智慧電網中的電力質量調節器

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電力質量調節器只不過是智慧電網網路中用於將電力質量特性維持在指定限值內的裝置。電力質量調節器的主要功能是提高輸送到電力負載裝置的電力質量。

電力質量調節器透過減少各種干擾並提高網路的整體效能來改善智慧電網系統中的電力質量。這些裝置對於開發穩定且高質量的供電系統至關重要。

在本智慧電網教程章節中，我們將學習電力質量調節器、其功能、型別以及在智慧電網技術領域中的優勢。

什麼是電力質量調節器？

在現代電網或智慧電網的背景下，電力質量調節器是一種設計用於改善輸送到終端使用者電力負載裝置的電力質量的裝置。電力質量調節器透過持續監控和調節流經電網的電力供應來工作。它能夠自動補償電力質量問題，例如波形失真、電壓跌落/升高、諧波失真、中斷等。

電力質量調節器也稱為線路調節器或電源調節器。雖然沒有電力質量調節器的官方定義，但它們是可以將電源電壓維持在負載裝置正常執行所需適當水平的裝置。

一些常見的電力質量調節器示例包括電壓調節器、功率因數校正裝置、噪聲抑制器、瞬態脈衝保護器等。

電力質量調節器的功能

在智慧電網系統中，電力質量調節器的關鍵功能如下：

• 提供適當水平和特性的電壓和電流，以便負載裝置能夠正常執行。
• 提高公用電網和微電網之間的電力傳輸效率。
• 將公用電網和微電網與其各自的干擾和噪聲隔離開。
• 與分散式能源資源和儲能系統無縫整合。

電力質量調節器的型別

以下是幾種最常用的電力質量調節器型別：

• 分散式靜止無功補償器 (DSTATCOM)
• 有源電力濾波器 - 並聯、串聯和混合
• 統一電力質量調節器

讓我們詳細討論這些不同型別的電力質量調節器。

1. 分散式靜止無功補償器 (DSTATCOM)

分散式靜止無功補償器 (DSTATCOM) 是一種基於電壓源轉換器的定製電力裝置，旨在精確調節系統電壓。它並聯連線到配電網路。DSTATCOM的主要功能包括電壓曲線改善、減少諧波和負載補償。

這種電力質量調節器還可以減少電壓暫降，並透過向電網注入有功或無功功率來改善電壓的大小和相角。

因此，DSTATCOM可以在智慧電網網路中執行三種不同的功能，即電壓調節、無功功率補償和功率因數校正。此外，它還可以減少或消除電流諧波。

分散式靜止無功補償器的框圖如下所示：

DSTATCOM的電壓源轉換器將儲能裝置上的直流電壓轉換為一組三相交流輸出電壓。這些電壓同相，並透過耦合變壓器耦合到交流系統。這種佈置允許DSTATCOM吸收或產生可控的有功和無功功率。

2. 有源電力濾波器

有源電力濾波器是先進的電力電子裝置，設計用於電力質量調節。這些裝置能夠補償諧波失真、無功功率和零序電流。此外，有源濾波器還可用於電壓調節、消除電壓閃爍和三相系統中的負載平衡。

有源電力濾波器透過持續監控電網提供動態補償。

根據配置和應用，有源電力濾波器可分為以下三種類型：

• 並聯有源電力濾波器
• 串聯有源電力濾波器
• 混合有源電力濾波器

這裡解釋了這三種類型的有源電力濾波器。

並聯有源電力濾波器

這些有源電力濾波器與負載並聯連線，如下圖所示：

並聯有源電力濾波器透過向電力系統注入相等但相反的諧波補償電流來抵消諧波電流。這些電力質量調節器非常適合補償所有與電流相關的問題，例如無功功率補償、功率因數改善、電流諧波和不平衡負載補償。

串聯有源電力濾波器

串聯有源電力濾波器用於智慧電網網路中補償非線性負載引起的電力質量問題。這些濾波器與負載串聯連線，如下圖所示：

串聯有源電力濾波器的工作原理是產生與必須抵消的電壓諧波分量頻率相同的補償電壓。

這些有源電力濾波器非常適合補償智慧電網網路中所有與電壓相關的電力質量問題，例如電壓諧波、電壓跌落、電壓升高或電壓閃爍。

混合有源電力濾波器

混合有源電力濾波器是將有源和無源濾波器元件組合在一個電路中的濾波器。設計混合有源濾波器的主要目的是降低靜態補償的成本。

提供無源濾波器以抵消與負載最相關的諧波，而有源濾波器用於改善無源濾波器的效能或抵消其他諧波分量。

3. 不同的混合拓撲結構

下圖顯示了不同的混合拓撲結構。

帶有並聯無源濾波器和並聯有源濾波器的混合濾波器

下圖顯示了帶有並聯無源濾波器和並聯有源濾波器的混合濾波器的拓撲結構：

帶有並聯無源濾波器和串聯有源濾波器的混合濾波器

下圖顯示了帶有並聯無源濾波器和串聯有源濾波器的混合濾波器的拓撲結構：

帶有串聯有源濾波器和並聯無源濾波器的混合濾波器

下圖顯示了帶有串聯有源濾波器和並聯無源濾波器的混合濾波器的拓撲結構：

下表總結了這三種混合濾波器拓撲結構的主要特性：

統一電力質量調節器 (UPQC)

統一電力質量調節器 (UPQC) 是一種先進的電力電子裝置，它將串聯有源電力濾波器和並聯有源電力濾波器組合在一個單元中。因此，它能夠同時補償電壓和電流擾動以及無功功率。

統一電力質量調節器的硬體結構如下圖所示。

在這種型別的電力質量調節器中，串聯有源電力濾波器補償源電壓擾動，例如電壓諧波、電壓尖峰和跌落等。而並聯有源電力濾波器補償負載電流擾動，例如電流諧波、功率因數校正、無功功率、不平衡負載電流等。

並聯有源電力濾波器還可以控制直流母線電壓，以確保UPQC的補償能力。

電力質量調節器的優點

以下是電力質量調節器在智慧電網網路中使用的一些主要優點：

• 減少電網中的電壓波動和擾動，從而提高供電可靠性。
• 提高功率因數並最大限度地減少電網中的能量損失。這導致效率提高和運營成本降低。
• 提高供電的整體效能，以符合電力質量標準。
• 使電網穩定並降低裝置發生故障的風險。

結論

電力質量調節器是現代智慧電網系統的重要組成部分，因為它們使系統可靠穩定，以滿足電力質量標準的要求。

電力質量調節器的主要功能是在智慧電網中補償電壓波動、電流諧波、波形失真、功率因數低等電力質量問題。