基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计.pdf
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1、工業加熟.54.INDUSTRIALHEATINGD0I:10.3969/j.issn.1002-1639.2023.06.013基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计王汝英,刘万龙,董建强,张海涛(天津市普迅电力信息技术有限公司,天津3 0 0 3 0 0)摘要:针对电炉加热过程中负载增加会引起电机电力系统电压波动与闪变等问题,提出基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计,首先对SVG无功补偿原理加以分析,然后引人RBF神经网络预测无功补偿容量及电纳参考值,最后将SVG和SVC相结合构建混合无功补偿系统,通过分析电力系统和电炉电能负载的不同状态,规划对应的无功补偿策略,实现电炉电能
2、质量增强。实验结果表明,所提方法的薄弱节点补偿效果更好、补偿后电炉节点电压稳定裕度更理想、收敛时间更短。关键词:SVG无功补偿;电炉电能质量;RBF神经网络;电机负载状态;电纳参考值中图分类号:TP183文章编号:10 0 2-16 3 9(2 0 2 3)0 6-0 0 54-0 4Design of Electric Furnace Power Quality Enhancement Algorithm Based on SvG Reactive Power CompensationWANG Ruying,LIU Wanlong,DONG Jianqiang,ZHANG Haitao(Ti
3、anjin Puxun Power Information Technology Co.Ltd.,Tianjin 300300,China)Abstract:Aiming at the problems of voltage fluctuation and flicker of motor power system caused by the increase of load in the heating processof electric furnace,a design of electric furnace power quality enhancement algorithm bas
4、ed on SVG reactive power compensation is proposed.Firstly,the principle of SVG reactive power compensation is analyzed,and then RBF neural network is introduced to predict the reactive powercompensation capacity and susceptance reference value.Finally,SVG and SVC are combined to build a hybrid react
5、ive power compensationsystem,by analyzing the different states of the power system and the electric energy load of the electric furnace,the corresponding reactivepower compensation strategy is planned to enhance the electric energy quality of the electric furnace.The experimental results show that t
6、heproposed method has better compensation effect for weak nodes,better voltage stability margin of electric furnace nodes after compensation,and shorter convergence time.Key Words:SVG reactive power compensation;electric energy quality of electric furnace;RBF neural network;motor load status;suscep-
7、tance reference value电能是使用范围广泛、利用效率高且转换方便的现代化能源之一,电能应用情况能够体现出一个国家的发展程度。电能质量对于用电安全具有决定性的意义 ,随着工业和电子技术的现代化发展,工业电炉大量在热加工行业中投人使用,对热能使用单位的电力系统安全造成极大威胁。本文提出的无功补偿是维持电力系统输出稳定性的有效途径之一2 ,无功补偿系统通过持续不断的无功补偿能够抑制电压闪变等问收稿日期:2 0 2 2-0 7-11基金项目:国家重点研发计划“协同研发项目(SGITG-LJXTYF-2018-4-1)作者简介:王汝英(197 0 一),男,硕士,教授级高级工程师,研究
8、方向为电力信息化、能源物联网、智慧能源;刘万龙(197 6 一),男,本科,工程师,研究方向为云计算、地理信息、电力信息化;董建强(198 4一),男,本科,工程师,研究方向为电力系统自动化、智慧能源服务;张海涛(197 5一),男,硕士,经济师,研究方向为软件开发、信息化管理,2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023文献标志码:A题,在满足电炉用电需求同时保障用电安全。龚雪娇3 等人以传统非支配排序差分进化法为基础,采用反向学习算法初始化种群并对相应参数自适应调控,丰富Pareto最优解多样性,解决无功优化问题,从而实现电炉电能质量增强。张4 等人对逆变回馈设备加以分析,推测
9、公共连接点全天功率因数,结合设定的目标功率获取无功功率补偿值,以SVG最小容量为目标构建线性规划模型,求解得到规划策略,实现电能质量增强。项恩新5 等人将储能装置与无功补偿装置相结合,构建协同规划模型,以运行状态、安全性和电网潮流为约束条件,依据系统中成本总和建立目标函数并求解,实现电能质量增强。以上方法在计算无功补偿容量时所用的算法过于复杂,导致薄弱节点补偿效果较差、补偿后节点电压稳定裕度不理想、收敛时间长的问题。为了解决上述方法中存在的问题,提出基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计。UIABC 公式如下所示:cosWotUsA(2)工业加熟2023年第52 卷第6 期Vol.52N
10、o.620231电炉电能质量增强所需无功补偿容量预测1.1SVG无功补偿原理静止无功发生器(static vargenerator,简称SVG)是一种与电网的频率相同的功率电子器件6 ,其工作原理和一个与电网频率一致的交流电压源类似,通过开启或关闭电力电子器件转换直流侧电压为与电网频率一致的交流侧电压并输出,SVG通常借助交流电抗电器与电力系统相连。添加SVG与反应器、换能器之间的联系损失因子,假设U,表示连接X和R的电压,R表示等效电阻,X表示电抗器,L表示X的电感,构建单相等效电路和相量图,如图1所示。mXLUL(a)SVG等效电路图UsIRoLUsvG(b)容性工况,电流超前UsARIR
11、IASAALR+(d)SVG三相简化电路图图1SVG单相等效电路、相量图及三相简化电路图在图1中,U,表示电力系统电压有效值,Usvc表示SVG输出电压,表示连接X的阻抗角,表示Us与Usvc的相位角,表示交流电源电压角速度,在图1(1)中,SVG自身损耗被归算至交流侧且与电抗器电阻共同考虑,但现实中,该损耗出现在SVG内部,需要SVG吸收交流侧部分能量用以补充。所以,实际SVG交流侧电压与电流相位差略小于90。假设存在理想状态下开关器件,用Upc表示直流电压,Ipc表示直流电流,R表示等效电阻,L表示等效电感,A、B、C 分别为三相参数,IA、IB、Ic 分别表示A、B、C 各相电流,UsA
12、、UsB、U s c 表示A、B、C 各相电压,构建SVG三相简化电路如图1(d)所示。用UsABC表示电源线电压,UIABC表示逆变器输出电压,UiA、U 和Uic表示逆变器输出电压的各相电压分值,o表示系统工频电压角速度,t表示电压周期,m表示设备输出线电压与直流侧电压比值,则UsABc和INDUSTRIALHEATINGUSABCUIABC用Ip表示瞬时有功电流,I。表示瞬时无功电流,出R表示交流电力系统变比,C表示电容量,根据基尔霍夫定理推算电压回路方程与能量守恒定律,可得到有名UsvG值数学模型如下所示:RLUsvoIoLIRUU(c)感性工况,电流滞后IocLDCIAC逆变器YY2
13、UsB2UCOSWot3cosWot+3TTcos(wot+)2UiB23ddt由于有名值是带有显著个性特征的物理量,将其用于本质特征描述缺乏普遍性,在三线静止坐标系中将SVG全部物理量折算至交流侧,以便对系统加以研究和应用,用()表示标幺后相应参数值,则可得到标么后模型如下所示:ddtUDCR1(La)R-1(Loo)L(Cwo)cos(Cwo)cos1UDCSVG逆变器采用脉冲宽度调制技术,通过调节输3TT2COSWot+32cos(wot+T3(1)山cosLR业-WocosLL业业sinCCosC0Us001sin(Loo)0(3)工業加熟56INDUSTRIALHEATING出正弦变
14、化的脉宽减少输出电压中低次谐波占比,促使SVG输出更为优质的正弦波形,从而提高电力系统输出电能质量。1.2无功补偿容量预测为实现有效的电炉电能质量增强,在无功补偿前需要准确预测并合理规划所需补偿的无功容量,传统无功补偿通常采用电力系统潮流计算方法 7 ,该方法运算复杂,需要耗费大量时间成本,无法满足无功补偿实时性要求,因此基于SVG无功补偿的电能质量增强算法设计引人径向基函数(radial basis function,简称RBF)神经网络,可以有效地求出电炉电力系统的无功补偿容量,从而使计算变得简单,满足实时性补偿需要。RBF神经网络 8 的特点是训练效率高,分类能力强。以x1,x2,,x
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