2013第二届AASRI电力与能源系统小型定制电源园区的运行验证及改进方案

© 2013由Elsevier B.V.发布。由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 7（2014）107 - 1132013第二届AASRI电力与能源系统小型定制电源园区Manitha P.V. 1，Jishnu Sankar V.C. 2，Anjana P. Visal Raveendran2和Manjula G.Nair2电子电气工程系，Amrita VishwaVidyapeetham Amrita工程学院，班加罗尔校区1，Amritapuri校区2通讯作者。电话：+ 914763801280分机2308;电子邮件address:manjulagnair@am.amrita.edu摘要本文提出了一种改进的操作自定义电源公园与新提出的控制算法的串联有源滤波器。为工业区中的多个客户操作的定制电力设备形成称为定制电力园区（CPP）的公共平台。CPP提供高质量的高可靠性的供应比从公用事业在不同的等级。提出了基于GTO的静止转换开关、并联和串联有源滤波器的CPP增强运行方案，并联有源滤波器为园区提供谐波和无功支持，串联有源滤波器采用新提出的控制算法实现电压暂降/暂升和电压谐波抑制。开发了CPP的整体模型，并使用MATLAB/ Simulink模型进行了运行验证。© 2014 Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所关键词：定制电源设备;定制电源园区;静态转换开关;并联有源滤波器;串联有源滤波器。1. I介绍优质电源对于设备的正常工作至关重要，尤其是敏感负载。电能质量的原因是由于电源的不可靠性和负载侧的问题。由于电力系统的动态特性，它总是解决一些电能质量问题，如中断，凹陷，膨胀等另一个重要的关注点是对非线性负载的使用。非线性器件的使用，的功率通过引入电流谐波在系统本身有时构成测试电压大多数电力质量问题可以通过使用定制电力设备来缓解[2]。与解除管制策略对于公用事业来说必须向负载提供所需质量的电力© 2014 Elsevier B.诉 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.05.037108范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）107在大多数情况下是不可能的，现在天不能提供不同等级的功率。在这种情况下，可以建造和运营定制电力园区（CPP），以便以不同的价格向相同或不同的客户提供不同等级的电力。不同等级的电力通过在园区中结合不同的设备来实现，这将在后面的部分中讨论。CPP概念非常适用于工业或商业领域，这些领域的负载可达几兆瓦[2]。每个客户都可以根据其负载要求提供不同等级的功率。例如，一个工业或一个购物中心有临界或非临界负荷。工业可能具有非常关键的负载，例如过程控制、机器人工具等，这些负载甚至不能承受电能质量水平的微小变化。CPP将解决这些问题。在本文中，协调控制方案的开发有一个连接的设备和负载的控制，以便提供不同等级的功率与负载和源的问题。另一个重要的问题是电压检测方案。系统对电压变化的响应越快，系统工作越有效。这里使用abc到dq0的变换算法进行电压检测。并联型有源滤波器通过Icos算法实现谐波和无功补偿[5]。串联型有源滤波器通过一种新的算法提供电压支持和电压谐波补偿，该算法非常快速且易于实现。在MATLAB/Simulink模型中验证了CPP的整个操作。2. CPP的操作自定义电力园区主要有CPP变电站/园区，有两个进线馈线，即首选馈线和备用馈线。园区/变电站由一个STS（静态转换开关）、一个DG（柴油发电机）、并联有源滤波器（ShAF）和一个串联有源滤波器（SeAF）组成。该公园主要提供三种不同类别的电力，分别命名为A，AA，AAA。根据客户需求提供三种不同等级的电源。A类电源提供给最不关键的负载，AA级电源提供给下一优先级，AAA级电源提供给高度关键的负载，这些负载甚至不能容忍一秒钟的电源故障。在协调控制的帮助下，STS可以检测首选或备用馈线的电压，并切换到更高电压的馈线。采用并联有源滤波器和串联有源滤波器对电网进行滤波，消除谐波、电压暂降或暂升。在两个馈线故障的情况下，由柴油发电机向AA和AAA等关键负载提供电力。对于DG必须启动和同步的时间间隔，由串联有源滤波器提供最关键类别（AAA）的电力3. 用于改善CPP中的主要设备包括3.1 静态转换开关静态转换开关（STS）用于在首选馈电线电压降低的情况下，将园区的负荷从首选馈电线转移到备用馈电线。它由每相反并联连接的晶闸管/门极关断晶闸管组成。基于晶闸管的STS通常需要几毫秒到半个周期[6]。基于GTO的开关可以通过在栅极中施加反向电流来实现快速传输[7]，因为其具有关断能力。由于负载转移非常快，并且没有整流电路等，因此对于公园来说确实是有利的。唯一的问题是需要高负电流来关断GTO。另一个重要方面是保护公园内的设备[1]。`范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）1071093.2 并联有源滤波器。并联有源滤波器为AA和AAA负载提供无功和谐波功率支持。大多数工业负载可能是谐波污染负载，如电机驱动器等。并联有源滤波器消除了谐波和无功功率问题。它由一个并联的电压源逆变器通过耦合电感连接到系统。用于实现分流有源滤波器是Icos算法[5]。3.3 串联有源滤波器。串联有源滤波器（SeAF）为AAA负载提供电压支持和电压谐波消除。在某些时候，两条馈线的电压低于标称电压的90%。此时串联有源滤波器为AAA负载提供电压支持。在电压水平增加的情况下，它可以吸收过电压，提供高达10%的过电压值。存在另一种情况，其中当馈线电压下降到60%以下时以及在DG的启动延迟期间，SeAF提供100%的电压支持。因此，SeAF应该能够支持整个AAA负载3到5秒图1.串联有源滤波器控制器图（取决于DG启动和同步时间）。它消除了电压谐波，导致过程控制，医院关键负载/敏感仪器等的算法使用的是一个新提出的，其中快速凹陷/膨胀消除以及消除谐波的电源电压如图1所示。具有谐波、凹陷和隆起的电源电压被馈送到低通滤波器以用于导出基波电压。滤波后的电压的幅度通过峰值检测器检测，并与基波电压相除以获得单位幅度正弦波（Uabc）。然后将其与额定母线电压幅值相乘，以在补偿后在PCC处产生理想电压（VPCC*）。从VPCC* 中减去源电压，得到串联滤波器参考电压。通过比较滤波器参考电压和实际滤波器电压产生脉冲。3.4 柴油发电机/可再生能源停车场备用支持系统DG/RES应能够在首选和备用负载均发生故障的情况下提供全部AA和AAA负载。启动通常需要一些时间，同步在几秒钟内完成。代替使用DG，可再生电力可以通过电压/电流源逆变器提供给AA和AAA负载，这可以在没有时间延迟或非常小的延迟的情况下实现。110范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）1074. CPP控制图2.控制图流程图为了实现不同等级的功率，有必要对设备和负载进行适当的控制。控制由CPP控制中心完成，CPP控制中心连续监控优选和备用电压，并基于更高的所需电压水平，在优选和备用馈电线之间切换。如果两条馈线上的电压水平都很低，则通过控制STS来隔离两条馈线。此时，它隔离A负载和AA负载，并控制串联有源滤波器向整个AAA负载提供所需的电压电平，并向DG发送启动信号。DG启动后，它会拾取AAA和AA负载。控制方案流程图如图2所示，与[2]中所述的控制方案流程图类似，[3]除了DG开启和DG就绪检查能力。根据电压检测方案，操作速度（隔离和切换）将有所不同。使用的电压检测方案是abc到dq 0转换方法。检测方案类似于[3]。利用abc到dq0转换技术将测量电压转换为dq0轴，然后通过二阶中阻滤波器衰减电压瞬变，并发送到CPP主控制器进行条件检查。5. CPP模型仿真的第一部分示出了用于CPP的控制器在优选馈电线和备用馈电线之间切换以在CPP负载处保持稳定电压的有效性。第二部分说明串联有源滤波器消除电压凹陷/膨胀/消除的有效性，并联有源滤波器消除电流谐波和无功功率的要求，以便在AA和AAA负载上保持所需的电压质量和水平。仿真电路如图3所示。负载和系统条件为：电压- 415 V，A负载-10 kW，1 kvar，AA负载-10 kW，1 kvar，带R负载的二极管桥式整流器，AAA负载-10 kW。为了实现电压幅值的变化和电压谐波的注入，采用了两个可编程电源，用另一个电源代替DG。整个系统的控制器使用MATLAB功能块建模。`范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）107111图3.仿真图图4.优选和备用馈线的电压和电流以及A、AA和AAA负载的可用电压112范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）107该控制器的输入是通过优选的和替代的馈电线检测电压提供的。它根据流程图所示的条件检查首选和备用电压和开关高达0.05其次，将优选电压和备用电压设置为标称值。从0.05- 0.1，优选电压下降到额定值的80%，此时负载切换到具有额定电压的备用馈电线。对于时间0.1-0.15，优选电压恢复到标称电压并切换回优选馈电线。在0.15秒时，馈电线电压均下降至50%。此时，A负载被隔离，AA和AAA负载由DG组承担（假设没有启动延迟）。在0.25秒时，恢复优选和备用电压，并且将全部负载切换到优选馈电线。图4中显示了A、AA、AAA负载电压的各种条件以及优选和备用馈线电压。A负载获得不间断电源的所有时间，除了在故障的两个馈线的AA和AAA负载能够接收不间断电源在所有的时间，如图所示。4。图5显示了串联有源滤波器在园区中的性能。为了评估不同事件产生的效果。假设事件同时发生在两个馈线处。所以它会影响A和AA负载。最初，假定系统或馈线电压为标称值，且系统电压为0.05 s图5.电源电压、滤波器注入电压以及在电源馈线凹陷、隆起、电压谐波.图6.并联滤波器关闭和打开期间公用电源“a”相的电压和电流`范纳特Manitha等人/AASRI Procedia 7（2014）107113已降至70%。A和AA负载接收与馈线电压相同的低电压，而AAA电压由于串联有源滤波器支持而得以维持。在0.125秒时，电压增加到120%。在此事件中，AAA负载也接收标称电压。在0.2s时，谐波被注入到系统电压中，由于串联有源滤波器的电压谐波补偿能力，这对AAA负载操作没有影响。因此，AAA负载易受馈线电压问题的影响。并联有源滤波器在园区的性能如图6所示。在0.15 s内，并联有源滤波器关闭，电源电流谐波失真。在0.15s时，并联有源滤波器被接通，这通过为园区中的非线性负载提供谐波补偿和为AA和AAA负载提供无功补偿来使从源汲取的电流同相和正弦。6. 结论为定制动力园开发了控制方案，并通过MATLAB Simulink模型验证了CPP的运行。通过在首选和备用馈电线之间切换，CPP的负载在各种凹陷/隆起等条件下接收标称可用电压。并联有源滤波器为AA和AAA负载提供谐波和无功功率支持，并使公共耦合点（PCC）电流与PCC电压同相。串联有源滤波器消除了AAA负载的所有电压侧问题。电流谐波消除以及电压问题抑制确保向负载提供高质量的电力。因此，公园能够提供高质量的电力，而不是从一个正常的公用事业馈线A负载，也很好地调节不同质量的电力AA和AAA负载，通过利用并联和串联滤波器。这有助于客户根据灵敏度和可靠性要求选择任何级别或多个级别的功率。公园的有效性可以通过使用特殊的电压检测方案，动态负载运行等来提高，这可以被认为是这项工作的未来增强。引用[1] A. Ghosh和A. Joshi，1766-1774年，2004年。[2] N.G. Hingorani，[3] M.EminMeral，Ahmet Teke，CagatayBayindir，Mehmet Tumay，[4] Arindam Ghosh、RitwikMajumder、Gerard Ledwich和FiruzZare，“基于微电网的定制电力园区的电能质量增强运行和控制”，控制和自动化国际会议，新西兰基督城，2009年12月9日至11日，第11页。1669-1674年。[5]G.Bhuveneswari和ManjulaG.Nair，[6] M.N. Moschakis和N. D. Hatziargyroiu，基于晶闸管的静态转换开关的详细模型，IEEE电力输送学报，第18卷，第4期，2003年10月，第10页。1442[7] 林志荣，[8] J.H.Akagi、Y.Kanazawa和A.Nabae，第1A-20卷，第3期，第110 - 119页。第625-630页，5月/6月一九八四年