无源LC滤波器补偿系统的仿真和应用数控雕铣机

无源LC滤波器补偿系统的仿真和应用

无源LC滤波器补偿系统的仿真和应用 2011： 众所周知，用于无功补偿和谐波治理的无源LC滤波补偿器，虽然结构简单、价格低廉，但也存在问题：滤波特性受电源阻抗及自身参数变化影响较大；若参数选择不当易与电网产生谐振或谐波放大，使整个系统无法工作，而且还有可能存在过载问题。如何使滤波器可靠地投入运行，是人们关心的问题。无论是在已有工程还是新建工程，上LC滤波器项目，都希望了解负载在电网系统中产生的有功、无功和谐波参数，了解投入滤波器后电网治理的效果和滤波器本身运行的安全裕度。这些工作应用计算机仿真技术非常有效。好的仿真软件仿真度高，可以在未投入前就对投入后的状况了如指掌。我们结合铜陵金隆铜业公司铜电解晶闸管电控设备的滤波器工程项目，对6kV电网、负载、滤波器进行了仿真。本文介绍了仿真方法和仿真与实测结果的比较。仿真软件是在VB语言环境下自编而成的，谐波检测是用美国FLUKE41B谐波测试仪测试的。

1　仿真系统组成

金隆铜业公司的电解生产，工艺上设有种板电解、生产电解及净液电解3套晶闸管整流装置，主电路采用晶闸管控制的双反星形带平衡电抗器电路，变压器是Δ／Y－11，6脉冲触发。滤波器设置在6kV电网上，由5、7、11、13次4组滤波回路组成。由于电解负载非常平稳，这就方便了仿真与实测数据的对照检查。仿真数据是针对视在功率，无功功率，功率因数，基波有功、无功电流，5、7、11、13次谐波电流、电压，电流、电压畸变率，电网电压值及晶闸管重叠角等进行的。仿真输入参数有：电网容量S1，空载电压U1L0，电网短路阻抗UK1％，负载变压器容量S2，二次电压U2L0，变压器短路阻抗UK2％，控制角误差和负载电压、电流值。金隆铜业公司的电解生产工艺的3个负载在测试时的参数：种板负载直流电压Ud=20V，直流电流I=27．04kA；电解负载直流电压Ud=104V，直流电流I=27．24kA；净液负载直流电压Ud=50V，直流电流I=5kA。仿真是对系统的负载、滤波器和电网3部分分别进行的，等效系统如图1所示。仿真框图见图2[1～2>。2　仿真内容

2．1　负载的仿真与实测的对照

对于晶闸管控制的双反星形带平衡电抗器电路，如图3所示。仿真软件首先建立负载运行的数学模型，它包括晶闸管触发角α，重叠角γ的付氏级数展开式的模型[3>，即　　n=6k±1,k=1,2,3，…；Id为直流负载电流；IL为变压器一次负载电流。　　由此求出包括基波及各次谐波的有功、无功电流。由于现场条件限制，只以电解负载的仿真结果与实测结果进行谐波分析对照(见表1)，测试条件如下。电解负载:电压93．4V，电流25kA；变压器(11档):容量3621kVA，二次电压188．8V，有载损耗75kW；电流互感器:600A／5A，电流测试探头放大倍数为10倍；电压互感器:6000V／100V。　　误差分析：表1中实测与仿真结果有一高一低之差，即实测中的视在功率，有功电流，无功电流比仿真的高，各特征谐波值比仿真的低。其主要原因是仿真时没有考虑变压器负载损耗及线损，使仿真的视在功率数据比实测值少了85．6kVA，相应的基波电流仿真值也比实际电流小了一些，谐波电流的仿真值比实测多了些。由于仿真时是取变压器铭牌上的短路阻抗UK2％为6．8，重叠角为10．7°的，而实测短路阻抗UK2％为13．7，重叠角为13．2°。说明仿真没有考虑变压器二次侧线路电感影响，致使仿真结果谐波偏大。图4是仿真和实测负载电流(补偿前)波形图。2．2滤波器投入的仿真与实测对照

上节仿真得到了负载电流，也就是说知道了应该补偿的无功功率和谐波电流。将实测的滤波器电感、电容值送入仿真程序，投入运行，仿真得到滤波器各个滤波回路的电流、电容电压值。进行仿真与实测值对照，实测值与额定值比较，这样就对滤波器安全运行心中有数。滤波器仿真程序见图2。表2是滤波器的仿真与实测对照表，表中各次谐波电流表示各个回路中该次谐波电流的叠加之和。各次回路电容电压实测值低于额定值，电流实测值稍高于额定值，不超过10％，说明滤波器回路是安全的。2．3电网运行的仿真与实测对照　　我们知道，电网有其短路阻抗，即存在电网电抗Xk值，在一定负载下电网电抗有一个电压下降值。当滤波器投入后，吸收了无功和谐波，使电网总电流下降，由此引起负载端电压上升。此上升值使晶闸管触发角后移，引起负载电流变化。这个变化电流又将影响

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