATCOM的电压源转换器将储能装置上的直流电压转换为一组三相交流输出电压。这些电压同相，并通过耦合变压器耦合到交流系统。这种布置允许DSTATCOM吸收或产生可控的有功和无功功率。

2. 有源电力滤波器

有源电力滤波器是先进的电力电子设备，设计用于电力质量调节。这些设备能够补偿谐波失真、无功功率和零序电流。此外，有源滤波器还可用于电压调节、消除电压闪烁和三相系统中的负载平衡。

有源电力滤波器通过持续监控电网提供动态补偿。

根据配置和应用，有源电力滤波器可分为以下三种类型：

• 并联有源电力滤波器
• 串联有源电力滤波器
• 混合有源电力滤波器

这里解释了这三种类型的有源电力滤波器。

并联有源电力滤波器

这些有源电力滤波器与负载并联连接，如下图所示：

并联有源电力滤波器通过向电力系统注入相等但相反的谐波补偿电流来抵消谐波电流。这些电力质量调节器非常适合补偿所有与电流相关的问题，例如无功功率补偿、功率因数改善、电流谐波和不平衡负载补偿。

串联有源电力滤波器

串联有源电力滤波器用于智能电网网络中补偿非线性负载引起的电力质量问题。这些滤波器与负载串联连接，如下图所示：

串联有源电力滤波器的工作原理是产生与必须抵消的电压谐波分量频率相同的补偿电压。

这些有源电力滤波器非常适合补偿智能电网网络中所有与电压相关的电力质量问题，例如电压谐波、电压跌落、电压升高或电压闪烁。

混合有源电力滤波器

混合有源电力滤波器是将有源和无源滤波器组件组合在一个电路中的滤波器。设计混合有源滤波器的主要目的是降低静态补偿的成本。

提供无源滤波器以抵消与负载最相关的谐波，而有源滤波器用于改善无源滤波器的性能或抵消其他谐波分量。

3. 不同的混合拓扑结构

下图显示了不同的混合拓扑结构。

带有并联无源滤波器和并联有源滤波器的混合滤波器

下图显示了带有并联无源滤波器和并联有源滤波器的混合滤波器的拓扑结构：

带有并联无源滤波器和串联有源滤波器的混合滤波器

下图显示了带有并联无源滤波器和串联有源滤波器的混合滤波器的拓扑结构：

带有串联有源滤波器和并联无源滤波器的混合滤波器

下图显示了带有串联有源滤波器和并联无源滤波器的混合滤波器的拓扑结构：

下表总结了这三种混合滤波器拓扑结构的主要特性：

统一电力质量调节器 (UPQC)

统一电力质量调节器 (UPQC) 是一种先进的电力电子设备，它将串联有源电力滤波器和并联有源电力滤波器组合在一个单元中。因此，它能够同时补偿电压和电流扰动以及无功功率。

统一电力质量调节器的硬件结构如下图所示。

在这种类型的电力质量调节器中，串联有源电力滤波器补偿源电压扰动，例如电压谐波、电压尖峰和跌落等。而并联有源电力滤波器补偿负载电流扰动，例如电流谐波、功率因数校正、无功功率、不平衡负载电流等。

并联有源电力滤波器还可以控制直流母线电压，以确保UPQC的补偿能力。

电力质量调节器的优点

以下是电力质量调节器在智能电网网络中使用的一些主要优点：

• 减少电网中的电压波动和扰动，从而提高供电可靠性。
• 提高功率因数并最大限度地减少电网中的能量损失。这导致效率提高和运营成本降低。
• 提高供电的整体性能，以符合电力质量标准。
• 使电网稳定并降低设备发生故障的风险。

结论

电力质量调节器是现代智能电网系统的重要组成部分，因为它们使系统可靠稳定，以满足电力质量标准的要求。

电力质量调节器的主要功能是在智能电网中补偿电压波动、电流谐波、波形失真、功率因数低等电力质量问题。