无功功率计量（精选9篇）
无功功率计量 篇1
1 无功功率
在交流电路中, 由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率, 一种是无功功率。无功功率比较抽象, 它是用于电路内电场与磁场的交换, 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功, 而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备, 要建立磁场, 就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯, 除需40多瓦有功功率 (镇流器也需消耗一部分有功功率) 来发光外, 还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功, 才被称之为“无功”。
2 无功功率的影响
无功功率对供、用电产生一定的不良影响, 主要表现在:a.降低发电机有功功率的输出;b.降低输、变电设备的供电能力;c.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加;d.造成低功率因数运行和电压下降, 使电气设备容量得不到充分发挥;
从发电机和高压输电线供给的无功功率, 远远满足不了负荷的需要, 所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率, 以保证用户对无功功率的需要, 这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
3 无功功率的计量方式
3.1 感容性无功计量方式。
目前应用最广泛的三相全电子多功能表, TH型为双方向电能表, 计量正、反有功 (正=正、反=反) 和感、容无功。TF型为单方向电能表, 计量正向有功和感、容无功电量, 反向有功计入正向有功, 同时反向有功单独计量, 作为判断防窃电和误接线的参考。TH和TF型表无功计量方式有两种:感、容性无功合计方式和感、容性无功分开计量方式。无功概念比较复杂:对于用电用户来讲, 用户是负载, 分为感性负载和容性负载两种, 根据IEC标准、1972年13A出版物推荐, 当负荷是“感性负荷”时, 无功功率为正。容性负荷无功为负。所以当选择为分开计量方式时, “正向有功”代表感性无功, “反向无功”代表容性无功。当选择为合计计量方式时, “正向有功”代表感性无功和容性无功的合计值, “反向无功”代表容性无功。
3.2 四象限无功的计量方式。
3.2.1 四象限无功的原理。
根据DL/T448-2000规程的5.4条的规定“具有正、反向送电的计量点应装设计量正向和反向有功电量以及四象限无功电量的电能表”注1, 根据该条的规定, 原先使用的1型的全电子多功能表只能计量感、容性无功已经不能满足要求, 为此计量所启用了具有四象限无功计量功能的DSSD331/DTSD341-3TF (H) 型电能表, 该表既可以计量感、容性无功也可以计量四象限无功。
根据电力部行业标准DL/T645-1997注2, 《多功能电能表通信规约》对电能测量四象限的定义如上图所示, 先把测量平面用竖轴和横轴划分为四个象限。右上角为I象限, 右下角为II象限依此按顺时针方向为III、Ⅳ象限。竖轴向上表示输入有功 (+A) , 竖轴向下表示输出有功 (-A) , 横轴向右表示输入无功 (+R) , 横轴向左表示输出无功 (-R) 。电压向量用U表示, 固定在竖轴上。瞬时电流用I表示, 其位置表示当前电能的输送方向。I位于第I象限, I与U相位角为φ (φ顺时针为正) , 表示输入有功 (+A) 和输入无功 (+R) 。所谓“输入”“输出”是相对于电网的用户边而言的。对于有功输入, 输出的概念很清楚。输入有功功率的含义就是电网向用户送电, 这是一种用电用户。输出有功功率就是用户向电网送电, 这是一种发电用户。
对于发电用户来讲, 用户是一台发电机, 吸收正无功相当于欠励磁, 输出无功 (-R) 相当于过励磁。
四象限无功的含义是:
I象限输入有功功率 (+A) 输入无功功率 (+RL)
II象限输出有功功率 (-A) 输入无功功率 (+RC)
III象限输出有功功率 (-A) 输出无功功率 (-RL)
IV象限输入有功功率 (+A) 输出无功功率 (-RC)
3.2.2 四象限无功的应用。
计量无功主要目的之一是计算力率。力率cosφ可由下式求得:
对于用电用户, 供电公司要考核其力率指数并与收费挂钩。执行力率高于规定值奖励, 低于规定值罚款的政策。对于发电用户供电公司也要考核其力率指标, 也与收费挂钩。我们知道作为用电用户要求其力率大些, 作为发电用户要求其力率小些, 互相矛盾。因此一定要把用电力率和发电力率分开进行考核。如果电能表不是计量四象限无功, 而是计量正向无功和反向无功, 就不能把该用户的用电力率与发电力率分开。所以, 想把用电力率与发电力率分开时, 就一定要采用具有四象限无功计量的电能表。
现在已经开始在双方向计量的用户安装使用的DSSD331/DTSD341-3TF (H) 型电能表具有四象限无功计量的功能, 它能把用电有功数据和发电有功数据分开, 也能把该用户用电时的无功数据和发电时的无功数据分开。根据图示可知:QI和QIV是用电时的无功, QII和QIII是发电时的无功。如果令cosφ|用电表示用电时力率, cosφ|发电表示该用户发电时力率, 那么利用cosφ|用电则可以奖罚该用电户用电时的完成力率情况, 用cosφ|发电则可以奖罚发电力率完成情况。
但是上述成立是有条件的, 也就是说并不是所有情况都适用。在TA一、二次都按正极性接线的情况下, 上式是成立的。现场实际上大部分的发电用户TA的一次都是反极性, 二次才是正极性, 这就使有功和无功都发生了变化, 有功计量是正向有功和反向有功互换, 无功计量也是输入都对应变为输出, 即I和III象限互换, II象限和IV象限互换, 这样一来, 用电力率就由I、IV象限的和变为II、III象限的和, 而发电力率就由II、III象限的和变为I、IV象限的和。所以, 对于双方向计量的用户, 确定极性是正确抄读数据的前提。在填写登记书的时候, 也应该在“备注”栏内标明极性的情况, 防止数据处理上出现偏差。
4 结论
无论是供电企业还是用户, 人们对无功功率的计量问题越来越重视, 四象限无功功能的启用, 满足了《电能计量管理规程》的要求, 计量公正、合理。
参考文献
[1]国家技术监督局.DL/T448-2000电能计量装置管理规程[S].2000 (6) .
[2]国家技术监督局.DL/T645-1997多功能电能表通讯规约[S].1997 (26) .
无功功率计量 篇2
1、补偿装置的响应时间
无功功率补偿装置的响应时间，是补偿装置最重要的指标之一，尤其在汽车工业的点焊机工况下，响应时间的快慢直接影响到钢板焊接质量。
TSC动态无功功率补偿装置的响应时间已经中国国家电控配电设备质量监督检验中心测试检验.补偿装置从网络检测、运算（控制器部分）到电子开关触发可控硅模块、直至投切电容器组实现无功补偿，总的响应时间≤20ms。
2、降低浪涌电流，延长设备使用寿命
高压 TSC 动态无功功率补偿装置是一种动态跟踪补偿的新型电容补偿装置，该产品采用全数字化智能控制系统，利用大功率晶闸管串联组成高压交流无触点开关，可实现对多级电容器组的快速过零投切。为防止和减小在电容器投入时产生的浪涌电流（浪涌电流过大会影响电容器的寿命），电容器的投切过程是一个很重要的技术问题。TSC动态无功功率补偿装置采用了电流过零触发技术，电容器组投入时不产生浪涌电流，不会对电容器及电子开关等器件造成损伤，延长了电容器、可控硅模块的使用寿命.TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用全智能控制,由控制器,双向可控硅,放电电阻,电容器,电抗器,保护元件组成。控制器实时跟踪测量负荷的功率因数,无功电流,与预先设定的给定值进行比较,动态控制投切不同组数的电容器,以保证功率因数始终满足设定要求。整个测量执行过程在一个周波内完成(时
间<20ms),控制器确保可控硅过零触发。确保投切电容无冲击,无涌流,无过渡过程。既动态快速跟踪负荷变化,又克服了传统 无功补偿器对电容器所产生的危害和自身固有的缺陷。
3.解调电抗器和电容器
根据国标GB50227－95<<并联电容器装置设计规范>>5.5用于抑制涌流和抑制谐波的电抗器，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，电抗率宜采用4.5%~6%；当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，电抗率宜采用12%……因为一旦发生谐振，谐振电流将达到数百倍的电容器额定电流，足以损坏电容器，严重时甚至导致低压配电系统的崩溃。
在常规有接点控制电容补偿柜中，都没有安装7%的解调电抗器，电容器的使用寿命短甚至发生爆裂，与其都有一定的关系。近年来在欧美各国都十分重视这一问题，我们所见到的国外无功功率补偿装置，在电容器前都串接了该电抗器，诸如德国法兰克公司、芬兰诺基亚公司的产品。TSC动态无功功率补偿装置平衡补偿系统中电容器前串接了特制的解调电抗器，在不平衡补偿系统中电容器前串接了特制的解调电抗器，以防止电容器组与电网产生五次、三次谐波并联谐振。
4、控制器功能范围
TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用大功率可控硅组成的无触点开关,对多级电容器组进行快速无过渡投切,克服了传统无功功率补偿器因采用机械触点烧损,对电容冲击大等缺点。对各种负荷均能起到良好的补偿效果。TSC-W型补偿器采用的三相独立控制技术解
决了三相不平衡冲击负荷补偿的技术难题,属国内首创,填补了国内空白。TSC动态无功功率补偿器动态响应速度快(小于20ms),节能降耗效果显著,动态补偿功率因数,具有降低损耗,稳定负载电压,增加变压器带载能力等功能,是无功功率补偿领域的更新换代产品。动态无功功率补偿装置的控制器内设三相网络分析仪，测量包括谐波在内的所有电网参数，并有独特的自诊断和综合的图文报表功能，通过RS-485或RS－232通讯接口能与上位机实现通讯。使用户对配电系统各种电力参数有全面的了解，可实时监控焊装车间生产设备的运行情况。
5、关于三相不平衡补偿接线方式
汽车工业点焊设备绝大多数是用380V电源，由二相供电（L1—L2、L2—L3或L3—L1）,通常三相负载的平衡问题在工厂供电设计时就已经考虑，把点焊机的供电布局接近平衡，避免因三相不平衡而出现零序电流，所以在这种情况下通常采用三相平衡就可以了。参看欧美几个大汽车公司的有关资料，点焊机的供电不平衡度为20%以下时，对供电网络采用无功功率平衡补偿无大碍，在不平衡度超过20%时，就应该考虑选用不平衡补偿.TSC的三相不平衡补偿系统，补偿电容器组额定电压为440V，且电容器分为三组，每组分别连接L1-L2、L2-L3、L3-L1。当点焊机一旦工作，控制器同步进行网络检测分析，分别确定连接L1-L2、L2-L3、L3-L1电源上的点焊机所需的无功功率，并与设定的目标值比较，在小于20ms内投切对应在L1-L2、L2-L3、L3-L1上的不同容量的电容器
组，从而及时补偿无功功率。
无功功率计量 篇3
电气化铁路是少数直接接入高压电网的电力负载之一,电力机车是相控整流型负载,具有功率大、速度变化频繁、位置不断变化等特点。这些特点决定了电气化铁路存在功率因数低、谐波含量高、负序电流大等问题[1,2]。无功功率计算中的数据采集,传统方法是采用功率变送器来实现[3]。变送器方法存在着很多问题,造成谐波和三相不对称系统工况中误差很大。而交流采样技术可以根据定义实现无功功率的测量,在没有统一定义下,具有很大优越性[4]。因此交流采样技术在当代多种智能化仪表中得到广泛应用。由于电铁谐波含量较高,在进行无功功率考核时,有必要使用基波无功和各次谐波无功分别计量的方式。本文设计了一种基于虚拟仪器技术的谐波无功功率测量仪,可以精确计量电气化铁路供电系统的无功。
1 非正弦无功功率
传统正弦稳态电路中无功功率是在平均值基础或相量意义上定义的,这样定义的无功功率物理意义明确,也易于测量。但它们只适用于电压、电流均为正弦波时的情况[5]。
考虑三角函数的正交性,非正弦电路的无功功率可定义为基波无功功率和各次谐波无功功率的总合
式中Uh、Ih、ϕh分别为h次谐波(h=1时即为基波)的电压有效值、电流有效和流电压相位差。
非正弦情况下,还有一种基于瞬时无功功率理论的功率定义。将120°三相正弦交流电流电压,经过αβ变换为两相电流电压iα、iβ和uα、uβ,所定义瞬时有功和无功功率为
经过反变换,瞬时有功和无功功率可写为
p=uaia+ubib+ucic (3)
瞬时无功功率理论中的概念都是在瞬时值的基础上定义的,它适用于非正弦波和任何过渡过程的情况。由于这种算法实时性强,目前广泛用作无功功率补偿算法。
电铁牵引供电系统中,电流电压波形中含有较多谐波成分,因此适宜采用考虑谐波因素的无功功率定义。
2 小波包分解与重构
对含谐波的电铁总无功进行计算,关键因素是得到各次谐波的幅值相位信息。传统的傅里叶变换可以到信号的频域信息,但却不具有时域局部性,对于随负载不断变化的电铁谐波并不适用[6]。而小波变换变换同时具有时域和频域局部性,能够通过变换分离出特定频率带的信号,同时体现信号的时间、频率和幅值特征[7]。因此小波变换是非平稳信号的一种强有力的分析工具,近年来被广泛应用于故障信号特征抽取、数据压缩、滤波去噪等领域。小波变换主要研究在特定的函数空间,以一种称为小波的基函数(小波基),对给定的信号(函数)进行展开与逼近,根据展开式研究信号的某些特性。小波变换将信号分解为高频和低频信号,高频部分和低频部分频带各占原信号频带的一半。多层分解时,小波变换只对信号低频部分进行再分解。小波包变换是小波变换的发展和提升,小波包变换克服了小波变化对信号高频部分不能进一步细分的缺点,通过小波包变换可以得到信号更细致的分解,应用于谐波提取时,也就能得到更为精确的分析结果。我们称公式
所定义的函数集合{un(x)}
小波包分解结构图如图1所示:
图中,S代表信号,小波包变换将信号频带均分为两部分,A与D分别代表信号中的低频与高频部分,下脚标代表分解层数。设待处理信号最高频率成分为800Hz,则三层分解后第AAA3、DAA3、ADA3、DDA3、AAD3、DAD3、ADD3、DDD3节点频带范围依次为[0,100],[100,200],[200,300],[300,400],[400,500],[500,600],[600,700],[700,800]Hz。
3 基于小波包变换的谐波总无功功率算法
取得各次谐波幅值与相位信息,就可以算出各谐波频率下的无功功率。将小波包变换应用于谐波提取,实际就是依次把含谐波信号中的各种频率成分逐步分离到不同频带的过程。
若选择采样率为1600Hz,则3、5、7次谐波将分别落入节点DAA3、ADA3、DDA3的频带中,可见只要选择合适的采样频率,总可以利用小波包分析将电网信号中的所有正弦信号的时频特性较为准确地提取出来。若需要得到某次谐波分量波形,则只要在信号重构过程中将其它谐波分量所在频带的系数设为零即可。这样根据重构得到各次谐波波形,并进一步在虚拟仪器中编程测出谐波的Uh、Ih、ϕh相关信息,即可据Qh=UhIhsinφh算出各次谐波无功功率。
小波包变换需要采集致少一个基波周期的波形数据,具体数据段长度可以可根据实时性要求灵活掌握,参考目前无功考核标准,基于小波包变换的谐波无功功率计算完全满足实时性要求。
综合以上分析,考虑谐波因素的无功功率计算流程框图如图2所示:
4 基于LabVIEW的虚拟总无功功率测量仪
以虚拟仪器实现基于小波包变换方法的电铁谐波无功功率算法,首先需要采集牵引变电站电流电压波形。利用安装于某电铁牵引变电站的PMS300电能数据检测终端,采集电流电压波形。此监测终端采样频率达到12.8kHz,完全可以满足谐波无功功率计量的要求。
采用LabVIEW平台搭建虚拟仪器,对采集到的电流电压波形进行谐波波形重构。小波包变换部分采用MATLAB语言编写,在LabVIEW中以MATLAB Script节点方式实现。在分解得到各次谐波的时域波形的基础上,采用单频分析方法提取各次谐波的幅值和相位[8]。
电铁谐波主要由整流装置产生,其谐波波形是镜相对称的,故不含偶次谐波。产生的奇次谐波以3、5、7次为主。据此构造模拟电流电压信号,电流基波幅值200A, 3、5、7次谐波含量分别为13%、16%、15%,电压基波幅值27.5kV,3、5、7次谐波含量分别为5%、5%、3%,表达式如下
i=0.2sin(ωt+π/6)+0.026sin(3ωt+π/4)+
0.032sin(5ωt+π/3)+0.03sin(7ωt+5π/12) (6)u=27.5sin(ωt)+1.375sin(3ωt)+
1.375sin(5ωt)+0.825sin(7ωt) (7)
时间取30个基波周期。设采样率为1600Hz。所构造的仿真电流电压波形如图所示。小波变换的尺度函数有许多种,对同一待分析信号,不同的尺度函数及其衍生的小波函数所产生的滤波效果也不同。本文在对信号进行小波包变换时,采用了在电力系统信号分析中最常用到的dbN系列小波。经过对比不同db系列小波的谐波波形重构效果并考虑计算的快速性,选择db40小波作为小波基。
在小波包变换中为消除边界效应,取第三周期到第二十八周期之间数据进行谐波总无功计算。经小波包变换后重构得出各次电压电流谐波波形如图3所示。
图中左右半部分别为重构后的各频次电压、电流波形,自上而下依次为基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波。
对各次谐波波形进行单频测量,设计无功功率计算界面如图4所示。
列表对比各次谐波功率仿真值与实际计算值如表1所示。
由上表可见,若只考虑基波,则无功功率将比计及谐波时的无功功率少3%。对于仿真算例, 虚拟总无功功率测量仪输出与理论计算值相比误差为0.05%,符合A类测量仪器的精度要求。
5 结论
本文首先简单讨论了无功功率的检测方法和利用瞬时无功理论进行无功功率检测的理论。在虚拟仪器软件LabVIEW中实现了瞬时无功算法计算无功功率,充分发挥小波包分析频域划分细致的优势,使用小波包变换重构出各次谐波波形,并借助虚拟仪器实现谐波总无功的测量。仿真结果表明,本文设计的虚拟无功测量仪能有效提高谐波干扰下的无功电能计量准确性。本文为电气化铁路中无功功率的监测和控制提供了理论依据和实现方法,具有良好的应用价值。
摘要：电铁供电系统中谐波含量较高,对无功功率计算产生不可忽略的影响。考虑各次谐波无功的无功功率定义,提出基于小波包变换的谐波总无功功率算法,以小波包变换重构各次谐波波形,并通过LabVIEW搭建虚拟总无功功率测量仪。仿真结果表明了虚拟无功测量仪能有效提高谐波干扰下的无功电能计量准确性。
关键词：电铁谐波,小波包变换,无功功率计量,LabVIEW
参考文献
[1]闰华光,宗建华,杨林.非正弦情况下无功功率定义的分析[J].电测与仪表,2002(2):5-7.
[2]黄振华,陈建业.基于瞬时无功理论的SVC无功功率算法及其LabVIEW实现[J].变流技术与电力牵引,2007(3):1-5.
[3]胡雪云,汪毅,陈婉.谐波电能计量误差分析仪的研究与实现[J].中国农村利,2006(9):118-120.
[4]申邵东,魏星.谐波对有功电能计量影响的仿真研究[J].电力自动化设备,2008(2):54-59.
[5]王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2005.
[6]许仪勋,程浩忠,葛乃成,等.谐波对无功电能表计量特性的影响[J].电网技术,2005(8):56-60.
[7]陈亦文,邱公伟,魏勇.基于小波包分解的时变谐波分析[J].仪器仪表学报2005(5):457-459.
无功功率计量 篇4
分析电网功率因数影响要素,探讨利用无功补偿技术提高电网功率因数,介绍无功补偿的计算方法.结合某工厂的实际情况进行应用,收到了良好的`效果.
作 者：甄委委 程俊 作者单位：甄委委(成都晋林工业制造有限责任公司,成都,611930)
程俊(总装驻绵阳地区军代室,四川,绵阳,621000)
无功功率计量 篇5
伴随着风电场装机容量的扩展,风电场对电网的有功和无功功率的影响将越来越突出。为了确保风电场以及接入电网的稳定运行,需要我们对风电场接入时的有功和无功功率进行细致的计算分析,并需要研究所选用机组类型的控制特性。基于发展较薄弱的地区,选用变速风电机组有利于维持系统电压的稳定。
1 风电场有功功率控制
1.1 风电场有功功率控制问题
有功功率控制是风电场一个非常重要的能力。目前,功率控制最普遍的应用是在发生事故时系统能力降低的情况下,帮助系统复原到正常运行,避免系统出现过载。需要功率控制能力的原因还包括频率控制,但频率控制在风电场中应用不多。
在风电装机比例较高的电网,风电场通过功率控制会对系统事故复原产生特别明显的作用,在风电装机比例较高的电网地区,功率控制的作用更明显。国外对于风电场并网技术性文件都规定了在持续运行和切换操作时必须要控制有功功率。一是控制最大功率变化率;二是特殊情况下控制风电场的输出功率。另外,许多风电并网标准还要求风电场必须具有降低有功功率和参与系统一次调频的能力,并规范了降低功率的范围和响应时间,并且参加一次调频的调节系统技术参数(死区、调差系数和响应时间等)。
在我国东北,各地主要风电场接入电网的最大容量要受到当地电网条件及系统调峰能力的影响。由于风电是一种间歇性电源,输出功率超过额定值80%的概率一般不超过10%。对电网公司和风电场开发商来说,风电场的输出功率在某些情况下限制,应该是一种比较好的选择。这一选择,很好的解决了电网改造投资的问题,同时也大大提高了电网的利用率;对于风电场而言,在相同的电网结构条件下,可以建设规模更大的风电场。
1.2 东北地区风电场有功功率控制研究
黑龙江省电网在5月份、辽宁省电网在7月份、吉林省电网在5月份的负荷较低,升机方式最小。根据这三省2010研究水平年在这种负荷及开机方式下进行调峰能力计算,可得到东北地区可用于调整风电功率变化量的理论最小值以及风电场1min总的最大功率变化率限值,结果如表1所示。
表1是在没有考虑电网约束、风电机组性能指标完全符合要求以及其他电网特殊运行情况下的结果。
风电场最大功率变化率的影响因素有很多,主要有风电场接入系统的电网状况,电网中其他电源的调节特性,风电机组运行特性及技术性能指标等。其中电网中水电机组的比重对风电场最大功率变化率的影响最大,但是水电调节情况也与很多因数有关,不确定性很大,也比较复杂。因此,对于风电场最大功率变化率很难给出一个确定值。另外,各个地区电网的情况也不尽相同,在技术规定中很难给出一个统一的值适用于各种情况下的各种电网运行要求。因此,技术规定中只给出风电场最大功率变化率的推荐值。风电场10min最大功率变化量一般不超过其装机容量的67%,1min最大功率变化量一般不超过其装机容量的20%。除了风电场的最大功率变化率,在电网紧急情况下,还应要求风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率。
单位:MW
(1)如果电网故障或其在特殊的方式下运行,为了防止电网中线路和变压器等输电设备过载,以保证系统稳定性,这个时候需要对风电场有功功率提出看法;(2)由于电网中有功功率过剩,电网频率过高(高于50.5Hz时)时,这个时候就要求风电场降低其有功功率,降低的幅度根据电网调度部门的指令进行。在严重的情况下,可能需要切除整个风电场;(3)还有一种特殊情况是出现事故时,如果风电场的并网运行危及电网安全稳定,需要电网调度部门暂时将风电场解列,等到事故处理完后,电网恢复正常运行再复原风电场的并网运行。
2 风电场无功功率控制和电压控制
2.1 风电场无功功率和电压调节问题
风电场为电网提供无功的能力尤其重要。如果没有无功,或者无功注入点之间的距离太远,电网电压会恶化,甚至可能导致电网崩溃。风电场无功与电压问题是所有风电场并网技术性文件的基本内容,目的是保证风电场并网点的电压水平和电网的电压质量。
2.2 东北地区风电场无功电压控制分析实例
C01子项目对内蒙古赤峰市、通辽市、吉林省、黑龙江省、辽宁省20l0年规划接入的风电场无功电压控制进行研究,分析风电场应该具备的无功容量范围,这个无功容量范围由风电场额定运行时的功率因数范围所确定。下面以我省电网为例说明研究内容。我省2010年风电场总装机容量将达到2126.2Mw,在我省电网中,将500k V母线电压为1.0Pu或1.07Pu,在电网正常运行和N-1运行两种方式下,将A地区和B地区各个风电场将其并网点的电压调整到I07Pu或1.0Pu所需要风电场的功率因数范围进行了分析,同样的方法还分析了我省其他风电场的功率因数范围。分析结果可以得出以下结论:
(1)在N-1运行方式下,电网电压支撑能力较弱,因此对风电场提供的无功支持会变少,部分风电场的功率因数范围将变大;(2)离电网枢纽变较近的风电场,在电网电压较高或较低时,需要大量的无功容量来调整并网点的电压,功率因数会很低;(3)对离电网枢纽变较近的风电场,其调节电压的功率因数范围视离电网电压支撑点的电气距离的远近不同而差别很大,同时与其装机容量也有很大关系;对离电网枢纽变较远的风电场而言,电网较弱,电压支撑能力不足,风电场的无功调节对改善地区电网电压的作用比较明显;(4)接入A区通榆500 kv站的风电场总装机为1350MW,已形成百万干瓦风电基地,其单个风电场的功率因数相对较低;(5)对于接入A区500kv风电汇集站220kV侧电线的风电场,500 kV站内的变压器损耗较大,并且500 kv变的66kv侧的补偿不能起到明显的作用,此时,接入500 kv汇集站的单个风电场影承担风电场满发对220kv风电送出线路上的全部损耗以及风电场空载时送出线路上的亢电无功功率。
因此,应该要求接入500kv风电汇集站的风电场的功率因数范围比一般接入的风电场的大一些。
2.3 风电场运行电压和频率允许偏差
在电网发生事故、运行困难的情况下,对待风电场的传统做法是将风电场切除。随着风电装机容量的逐渐增大,占电网总发电比例逐渐增加。切除风电场的做法是不可取的。目前发布的并网标准要求风电场在一定电压和频率范围内能够持续运行。甚至可能还有更严格的限制性要求,或者是要求持续运行一段指定时间,或者允许风电场出力可以降低。这些都是在风电装机容量逐渐增加时基于系统稳定性的考虑而提出的要求。
电压和频率的允许偏差范围是强制性要求。此范围的大小取决于风电机组和风电场采用的技术,电压和频率的允许偏差范围也需要根据实际的风电场并网研究来确定。值得注意的是,所要求的电压允许偏差范围最好是针对风电场并网点的电压。风电机组运行的电压范围可能要比并网点的电压范围大,这是由于经过风电场场内电气接线后并网点的电压会有所下降或上升。
风电场并网技术规定参考了国外有关风电机组、风电场运行的电压和频率范围,结合国内电力系统实际情况,提出了风电场运行的电压和频率范围。
对风电机组运行电压的要求是:当风电场并网点的电压质量指标满足国家相关标准规定时,风电场内的风电场机组应该能够正常运行。对风电场运行频率的具体要求有以下几点:
(1)当电网频率低于48Hz时,根据风电场内风电机组所允许运行的最低频率的情况而定,能运行则运行,不能运行则可以退出;
(2)当电网频率在48-49.5Hz时,要求风电场内的风电机组在每次电网频率低于49.5Hz时至少能运行10min后才能从电网中退出;
(3)当电网频率在49.5-50.5Hz时,要求风电场内风电机组能够连续并网运行;
(4)当电网频率在50.5-51Hz时,要求风电场内的风电机组在每次电网频率高于50.5Hz时至少能运行2min后才能从电网中退出,并且当电网频率高于50.5Hz时,不允许停止状态的风电机组并网;
(5)当电网频率高于51Hz时,风电场应根据电网调度部门的指令限制其有功功率出力运行。
2.4 风电场低电压穿越
(1)风电场低电压穿越能力
低电压穿越能力是指风电场在电网发生故障时及故障后,保持不间断并网运行的能力。理想情况下,除不切机外,低电压穿越还包括风电机组向电网发送无功,在电压降落情况下帮助恢复电压的能力。
以前风电机组一般采用异步发电机技术,无法提供主动励磁,电网发生故障时机端电压难以建立,风电机组若继续挂网运行将会影响电网电压的恢复,一般都是采取切除风电机组的方法来处理。随着风电接入电网比例的增加,在故障时切除风电场不再是一个合适的策略。现在要求风电场能够穿越系统故障状态,并且能够在故障期间提供故障电流帮助系统恢复电压,在故障清除后能够正常地发出功率。由于低电压穿越对地区和整个电网的安全稳定都很必要,已经成为电网调度部门主要关心的问题之一。低电压穿越曲线包括瞬时电压跌落,最低电压水平持续时间以及电压恢复直线。
(2)风电场低电压穿越研究
同国际风电场运行经验一样,我国的风电场运行经验也表明,风电场低电压穿越能力对于电网及风电场本身的安全稳定运行都具有重要的意义。
a.我省电网风电场低电压穿越研究
截至2007年年底,我省的风电装机容量已达到470 Mw,所有这些已建风电场的风电机组都不具备低电压穿越能力。截至2010年3月,风电装机容量为155万千瓦,占总装机容量的8.13%。
b.风电场低电压穿越曲线要求
低电压穿越曲线包括瞬时电压跌落,最低电压水平持续时间以及电压恢复直线。低电压穿越曲线上的关键值需要根据电网实际故障情况来确定。
(3)风电场低压穿越曲线要求
低电压穿越曲线包括瞬时电压跌落,最低电压水平持续时间以及电压恢复直线。低电压穿越曲线上的关键值需要根据电网实际故障情况来确定。
计算依然以2010年我省规划电网结构下进行。在我省电网内所有风电场均并网运行且满发的前提下,对A区220 kv线路以及对我省电网其他线路发生三相短路故障进行仿真。计算结果均表明,当风电场送出线路以外的线路发生二相短路故障时,风电场并网点的瞬时电压跌落大都跌落至0.2Pu以上。
东北地区风电场大都以66kV和220kV电压等级接入,500kV线路、220kV线路和66kv线路保护动作时间分别为0.1s、0.12s和0.15s,后备保护动作时间为0.5s,因此,风电场最低穿越电压水平取为0.2Pu,最低电压穿越时间取为0.625s,电压恢复直线取为风电场并网点的电压3s内恢复到0.9Pu。
2.5 结论
通过对东北地区实际风电场并网仿真研究,关于风电场的无功容量和控制问题可以得到如下结论:
(1)对于风电场的无功功率变化范同,很难给出一个统一的范围,因为这取决于风电场所接入电网的特性和并网点位置。
(2)结合以上实际风电场的研究,一般情况下,在满足电压控制要求时,风电场的功率因数一般都在-0.98(超前)-0.98(滞后)的范围内。因此,技术规定中给出了一般情况下风电场功率因数范围的推荐值,即在一般情况下,风电场具有额定运行时功率因数-0.98(超前)。0.98(滞后)所确定的无功功率容量范围的动态可调节容量。
(3)两种需要特殊考虑的情况不在上述范围内,需要单独提出。第一种情况是百万千瓦以及以上的风电基地内的风电场,它的功率因数确定的无功容量范围需要特殊考虑。结合以上实际风电场的研究,此种情况下的风电场的功率因数一般在0.97(超前)-0.97(滞后)之间;第二种情况是通过风电汇集升压站接入公共电网的风电场,它的功率因数确定的无功容量范围也需要特殊考虑,它的无功调节容量的调节范围不能简单地给出一个风电场功率因数确定的范围,需要根据具体情况具体确定。
(4)目前东北地区正在运行的风电场的无功功率大都按电压进行控制,也存在按照功率因数为了控制、装机容量较小及接入较强电网的风电场。但是按照功率因数控制的同时,也要求注意风电场并网点的电压,当并网点的电压超过额定电压的3%-7%时,要改为电压控制。因此,风电场应配置无功电压控制系统,在其容量范围内,原则上控制风电场并网点电压在额定电压的3%-7%,也可以根据电网调度部门要求或指令控制并网点电压。
参考文献
[1]张利,王成福,牛远方.风电场输出有功功率的协调分配策略[J].电力自动化设备,2012(8).
[2]汤奕,王琦,陈宁,朱凌志.采用功率预测信息的风电场有功优化控制方法[J].中国电机工程学报,2012(34).
[3]刘伟.风电场集群优化调度研究[D].北京:北京交通大学,2011.
论低压无功功率补偿 篇6
1无功功率简介
在电网中无功功率的作用是相当大, 首先, 电动机要从电源获取无功功率来维持旋转的磁场所需要的最低电功率。其次, 就是变压器要通过绕组的方法使得变化的磁场产生感应电压。也因此, 那些电感类的设备不仅仅需要无电电功率, 而且还必须从电源获得无功功率, 这样一来才能够正常地运行。无功功率对电网的影响也有很多, 比如:①会使得电线线路有很大的损耗。②使得电力系统内很多电气设备都得不到充分的利用。③同时还会增加输电配电线路当中电能的损耗。
2低压无功补偿的目的
现代电力企业当中, 节能降耗是首要, 所以一切的运行方案都要围绕这一原则进行。而在这当中功率是其首要的影响因素。因此, 很多电力企业都将功率因素作为电网运行的考核指标。为了能够达到指标, 就必须结合当地的环境, 进行无偿功率的规划设计, 其目的就是:①最大可能地提高功率因数, 改变当地的供电质量, 使电力企业的经济效益达到最大。②精确地制定无功补偿的实施方法。选择无功补偿装置的安装地点, 使其效果达到最大化。③提高当地的电压质量, 优化当地的电网, 使电压优化运行, 电网无功化, 同时, 也使电力企业的经济得到保障。④确保被规划的地区电力运行平衡, 保证其当地的无功平衡。⑤为了防止无功补偿方式所引起的电机自励磁。
3补偿电容器的投切条件分析
1) 电容器的投切条件补偿装置是以功率因数、电流、电压为投切条件的。
这类装置是用一相电流和三相电压经过计算得到功率因数, 再作比较。如果所测量的因数比设定的投人门限低, 则控制三相电容器组一起投;如果比设定的大, 则应该控制三相电容器组一起切除。但是, 当电路的电压比设定的上限值高时, 或者是设定的电流较大时, 三相电容器组就不能够投入。
2) 实际操作当中的问题。
这类装置完全没有考虑到在低压负荷中存在的三相不平衡问题。当交流信号是一相电流时, 其不能精确地显示出实际上三相电压的无功缺憾, 然而, 在三相电压的负荷处于不平衡状态时是不能够投入的。门限与电容器不相符, 则会造成装置补偿发生投切振荡, 从而造成极大的人力、物力损失。因此, 这套装置就只适合功率因数较低的供电区域。
4低压无功补偿的节能效益
在负荷运行时会需要很多的无功功率和电源来进行互换。采用低压无功补偿装置后, 为用电负荷提供了几乎100% 的无功功率, 10 kV 电网输入的功率主要是有功功率, 所以功率因数得到了大幅度的提升, 也因此在节能效益上带来了一些福利。主要表现为:①大幅度地降低了线路及其变压器方面的损耗。根据上述分析我们不难得出:对于那些确定的用电负荷, 因为线路及其变压器方面的电流极大地减小, 而供电线路及其变压器上所消耗能量与电流是成二次方的关系的, 也就是说, 损耗会比先前大幅度地减少。②在某种程度上来说是提高了配电设备的能力。线路的输送能力大小以及变压器容量大小决定了配电设备的供电能力。对于用量一定的负荷来说, 在确定有用功的功率的情况下, 功率因数越低, 则就要提供更大的电流。但是当进行了无功补偿后, 补偿电容器就会提供无功补偿所需要的负荷, 而线路及其变压器方面则由有用功率来承担, 从而极大地减少了线路和变压器上的电流, 这时就可以接纳更多的负荷, 因此, 提高了设备的能力。③这套装置极大地减少了其电费方面的支出。再添加了低压无功补偿这套装置后, 不但降低了消耗, 而且还提高了功率因数, 还实行了一定的奖励方案, 减少了电费方面的支出。④这套装置还在提高电压质量方面作出了很大的贡献。前面说了线耗和电流成二次方的关系, 而补偿线路上的电流流量明显地减少, 也因此减小了损耗, 从而提高了供电电压, 也就是说提高了电压的质量。
5结语
低压无功补偿装置极大地提高了功率因数, 减少了损耗, 而且其装置再投入使用后产生了相当好的效果, 使当初改造电线路的目的得以实现。在另一方面, 无功补偿对于企业的经济有很大的帮助, 因为国家的相关制度明确表明:不同的单位所规定的功率因数不同, 所达到的要求自然也不相同, 但是有一点是大致相同的, 即比规定的值低的可以多收取电费来补偿, 而多于规定数值的就应该减少电费的收取。世界在不断地变化, 所有的事物都在日新月异, 所以探索合适的方法是一条漫长的道路, 我们必须不断地创新, 探索更好的方法来使电力事业得以发展、壮大。
参考文献
[1]苑舜, 韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2]孟祥忠.现代供电技术[M].北京:清华大学出版社, 2006.
功率因数与无功补偿 篇7
关键词：功率因数,无功功率,有功功率
0 引言
功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一, 通常使用cosφ表示, 我们可以用以下几项来介绍功率因数的重要性, 及提高功率因数的方法。
1 有功功率和无功功率
企业的用电设备大部分都用电磁感应原理来工作的, 比如:变压器、电焊机、电磁感应式电动机等等, 它们都是靠电能转化成电磁能再转化为电能或机械能来实现的能量转换, 这样, 用电设备就必须从电网上吸收两种能量, 一部分能量用于做功, 即前边提到得机械能或热能, 这部分能量大部分是为了满足生产和生活的需要, 称为有功功率。另一部分能量用来产生交变磁场, 它是变压器、电焊机或电感线圈形成能量转换和传输的介质, 没有了磁场, 就没有了传输能量的介质, 从而使能量只能在电源或用电设备内部消耗, 而不能对外传输, 不能对外做功, 这部分功率叫做无功功率。无功, 顾名思义就是无用功, 其实它并不是没有用, 没有它, 任何能量都只能自己消耗, 不能传输, 然而它确实在能量转换的过程中没有转换成其它能量, 所以叫作无功功率。有功功率和无功功率都是电能运用所必须的, 若有功功率不足, 就不能满足用电负荷的需要, 会将电网电压拉低, 系统发电机的转速变慢, 发电频率降低, 影响用电质量, 威胁发电厂和各用电设备的安全。若无功功率不足, 系统电压也会降低, 电流将会升高, 电机过流过热, 会导致用电设备绝缘破坏, 甚至烧毁。
2 功率因数
功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一, 通常使用cosφ表示。一个供电设备的供电容量通常是用视在功率表示, 字面意思就是我们所能看到的功率, 即表见功率, 但不是真实功率, 它的真实功率是由视在功率和功率因数的乘积决定的。所以说功率因数是一个非常重要的供电指标, 而视在功率是由有功功率的平方与无功功率的平方和, 开跟号得到的。视在功率确定后, 有功功率分量高就称为功率因数高, 有功功率分量低就称为功率因数低, 有功功率和无功功率都是靠发电机发出的, 然而用电设备所需要的功率会因设备的感性和容性不同而不同, 当用电设备是感性时, 用电设备的电压会超前电流90°;当用电设备是容性时, 电流超前电压90°, 两个分量将在一条直线上, 但方向相反, 用电设备中感性的居多, 所以这就需要一个容性的负荷进行无功补偿了。
3 有功功率和无功功率的三角关系
上述讲的有功功率和无功功率可以用直角三角形的关系来描述:三角形的两条直角边, 一个表示有功功率, 一个表示无功功率, 它们的斜边就是视在功率, 有功功率和视在功率之间的夹角就是功率因数角, 功率因数角的余弦值就是功率因数。无功功率越少, 功率因数角就越小, 它的余弦值就越大, 有功功率和视在功率就越接近, 也就是说, 能量的转换效率也就越高。这就提出了一个问题, 怎样减少发电机的无功输出?或者说怎样减少感性负何的无功吸收?
4 提高功率因数的意义
由上述3可以看出, 要使发电厂和供电所更有效利用资源进行电能的转换和传输, 就必须合理的进行有功功率和无功功率的分配, 在无功功率配置合理的情况下, 尽量的多发有功, 减少无功功率的输出。那就要提高用电设备的功率因数。当供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下, 无功功率增大即功率因数的降低, 就会引起: (1) 系统中输送的总电流增大, 使电气元件, 如变压器、电抗器、导线等容量增大, 从而扩大了企业投资; (2) 由于无功功率增大, 造成输电电流增大, 从而也会增大供电设备的有功损耗; (3) 因为系统中的总电流增大, 所以电压损失增大, 造成调压困难; (4) 对发电机来说, 转子温度升高, 发电机达不到预期出力; (5) 由于系统电流增大, 系统电压降低, 会造成其他设备不能正常出力。所以, 我们必须提高供电系统的功率因数。
5 提高功率因数和无功补偿
企业的感性负荷大部分是异步电动机, 运行时要消耗一定的无功功率, 使得电动机和输电线路的电流增大, 如果给电动机增加就地补偿电容, 不但可以使线路及配电装置的输送电流减小, 而且还可以减少有功损耗, 减少初期的投资容量。下面给出异步电动机的无功补偿计算公式, 以供大家参考:
设补偿前电动机的无功功率为Q1, 补偿电容器后的无功功率为Q2, 则补偿电容器的无功功率为:
式中:P1、P2为电动机运行时输入/输出的有功功率, η为电动机运行时的效率, φ1、φ2为电容器补偿前后的功率因数角。
补偿前的功率因数:cosφ1= (cosφe) 1/k, 式中:cosφe为电动机额定负载时的功率因数, 可从产品目录中查得, k为电机定子电流负载率, k=I1/Ie, 其中I1为电机运行时的实测定子电流 (A) , Ie为电机的额定电流 (A) 。
补偿后的功率因数一般是0.95左右, 如果再高, 投入的成本太大, 不经济, 确定了所需补偿的无功功率Qc之后, 那么补偿电容量C=式中:f为电源频率 (Hz) , Ue为电机额定电压 (V) , Qc为电容补偿的无功功率 (Var) 。
注意:个别补偿的电容容量应根据电动机的功率、负载率及电网情况适当考虑, 避免过补偿或欠补偿状态的出现。
6 补偿方式
工业企业中常用的电容器补偿方式大概有三种:集中补偿、分组补偿和单个补偿。企业电力系统的补偿方式的选择, 要视企业的具体情况而定。比如:从无功就地平衡来说, 单个补偿的效果最好 (单个补偿应用于大容量、长期运行、无功功率需要较大的设备, 或者输电线路较长的设备, 不便于实现分组补偿的场合, 这种方式可以减少配线电流, 导线截面, 配电设备的容量) , 不论采取什么样的补偿方式, 补偿电容必须选择适当, 而这一切都是为了提高电力系统的功率因数。
8 结束语
根据功率因数进行的无功补偿可以有效的提高设备的利用效率, 减小了企业的初期投资, 对企业供用电的稳定性有着深远的意义。
参考文献
[1]《电工实用手册》中国电力出版社.
关于无功功率补偿问题的研究 篇8
1 无功功率平衡
欲维持电力系统电压的稳定性, 应使电力系统中的无功功率保持平衡, 即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下:
Qgc-Qld-Ql=Qr
式中, Qgc为电源发出的无功功率之和;Qld为无功负荷之和;Ql为网络中的无功损耗之和;Qr为系统可提供的备用无功功率。
Qr>0, 表示系统中无功功率可以平衡且有适当的备用;Qr<0, 表示系统中无功功率不足, 此时为保证系统的运行电压水平, 就应考虑加设无功补偿装置。
Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc, 即:
2 无功补偿原理
电流在电感元件中作功时, 电流滞后于电压;而电流在电容元件中作功时, 电流超前于电压。在同一电路中, 电感电流与电容电流方向相反, 互差。若在电磁元件电路中安装一定的电容元件, 使两者的电流相互抵消, 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小, 从而提高电能作功的能力, 这就是无功补偿的道理。
3 无功补偿的合理配置原则
从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出, 各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率, 尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗, 提高输配电设备的效率, 无功补偿设备的配置, 应按照“分级补偿, 就地平衡”的原则, 合理布局。 (1) 总体平衡与局部平衡相结合, 以局部为主。 (2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。 (3) 分散补偿与集中补偿相结合, 以分散为主。 (4) 降损与调压相结合, 以降损为主, 兼顾调压。这是针对线路长, 分支多, 负荷分散, 功率因数低的线路, 该线路最显著的特点:负荷率低, 线路损失大, 若对此线路补偿, 可明显提高线路的供电能力。
4 配电系统无功补偿方案
4.1 变电站集中补偿方式
针对输电网的无功平衡, 在变电站进行集中补偿, 补偿装置包括并联电容器、电抗器等, 主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10 k V母线上, 通常无功补偿装置结合有载调压抽头来调节, 通过两者的协调进行电压/无功控制。
4.2 杆上补偿方式
目前10 k V配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补, 大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10 k V户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功补偿, 以提高配电网功率因数, 达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站, 容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此, 杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行:补偿点宜少, 一条配电线路上宜采用单点补偿, 不宜采用多点补偿;控制方式从简, 杆上补偿不设分组投切;补偿容量不宜过大, 补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置, 以降低整套补偿设备的故障率;保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。
4.3 用户终端分散补偿方式
《供电系统设计规范》指出, 容量较大, 负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机, 应进行就地无功补偿, 即随机补偿;针对小区用户终端, 由于用户负荷小, 波动大, 地点分散, 无人管理, 因此应开发一种新型低压终端无功补偿装置, 并满足以下要求: (1) 智能型控制, 免维护; (2) 体积小, 易安装; (3) 功能完善, 造价较低。与前面3种补偿方式相比, 本补偿方式将更能体现以下优点: (1) 线损率可减少20%; (2) 减小电压损失, 改善电压质量, 进而改善用电设备启动和运行条件; (3) 释放系统能量, 提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置, 设备利用率不高。
5 无功补偿的效果及现实意义
在工业园区, 由于数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中, 以致电网中除需消耗有功功率外, 还需消耗大量的无功功率。未安装无功补偿设备前, 设备的自然平均功率因数在0.70～0.85之间, 无功消耗约占有功消耗的60%～90%, 浪费很大;无功补偿后, 功率因数提高到0.95左右, 无功消耗只占有功消耗的30%左右, 给用电单位带来了可观的效益。
6 结语
综上所述, 无功补偿是当前乃至今后相当长时期内, 缓解电力供需矛盾, 改善供电质量的一种行之有效的手段, 能为国家和企业带来巨大的经济效益和良好的社会效益。
参考文献
[1]李仁波.关于配电网无功补偿问题的探讨.工业技术, 2009
[2]郭芳, 郭立新.配电线路的无功补偿.西北职教, 2009
[3]罗德平.配电线路的无功补偿.研究与探讨, 2009
风电场无功功率补偿研究 篇9
1 风电场无功补偿的国内外研究现状
风力发电是将风能转化为电能的发电技术, 是分布式发电技术中较成熟的一种, 不仅能减少环境污染, 还能减小电力系统的燃料成本, 有着可观的经济效益。但考虑风电场的特殊性, 风电场风速随机性和间歇性及其通常接入到电网结构薄弱地段, 给系统电网安全可靠性带来影响, 尤其无功不足引起电压变化, 严重时甚至可能导致电压崩溃。因而国内外专家学者已对风电场无功-电压关系的影响及其无功优化补偿开展了广泛而深入的研究。风电场中风力机并不发无功功率, 而变压器和线路等需要无功功率, 在此只考虑并网风电场, 如不进行无功补偿, 会造成地方系统向风电场倒送无功, 既会造成有功网损的增加又会影响系统的电压稳定;而且风速的间歇性和随机性, 会给风电场的电压带来巨大的波动, 严重时会影响地方电力系统电压稳定。因此, 针对风电场的电压稳定而进行的无功补偿问题近些年一直学者关心的热点。
风力发电场对电网电压的影响主要表现为:a.启动时对电网的冲击;b.运行中对电网电压的影响。目前, 风力发电机组一般都采用异步发电机, 如不加以限制, 其并网冲击电流可达到额定电流的5~8倍, 需采用特殊的技术措施加以限制。一般风电机组可运行的有效风速范围为3~24m/s。由于风力的随机性和间歇性难以预测, 当出现阵性风或虽然连续但脱离了有效风速范围, 都将造成风力发电功率大幅度的变化, 对系统的频率和电压造成影响。考虑对电网频率的影响, 电网对风电的吸纳能力约为电网总容量的10%;对电网电压的影响以风电接入点最为严重, 其影响更为显著。
2 风电场无功优化补偿算法研究现状
目前国内外学者在无功优化补偿算法方面做了大量的工作, 提出了不少算法, 主要有经典数学优化算法和新型智能优化算法。
经典数学优化算法:a.非线性优化算法。无功优化补偿的数学模型是非线性的, 如果直接用非线性优化方法对原问题进行求解, 就可能避免线性优化过程带来的误差。b.线性优化算法。线性优化方法的原理就是把目标函数和约束条件全部采用泰勒公式展开, 略去高次项后, 使非线性规划问题在初值点处转化为线性规划问题, 用逐次线性逼近的方法来进行解空间的寻优, 而通常是采用单纯形法和内点法来求解。
智能优化算法:a.禁忌搜索算法。在Tabu搜索中首先按照随机方法产生一个初始可行解作为当前解, 然后搜索当前解的邻域中的所有可行解, 取其最好的可行解作为新的当前解。b.遗传算法。遗传算法是近年来兴起的一种自适应搜索算法, 尽管目前还没有数学严格证明其良好的收敛机理, 但它来源于生物进化的算法规则运用于各种优化计算取得了很好的效果。
结束语
基于遗传算法, 根据“适者生存”的原则, 指导在不断改进的解区域中进行搜索, 采用多路径搜索, 在整个解空间里寻优, 不受函数约束条件的限制, 可以方便地引入各种约束条件, 容易求解带有多参数、多变量、多目标和在多区域但连通性较差的优化问题, 故可以准确获得最佳无功补偿方案及补偿容量, 从而对风电场无功进行补偿, 不仅改善了风电场电压情况, 亦提高了系统的有功功率, 增强系统稳定性, 有利于提高输电能力。
摘要：随着风能的大力开发, 风电场无功补偿已成国内外研究的热点。由于风电场的特殊性, 风电场一般处于电网末端比较薄弱的地方, 输出有功随风速波动变化, 输电电缆和输变电设备消耗的无功功率也随之变化, 影响风电场和地方电网的电压稳定和无功潮流, 目前还没有很成熟的补偿无功功率方法。在之前研究的基础上, 从而进行深入研究, 比较多种无功补偿方案, 并进行对比无功补偿优化措施。
关键词：无功补偿,风电场,遗传算法
参考文献
[1]迟永宁, 刘燕华, 王伟胜.风电接入对电力系统的影响[J].电网技术, 2007, 31 (3) :77-81.
[2]陈树勇, 申洪, 张洋等.基于遗传算法的风电场无功补偿及控制方法的研究[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (8) :1-6.
[3]王秀云, 杨亮, 王彬, 杨冬梅, 刘立伟.模拟渔夫捕鱼寻优算法的无功优化[J].东北电力大学学报, 2011, 32 (2) :62-66.
[4]陈树勇, 戴慧珠, 白晓民, 周孝信.风电场的发电可靠性模型及其应用[J].中国电机工程学报, 2000, 3:27-30.
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