功率补偿器（共11篇）
功率补偿器 篇1
0 引 言
目前低压配电网大量使用的无功功率补偿装置, 采用的是有级并联补偿技术, 即按照功率因数标准最大值的要求和实际运行过程中最低功率因数计算出最大补偿电容, 然后平均分成n级 (具体级数由实际情况定) 。然而在实际运行中, 感性负荷量是随机的, 可能轻也可能重, 这种用电的不平衡, 使得当前功率和功率因数都是不断变化的, 有时补偿电容需要的较小, 而一级电容就是最大补偿电容的1/n, 当小到低于一级电容时, 若再投入一级, 就造成过补偿, 若不投就造成欠补偿, 因此不能满足此时的微调需求, 造成了较大的补偿空白区。
鉴于此, 本研究在原来多级电容补偿模块的基础上增加一级无级可调电容模块, 实现连续控制, 解决电容并联中的过补、欠补及投切振荡等问题。
1 无级电容补偿模块
无级电容补偿模块[1]结构如图1所示:电抗器L2和两只并联晶闸管相串联后与电容器C并联, 再与电抗器L1相串联。电抗器L1能抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流, 还可和电容C组成LC滤波电级, 吸收TCR产生的谐波[2]。
当晶闸管VT1或VT2导通时, 电路接入了电抗器L2;当晶闸管VT1和VT2关断时, 电路未接入电抗器L2。每周期内改变晶闸管的导通时间, 即改变晶闸管的控制角α就可以改变电抗器的电感量, 从而改变了整个无级模块的容抗, 来改变该模块吸收无功电流的大小。控制角α的理论有效范围为0°～ 180°, 但考虑到电抗器L2与电容并联, 为避免并联谐振, 本研究根据不同的电感、电容参数, 通过实验测得控制角α下限φ, 即实际控制角α范围为φ～180°, 该模块所能吸收的无功电流也是连续的。设有级电容补偿模块吸收无功电流为20 A时, 该模块吸收无功电流范围为8 A～24 A。该模块关键在于吸收无功电流的上限和下限。上限一般稍微高于并联电容有级补偿的电流值, 下限值要考虑两个因素:①避免该模块发生串并联谐振;②避免给系统带来谐波。
无级电容补偿模块与有级电容补偿模块相配合, 即可实现系统的连续补偿。
2 系统硬件组成
如图2所示:系统以AT89C52为核心, 为了扩展I/O口, 扩展1片可编程的键盘显示接口芯片8279、1片A/D转换芯片ADC0809和1片可编程并行接口芯片8255。当P2.7=0, P2.6=0, P2.5=0时, 选中芯片8279;当P2.7=0, P2.6=0, P2.5=1时, 选中芯片8255;当P2.7=0, P2.6=1, P2.5=0时, 选中芯片ADC0809。
2.1 单片机
单片机选用美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机AT89C52[3]。AT89C52器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产, 与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容, AT89C52共4个8位I/O口, 即P0、P1、P2和P3, 但在扩展I/O口中, P0口分时兼作数据线和低8位地址线, P2口作高8位地址线, P3口作为专用功能线, 只有P1接口作为I/O口。
在本研究中, 该无级模块电路能够实现连续可调的关键是晶闸管触发脉冲的获得。该触发脉冲的起始时刻应和无级模块电容两端的电压相关, P3.4引脚所加电路为检测无级模块电容C两端的电压的过零点电路。无级模块电容C两端的电压uMN经变压器T1降压、二级管整流及光电耦合之后送到单片机定时器T0的外部输入端。uMN>0时, 光电耦合三极管导通集电极得到一个负脉冲, 此脉冲的下降沿与电容两端电压的零点同步, 可设T0单片机作为计数方式, 且计1个数。即P3.4端从高电平变为低电平一次, 计数器T0溢出, 其溢出标志位作为单片机定时器T1计时的开始, 定时器T1的长短决定着控制角α。当时间到了, 令P1.0=1, 它不足以驱动晶闸管, 经集成功率驱动器BIC8728, 接到无级电容补偿模块中VT25门级, 从而使VT25导通。P1.1～P1.5接法及功能与P1.0相似, 不再一一叙述。可见, P1.0～P1.5分别控制A、B、C三相无级电容补偿模块晶闸管触发脉冲的产生。通过软件编程能很方便控制无级电容补偿模块晶闸管触发脉冲的产生时刻, 从而实现了连续控制。
2.2 ADC0809接口电路功能
ADC0809[4]共有8个模拟量输入通道, 在该系统中用6个通道将A、B、C三相的电压电流模拟信号转换为单片机能处理的数字信号。AT89C52的
2.3 8255芯片接口电路功能
8255内部有A、B、C 3个并行的8位I/O口, 有24条端线PA0～PA7、PB0～PB7、PC0～PC7, 笔者利用指令将这3个口均设置为输出口, 用以驱动晶闸管。由于其驱动能力有限, 在其输出端接上集成功率驱动器, 然后接到控制电容补偿模块投切的双向晶闸管的门级。当输出端PA0～PA2均为高电平时, 为晶闸管VT1、VT2和VT3提供触发脉冲, VT1、VT2和VT3导通, 第1级电容补偿模块投入;反之, 当输出端PA0～PA2均为低电平时, VT1、VT2和VT3无脉冲, 处于截止状态, 第1级电容补偿模块切除。由此可看出8255芯片主要功能是控制电容补偿模块的投切。
2.4 8279芯片接口电路功能
利用可编程的键盘、显示接口芯片8279, 在键盘上可很方便地设置各种功能的按键。如控制器有3种工作模式:自动模式、手动模式和设置模式, 3个按键分别负责3种模式, 手动模式下需要手动投切各级电容, 设置1～8共8个数字键控制第1级～第8级电容模块的投切。显示画面有多种画面, 可通过按键方便地显示所需要的参数, 如可以显示当前电网的功率因数、各级电容器工作状态、控制器工作模式、设置模式下的参数值、报警指示、投切指示和电压、电流、有功、无功值。其中, 报警指示包括温度过高指示、次补偿指示、过压指示和欠流指示等等, 均可通过软件键处理程序来完成。
3 系统软件设计
为方便地增加或删减程序模块, 同时也便于针对不同程序模块进行完善, 程序设计采用模块化结构。整个程序包括初始化模块、键盘处理模块、功率因数计算模块、电容投切模块及显示模块等。
3.1 初始化模块
初始化模块对存储器的初始状态、堆栈指针、定时器/计数器以及使用的可编程接口一片8255和一片8279进行初始化处理, 对一些需要初值的参量赋值 (系统补偿后要求达到的功率因数, 有级电容补偿模块的个数、每级电容有级模块补偿电流值等等) 。
3.2 功率因数计算模块
根据ADC0809采样交流模拟信号转换为数字信号, 由CPU计算出电压有效值URMS、电流有效值IRMS和功率因数角φ。本研究采用信号平方后积分的平均技术来求有效值
通过测得电压和电流的过零时间差可求得功率因数角, 但这种方法必须增加整形电路、过零检测电路, 从而占用CPU的中断和计数器资源。木研究采用了一种新的计算功率因数角的方法:在t1时刻采样相电压值u1和电流值i1, 经过Δt的t2时刻再采样电压值u2和电流值i2, 则:
;
式中 φ0—采样相电压的初相位;φ—电流电压之间的相位差, 即功率因数角。
所以:
u1i2-u2i1=2UIsin φ sin (ω (t2-t1) ) =
2UIsin φ sin (ωΔt) (3)
式中 Δt—控制采样间隔。
令ωΔt=π/6, 则:
u1i2-u2i1=UIsin φ (4)
即可求出功率因数角的大小, 而且还可以根据sin φ的正负判断是欠补还是过补。
3.3 电容投切模块
本系统采用“循环投切”[5], 即先投先退出, 后投后切除, 从而使各组电容器及投切开关使用概率相等, 延长了电容器的使用寿命, 而且这种投切方式很容易由软件来实现。为此本研究将7个有级模块编号为1～7, 编号1表示第1级有级模块, 其它依次类推。将运行的有级电容补偿模块按投入时间的先后顺序和未工作的有级电容补偿模块按切出时间的先后顺序分别存放在单片机内部随机存储器中地址为20H～26H和27H～2DH单元中。如图3 (a) 中表示第3级有级模块最早投入, 依次是第1级、第4级和第6级, 共4级有级模块投入, 在剩下的3个地址单元中放入0。未工作的有级电容补偿模块中第2级有级模块最早切出, 依次是第5级和第6级, 共3级有级模块未工作, 在剩下的4个地址单元中放入0。系统负荷不断变化, 需补偿的无功电流量也不断变化, 从而控制无级电容补偿模块的投切及其晶闸管触发脉冲的产生时刻和有级模块的投切。以需投入的级数商大于投入有级补偿的级数为例说明编程思路。这时说明需要投最早切出的那一级, 最早切出的存放在单片机27H单元中, 就要判断27H单元存放的数是几, 从而知道投入第几级, 投入该级电容。图3 (a) 中所投入1级电容是第2级电容, 第2级电容的投入由PA3、PA4和PA5控制, 可方便地用指令使这三端为1。投入1级电容后需重新生成排列电容模块投切顺序, 第2级电容是投入最晚的, 将“2”存放在20H～26H中第一个存放“0”的地址单元中。此时未工作的有级电容少了一个, 28H～2DH单元的内容依存放在27H～2BH, 在2DH中存放“0”, 将图3 (a) 变成了图3 (b) , 可用以下程序来完成:
切一级电容后需重新生成排列电容模块投切顺序, 其程序与此类似, 不再在此叙述。
总之, 每次投入或切出有级电容补偿后都需重新排列电容模块投切顺序, 保证下一次投入时投入最先切出的那一级, 切出时切出最早投入运行的那一级, 而且在软件中还设置了每级电容的最长工作时间, 当超过此时间后让此级电容停止工作, 先切出的那一级投入工作。采用这种投切方式后, 电容的故障率大大降低。
4 结束语
本研究以“循环投切”的方式投切有级电容补偿模块, 从而使各组电容器及投切开关使用概率相等, 解决了因某级电容补偿模块运行时间过长易于出故障和开关频繁投切易于损坏的问题, 大大延长了各级电容和开关的使用寿命。除此之外, 本系统软件兼容性较强, 一旦需要补偿的无功电流的容量有所改变, 只需根据生产实际需要改变软件程序中有级电容补偿模块的总级数和每级电容补偿的无功电流量, 可很方便地实现对其控制。
参考文献
[1]杨森斌, 贺少华, 李大斌.智能型无功补偿控制器的研究与设计[J].现代电子技术, 2006, 29 (23) :134-136.
[2]王兆安, 杨军, 刘进军, 等.谐波抑制和无功功率补偿[M].2版.北京:机械工业出版社, 2006.
[3]房小翠, 王金风.单片机实用系统设计技术[M].北京:国防工业出版社, 1999.
[4]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1995.
[5]李俊, 余光伟, 薛霄, 等.基于单片机的智能型无刻度电子卷尺设计[J].机电工程, 2008, 25 (2) :23-24.
功率补偿器 篇2
廊坊惠众电气有限公司
注、注意和警告
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注意：表示可能会损坏控制器或导致数据丢失，并告诉您如何避免此类问题
警告：表示可能会导致财产损失，人身伤害
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1
目
1 应注意的问题 2 产品特点 3 控制器外观 4 主要技术参数 4.1 环境条件 4.2 测量数据 4.3 输入/输出 4.4 显示性能 4.5 通讯接口 4.6 测量精度 4.7 测量数据 4.8 ID 设置 4.9 可靠性 5 型号说明 6 安装说明 7、 接线图与补偿方案 7.1 7.2 JKWF-12A 接线图 JKWF-12B 接线图
录
3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 7 8 9 9 9 9 12 12 14
7.3 无功补偿方案 8 LCD 显示器/参数/设置/手动操作说明
8.1 LCD 液晶界面说明 8.2 电参数显示操作说明 8.3 设置参数操作说明 8.4 手动控制操作说明 9 通讯描述 10 问题的解决
2
1、应注意的问题
本产品在安装、接线及调试时应按照本手册所规定的方式和步骤进行，同时须注意控制器后 部的接线图和端子图标号。 当控制器外壳有明显损坏或显示功能故障时，不得继续安装使用，请与产品供货商联系。 控制器的安装必须遵照所有有关的安全操作规程，必须通过正确的接线和电线尺寸来保证操 作的安全性和运行的可靠性以及测量的准确性。 电源输入，CT 二次侧，均会产生危害人身安全的高电压，在操作时应小心，严格遵守用电安 全操作规程。 只有专业人士才能按照说明和安全规范对本设备投入使用。
2、产品特点 2．1 全数字化设计，交流采样，人机界面采用大屏幕 LCD 中文液晶显示器。 2．2 秉承以人为本的设计理念，模块化组装，外观流线设计。 2．3 可实时显示 A、B、C 各相功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率、电压总谐波畸变率、
电流总谐波畸变率、频率、电容输出显示及投切状态报警等信息。
2．4 设置参数中文提示，数字输入。 2．5 电容器控制方案支持三相补偿、分相补偿、综合补偿方案，可通过菜单操作进行设置控制方
案。
2．6
方式。
电容器投切控制程序支持等容/编码（1：2、
1：2：3、 1：2：4：8?）及模糊控制投切
2．7 2．8 2．9
具有手动补偿/自动补偿两种工作方式。 取样物理量为无功功率，具有谐波测量及保护功能。 控制器具有 RS-485，MODBUS 标准现场总线通讯接口，方便接入智能开关柜系统。 选配定制的工厂配电监测系统管理软件，装入用户计算机系统，与控制器通讯口连接，即 可在计算机显示器观察现场实时数据及用户系统的历史负荷曲线和报表， 为用户节能降耗提供快 捷方便的现场数
据。
3、控制器外观 正面视图
1 产品名称 2 LCD 液晶显示屏 4 参数设置按键 5 上翻按键 7 公司名称 8 相别按键 3 手动/自动切换按键 6 下翻按键
右面视图
1 3 4 安装固定夹 信号测量接线端子 控制输出接线端子 2 自攻螺丝
3
背面视图
1 接线图标签
顶视图
1 规格型号标签 2 安装固定夹×2
4、主要技术参数 4．1 环境条件
1. 2. 3. 4. 海拔高度：≤2500m 工作温度：－20℃～＋60℃ 存储温度：－25℃～＋70℃ 周围环境无腐蚀性气体，无导电尘埃，无易燃易爆的介质存在，安装地点无剧烈振动、 无雨雪侵蚀。 测量电压：100 ～ 290 V 测量电流：0 ～ 6000 A 灵敏度：50mA（二次） 测量功率因数：滞后 0.200 ～ 超前 0.200 工作电源：220V±20% 测量频率：47 ～ 53 Hz 显示有功功率：0 ～ 6553 kW 显示无功功率：0 ～ 6553 kvar 显示电压总谐波畸变率：0.0 ～ 100.0％ 显示电流总谐波畸变率：0.0 ～ 100.0％ 显示版本：2.2 或 4.2（本机升级版本序号）
4．2
测量数据
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
4．3
输入/输出
1. 取样电压：A、B、C 相电压 2. 取样电流：母线 A、B、C 相电流互感器二次侧 0 ～ 5A 3. 控制输出：继电器干结点 5A/250V 阻性（静态） 12V 30mA/支路（动态） 4. 取样电压与取样电流应同相。
4．4 4．5
显示性能
LCD 液晶显示器数据显示刷新周期≤1s。
通讯接口（选项）
通讯接口：RS－485 协议：MODBUS 通讯协议 通讯速率：4800 ～ 38400bps（无校验位）
4
4．6
测量精度
1. 2. 3. 4. 电压：±0.5％ 有功功率：±1.0％ 电流：±0.5％ 无功功率：±1.0％ 功率因数：±1.0％ 频率：±0. 1Hz 以上数据是根据控制器预热 10 分钟后，以及 1 年内校准所得。
4．7
设置数据
1. 电流变比：01 ～ 1200（比率值） 2. 延时时间：5s ～ 100s（静态） 0.1s ～ 30s （动态） 3. 目标 COSΦ ：滞后 0.90 ～ 超前 1.00（步长 0.01） 4. 过压设定：230V ～ 290V（步长 2V） 5. 欠压设定：180V ～ 200V（步长 2V） 6. 投切门限：0.5 ～ 1.2（设定值为投入门限值） （步长 0.1） 7. 切除门限＝1.2－当前设定值 8. 谐波保护：Hv：1.0％ ～ 50.0％ （0.0％为关闭此保护项） Hi：2.0％ ～ 100.0％ （0.0％为关闭此保护项） 9. 分相补偿电容器组数设置：0 ～ 4（表示每一相的组数） 10. 三相补偿电容器组数设置：0 ～ 12 11. 电容器组数分配：分相组数×3 ＋ 三相组数 ≤12 12. 电容器容量预置：0 ～ 999kvar/组
4．8
ID 号设置
本机具有通讯接口， 支持 MODBUS 协议， 本项包括 ID 号和 485 通讯接口的通讯速率设置， ID 号为描述本机在系统网络中的地址号 001 ～ 255，通讯速率为 4800 ～ 38400bps。
4．9
可靠性
平均无故障时间（MTBF）＞25000h
5、型号说明
JK W F
CO M :有 485总 线 输 出 空
：无总线输出 A： 静 态 B： 动 态 10： 10路 输 出 12： 12路 输 出 企业代码 无功功率
类别代码
5
6、安装说明
113mm
113mm
118mm
开孔尺寸：113mm×113mm
嵌入深度：118mm
将控制器左右两侧固定附件自攻螺丝拧出，退出安装固定夹，将控制器装在屏上，再将安装固 定夹从控制器两侧导轨推进，拧紧自攻螺丝，即可把控制器固定在屏上。
可拔插接线端子
7、接线图与补偿方案 7．1 JKWF-12A 接线图
屏蔽双绞线的屏蔽层应该连 接每一个 RS-485 设备的屏蔽端子， 屏蔽层只允许一点接地（A 线相当 于－，B 线相当于＋） 。 (本案用于投切交流接触器)
6
JKWF-12A 端子说明 端子序号
1、2、3、4、5、6 7、9、11、12 8、10 13、14 15 16 ～ 27 28 ～ 30
状态
输入 输入 / 输入 输入 输出
说
明
备
注
取样电流互感器输入 取样电压输入 400V / 工作电源输入 输出控制公共端 第一组至第十二组输出控制端 通讯接口
取自主屏 A、B、C 相 进线电流互感器
空端子 交流 220V 接火线 接交流接触器线圈 MODBUS 协议
7．2
JKWF-12B 接线图
屏蔽双绞线的屏蔽层应该连接每一个 RS-485 设备的屏蔽端子，屏蔽层只允许一点 接地（A 线相当于－，B 线相当于＋） 。 （本案用于投切电子无触点开关）
JKWF-12B 端子说明 端子序号
1、2、3、4、5、6 7、9、11、12 8、10 13、14 15 16 ～ 27 28 ～ 30
状态
输入 输入 / 输入 输入 输出
说
明
备
注
取样电流互感器输入 取样电压输入 400V / 工作电源输入 输出控制公共端 第一组至第十二组输出控制端 通讯接口
取自主屏 A、B、C 相 进线电流互感器
空端子 交流 220V 接 KCS1 无功功率调节器的 K 端 接 KCS1 无功功率调节器的 V 端 MODBUS 协议
7
7．3
无功补偿方案
图中单相电容设置及三相电容设置操作 详见设置参数操作说明第 11 页
8
8、LCD 显示器/参数/设置/手动的操作说明 8．1 LCD 液晶屏幕说明
8．2
电参数显示操作说明
”按键切换三组不同的
此屏幕仅在控制器处于自动运行工作模式下操作，点动操作“ 电参数显示屏幕。点动操作“ ”按键切换 A、B、C 相。
显示安装用电现场的 COSΦ 、电压、电流
COSΦ 显示 0. XXX 表示滞后，－.XXX 表示超前。当出现电压显示值频闪，并出现“ ” 报警，说明控制器处于保护状态，原因为电压越上/下限/缺相；当出现电流显示值频闪， 并出现“ ”报警，说明控制器处于保护状态，小电流闭锁。
显示安装用电现场的`有功功率、无功功率、频率
显示本机软件版本序号 显示安装用电现场的 HV（电压总谐波畸变率 XXX.X%） HI（电流总谐波畸变率 XXX.X%）
8．3
设置参数操作说明
按键三次，即可进入菜单
控制器在“自动”“手动”
运行模式下，10 秒钟内连续点动操作 、 设置项。
9
8．3．1
电流变比设置
此项显示进线电流互感器变比的比率值，操作 修改量值，连续按 或 键，数字将快速变化，按 按键，步进 键进入
下一项参数设置。 例如：1000/5 电流互感器，输入 200 即可。输入范围为 1～1200，步长为 1。设置参数内容 包括 5/5～6000/5 全系列电流互感器。 此项设置非常重要， 必须正确输入， 否则将影响控制器测量电流的显示值和无功补偿精度。
8．3．2
投切延时设置
此项为分组投切电容器的间隔延时时间，范围：动态：0.1～30S， 静态： 5S～100S， 操作 键，数字将快速变化，按 按键， 步进修改量值， 连续按 键进入下一项参数设置。 或
以下菜单设置数据量值修改方法操作相同，不再做操作描述！ 出厂设定值为：静态 10s、动态 2s
8．3．3
目标功率因数设置
此项为目标功率因数设置，数据范围为 0.90～1.00，步长为 0.01。 出厂设置值为 1.00。
8．3．4
过压保护设置
此项为过压保护参数设置，范围为 230V～290V，步长为 2V，回差为 6.0V。过压默认保护为 240V。 当参数设置值为 0.0 时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 248V。
此项为欠压保护参数设置，范围为 180V～200V，步长为 2V，欠压 默认保护为 240V。 当参数设置值为 0.0 时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 190V。
8．3．5
投切门限设置
此项为投切门限参数设置，数据范围为 0.5～1.2，步长为 0.1，当 前设置为投入门限 切除门限=1.2－当前设置值 出厂设置值为 1.00
10
8．3．6
谐波保护设置
此项为谐波电压（Hv）保护参数设置，数据范围为 1.0～50%，步长 为 0.5%。 当参数设置值为 0.0%时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 8.0％
此项为谐波电流（Hi）保护参数设置，数据范围为 2.0～100％，步 长为 0.5％。 当参数设置值为 0.0％时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 0.0％
8．3．7
电容预置设置
进入此电容预置项有三屏显示，第一屏为分补部分单相电容的组数设置，第二屏为共补部分三 相电容的组数设置，第三屏为每组电容器的容量设置。 此屏为单相电容器补偿组数设置， 设置范围为 00～04， 当设置为 00 表示无单相电容 01 表示每相有 1 组单相电容 02 表示每相有 2 组单相电容 03 表示每相有 3 组单相电容 04 表示每相有 4 组单相电容 此屏为共补部分三相电容补偿的组数设置，设置范围 00～12，分相 组数优先级高。 三相组数范围＝12－（分相×3） 无功补偿输出规则：分相电容组数×3＋三相电容组数≤12 可以人工实现五种配置方式：纯分相补偿、三相补偿、综
合补偿 （1 分 9 共、2 分 6 共、3 分 3 共） 此项为每组电容容量参数设置， 数据范围为 0～999Kvar ， 步长为 1。 C01 表示第一组电容器，15 表示电容器容量为 15 Kvar，以下 类同。
8．3．8
ID 号/通讯速率设置
此项为控制器地址号设置，数据范围为 1～255。
再次操作
键，进入此项显示。上部为已设定的 ID 号，下部 键修改通讯速率，按 键退出，
为通讯速率，操作 并保存所有设定参数。
11
8．4 手动控制操作说明
控制器 LCD 液晶显示器左下角显示手动表示控制器工作在手动投切状态， 显示自动表示控制器 工作在自动投切状态，如需更改工作方式，按 按键切换。
9、通讯描述
所有的 JKWF 控制器寄存器 （包括实时寄存器和设置寄存器）在 MODBUS 通讯协议时都具有 4XXXX ， 的基址。根据 MODBUS 协议，请求 JKWF 控制器寄存器中一个地址为 4XXXX 的寄存器时，主站实际读 取为 XXXX-1。例如，请求 JKWF 控制器寄存器中 40011 寄存器，主站实际寄存器号为 10。
附表1
寄存器号 实际物理地址
JKWF控制器寄存器表格
标准配置(Basic) 可选(Optional)
寄存器类型
40101 40102 40103 40104 40105 40106 40107 40108 40109 40110 40111 40112 40113 40114 40115 40116 40117 40118 40119 40120 40121 40122 40123 40124 40125 40126 40127 40128 40129
64H 65H 66H 67H 68H 69H 6AH 6BH 6CH 6DH 6EH 6FH 70H 71H 72H 73H 74H 75H 76H 77H 78H 79H 7AH 7BH 7CH 7DH 7EH 7FH 80H
RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO R/W R/W R/W R/W R/W
A 电压 A 电流 A COSφ A 有功功率 A 无功功率 A 电压谐波 A 电流谐波 A 频率 B 电压 B 电流 B COSφ B 有功功率 B 无功功率 B 电压谐波 B 电流谐波 B 频率 C 电压 C 电流 C COSφ C 有功功率 C 无功功率 C 电压谐波 C 电流谐波 C 频率 C1 C2 C3 C4 C5
Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic
12
40130 40131 40132 40133 40134 40135 40136 40137 40138 40139 40140 40141 40142 40143 40144 40145 40146 40147 40148
81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 90H 91H 92H 93H
R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W RO RO
C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 电压上限 电压下限 电流 CT 设置 COSφ 设置 延时设置 分相电容组数 三相电容组数 电压总谐波畸变率 电流总谐波畸变率 投切门限 电容投切状态 系统版本
Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic
数据内容解释：
1、 电压、电流、有功功率、无功功率、谐波、频率除 10 为实际值，COSΦ除 1000 为实际值 2、 C1～C12 为电容容量（Kvar）设定范围 00～999kvar 3、 电压上限为电容保护电压上限，设定范围 115～146
；即 230V～290V 当设定 146 时,表示关闭此功能，显示为 0 4、 电压下限为电容保护电压下限，设定范围 90～101； 即 180V～200V 当设定 101 时,表示关闭此功能，显示为 0 5、 电流设置为电流互感器变比比值，设定范围 1～1200 6、 COSΦ设置为目标功率因数：设定范围 90～100（显示 0.90～1.00） 7、 延时设置为投切电容动作延时：设定范围 1～28 (显示 0.1～100.0 秒) 对应关系： 1～10 对应 0.1～1.0 秒 11～19 对应 2.0～10.0 秒 20～28 对应 20.0～100.0 秒 8、 电压总谐波畸变率保护门限：2～101（显示 1.0%～50.0%） 当设定 101 时,表示关闭此功能，显示为 0 9、电流总谐波畸变率保护门限：4～201（显示 2.0%～50.0%） 当设定 201 时,表示关闭此功能，显示为 0 10、分相电容组数：0～4；三相电容组数：0～12； （注意：分相电容组数×3 + 三相电容组数 ≤12） 11、投切门限：显示值为 0.5～1.2；实际设置值为 5～12； 12、I/O 状态：C1 对应最低位 C2 对应次低位，依次向后推 13、系统软件版本：终端软件版本号
13
10、问题的解决
因一些可能出现的接线/设置/硬件错误，会造成整个电容补偿系统不能正常工作，现将较多出 现的故障及检查排除方法分述如下：
10．1 控制器测量电流显示值错误或为 000
检查参数设置菜单“电流变比”设置项，其设置的值必须与主进线电流互感器的比值 相同，如主进线取样电流互感器变比为 800/5，控制器“电流变比”设置值应为 160；当电 流显示 0000A 时，表示没有电流信号，应检查电流互感器与控制器电流连接端子线路有开 路或没有负载两种情况。
10．2 控制器报警指示灯亮
当电压、谐波测量显示值超出设定的上/下限保护值的范围时，控制器报警指示灯亮， 控制器将按“5s”间隔时间切除已投入电容器，应适当调整上/下限保护值。
10．3 功率因数显示错误
应检查控制器的测量电流和测量电压的对应关系，测量电流与测量电压应为同相。
10．4 补偿效果不好
应检查控制器参数设置项，与补偿精度相关参数有“目标 cosΦ ”、 “门限”“电容容 、 值” 三个参数， 可提高 “目标 cosΦ ”值减小 “门限” 设定值， 推荐设置为目标 cosΦ ： 1.00， 门限 1.0，每组电容容值设定与实际电容容值相同即可。因一些设计电容容量分配级差较 大，推荐使用电容编码方式，调整电容器容量，将会达到理想补偿效果。
10．5 不便判断问题出在外接线路时，可换一台控制器，如出现相同的故障现象，请 您务必按以上提示检查外接线路。
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电容器无功功率补偿的应用 篇3
关键词：电容器 无功功率 补偿
0 引言
连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。
1 电力电容器的补偿功能
经电业部门调查，农网和城网输送功率潮流的功率因数大都在0.65-0.8左右，企业内部的配电网潮流的功率因数在0.65-0.7左右。低压用电设备由于动力设备实际作功比额定功率小及家用电器的作功特性，所以其自然功率因数大都偏低。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。
当功率因数偏低时，将造成下列不良影响：降低了发电设备的有功功率及发电设备效率，提高了发电成本。电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。降低了输变配电设备的供电能力。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。使电网损耗增加(电网线路中的电能损失与功率因数值的平方成反比)功率因数愈低，线路中的电压损失也愈大，使用电设备的运行条件恶化。由此可见，提高功率因数对整个电力系统的经济运行有着重大意义，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。
2 自愈式低压并联电力电容器的结构特点
多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。
近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。
2.1 压差防爆装置 当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。线路电压损失与线路电流成正比，提高功率因数减少线路无功电流，也就减少了线路电量损失，对于波动大和冲击性负荷无功动补装置做自动跟踪投切可以显著抑制电压闪变，对于谐波源负荷，选用抗谐波动态装置，可使公用母线电压正弦波形崎变率达到国家标准；对于不平衡负荷选用分相补偿的动补装置，则可使负序电压改善到达到电网负序电压国家标准。
2.2 安全膜 把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行，而整个元件容量下降甚微。
2.3 温度电流型保险 电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。
金属化膜是电容器生产的关键原材料。目前一般生产自愈式低压并联电力电容器使用Al金属化聚丙烯膜、Zn-Al（或Ag-Zn）聚丙烯金属化膜。
3 铝金属化膜和锌铝金属化膜的区别
在镀膜技术中，因铝膜生产成本低，对环境的适应性强，常温常湿自然条件下，可以存放较长时间而保持导电性不变，自愈性能较好，便于保管和操作，因而得到广泛应用。
金属化电容器最突出的一个特点是具有良好的自愈性，就是说当其介质的电弱处被击穿后，由于短路产生的高能量使击穿附近的金属镀层迅速逸散形成空白区，重新恢复绝缘。这一特性要求金属化膜具有较薄的镀层。但在金属化的电容器中，金属镀层是作为极板使用的，从金属导电原理出发，又要求金属镀层越厚越好，这样电容器才能承受大电流的冲击。其喷金材料只能是Al、Zn或其合金，不同种类的金属在电场的作用下，接触面的电化学腐蚀是存在的，加上镀层，喷金面接触不良，造成耐电流冲击能力差。同时铝膜电容器在运行中由于热电效应，镀层极易腐蚀脱落，导致容量下降，损耗增大、发热等。
蒸镀采用边缘加厚技术，极板部分方阻比较大，喷金接触部分方阻小，这就解决了自愈性和抗大电流冲击的矛盾。而喷金材料采用和极板相同的Zn，不存在电化学腐蚀现象。真空镀膜的损伤程度也小。因而Zn-Al金属化膜电容器的性能稳定，具有容量下降率小，耐冲击能力强，使用寿命长等特性。但是Zn-Al膜允许在空气中暴露的时间短，镀层容易氧化，工艺要求比较严格，处理不当，会在电热的作用下，损耗增大，影响其使用寿命。
4 电容器的质量
合格的自愈式低压并联电力电容器应当符合GB12747-91标准，出厂前对电容器元件都经过检验、筛选，合格的元件才允许组装电容器。整台电容器的容量、损耗、耐压和绝缘等主要指标都经过测试，外观经过检查合格后才允许出厂。
5 使用注意事项
无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。值得一提的是，一般用户往往忽视使用说明书，使用注意事项安装时要仔细领会、照办。大家知道，电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。
6 推广应用
无功功率自动补偿的先进性和实用性，通过实践证明，该装置能频繁快速投切、消除无功反送、提高配电设备的利用率、大幅度改善用户的功率因数、节省用户的扩容投资和电费的支出、显著改善配电质量，达到高效节能的效果；符合国家的节能政策，创造良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]ZKP电机专用节电器使用手册[Z].北京中矿节能技术有限公司.2004.
[2]赵希正.中国电力负荷特性分析与预测[M].北京:中国电力出版社.2002.
功率补偿器 篇4
本文首先对长距离输电线模型进行了分析, 然后针对电压于无功功率, 通过并联电容器或电抗器来提升或降低负载汇流排电压, 以改善长距离输电线路电压[1,2]。
1 长距离输电模型
输电网的目的是将分散的发电机组所产生的电能输送到配电系统。其中, 输电线路是将整个电力系统网连接的干线, 以每相为基础, 利用适当的参数表示成等效模型, 其端电压为某一条线路的对地电压, 电流为某一相电流, 可将三相系统简化成等效的单相系统。
根据电力系统输电网结构, 以长距离输电线模型验证简化模型, 整个系统如图1所示, 电流、电压用双曲函数表示为:
其中:γ传播常数, l输电线路长度, ZC特性阻抗。
2 电压与无功功率
电力系统在尖峰或低谷运行时, 无功功率会引起电力系统电压降低或升高, 给电力系统运行电压造成影响。通常有功功率P可通过功率角度来控制, 而无功功率Q则通过改变电压V来控制。同样, 有功功率的改变会造成功率角的变化, 而无功功率的改变会造成电压的变换。系统电压的不稳定于无功功率有直接关系, 要控制系统电压在合理范围内运行是非常困难的, 因为在实际的电力系统中, 绝大部分负载是随时间变动的, 而电压又随负载变化, 所以为了满足无功功率需求, 必须在适当的地点加装足够容量的无功功率补偿装置。
为保证电力系统的高效、可靠运行, 电压与无功功率的控制应满足以下目标:
1) 改善电力品质, 维持稳定的系统电压。
2) 增强系统的稳定性, 避免电压崩溃, 造成大规模停电。
3) 改善功率因数, 减少输电线损失, 提高运行效率和安全。
4) 减少无功功率损失, 降低并联补偿器应用。
电力公式通常采用自动发电控制系统 (A G C) 来调度有功功率, 利用有功功率维持系统频率稳定。由于无功功率无法长距离传输, 所以电压大小的控制必须通过遍布整个系统的各种装置来进行有效控制, 以保持系统电压在合理范围内。总的来讲, 无功功率的控制比有功功率要困难, 具体有以下原因:
1) 无功功率较有功功率更具非线性特性。
2) 无功功率传输性差, 无法长距离传输, 必须在汇流排并联电容器或电抗器, 才能改善效果。
3) 系统对电压过高或过低所能容忍的时间较短, 因此必须加入无功功率装置, 使得系统模块化处理分析变得困难。
3 电力系统无功功率补偿器
为满足无功功率需求, 电力系统必须在适当的地点加装适当容量的无功功率补偿装置, 可作为电力系统无功功率补偿器的装置有以下几种:
1) 并联电容器:提供超前的无功功率, 防止系统电压下降, 提高功率因数, 降低输电线损失。
2) 并联电抗器:提供落后的无功功率, 防止系统电压升高, 避免造成设备损坏或发生事故。
3) 静态虚功补偿器:以电力电子元件控制电容器或电感器的调节, 提供超前或落后的无功功率, 使连接点的电压变动在最佳值。
4) 同步调相机:同步调相机的结构基本与同步发电机相同, 只是不带机械负荷, 可以消耗是功率和提供虚功率。
无功功率的平衡是电力系统中维持稳定运行的重要因素, 除发电量于负载需平衡外, 电压的控制也是很重要的。
电压的变化主要受电力系统尖峰和低谷影响, 因此, 必须使用无功功率补偿器避免电压的突变。
输电线并联电容补偿器具有以下优点:
1) 降低馈线电路的实功率损失;
2) 提升系统的电压;
3) 提高系统的功率因数;
4) 增加系统的供电能力。
输电线路并联电抗器的特性恰好与电容器相反, 假设长距离输电线受电端加上适当的并联电抗值j XL, 如图2所示。
当输电线路加载至突波阻抗负载时, 输电线的电感性无功功率损失, 完全由线路充电电容提供, 表示输电线上没有无功功率损失, 则输电线电压分布一致。当负载低于突波阻抗负载时, 将使受电端电压上升, 相当于轻载或输电线开路, 使用并联电抗器可抑制受电端电压。
4 结论
本文首先介绍了长距离输电模型, 并对长距离输电的集总参数模型电流电压进行了分析。随后, 对电压与无功功率的关系、无功功率的控制以及无功功率难以控制的原因进行了阐述。最后, 对电力系统无功功率补偿器, 主要对电容器和电抗器进行了比较分析, 所得结论对电力系统的稳定运行具有重要意义。
摘要：持续且稳定的电力供应是经济快速发展的基本保证。无功功率调度问题一直是影响电力系统品质、效率及安全性的一个重要因素, 而最优化无功功率调度是属于多目标函数优化问题。本文以长距离输电线路模型表示输电网结构, 对电压于无功功率进行分析, 结果认为并联电容器于并联电抗器对长距离输电线路电压具有改善作用。
关键词：长距离输电,无功功率调度,功率补偿器,并联电抗器
参考文献
[1]苑舜, 韩水编著.配电网无功优化及无功补偿装置[M].中国电力出版社, 2003.
功率补偿器 篇5
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)
功率补偿器 篇6
关键词：无功功率补偿；电力工程；配电网
引言：随着经济的发展居民对电力供应的需求也在加大，这也使得电力工程配电网在运行的过程中存在着一些难以忽略的问题，而在其中无功功率的补偿就是较为严重的问题之一。电力工程配电网在运行的过程中，其所存在的感性负荷量是十分大量的，而这也在一定的程度上增加了无功功率，而无功功率的增加又使得电能的耗损越来越严重，不仅影响到了电力企业的经济效益，还对社会电能可持续发展造成了一定的影响。但是，要如何才能做好无功功率的补偿呢？笔者就这问题，在基于无功功率补偿对电力工程配电网的影响和应用进行了以下的分析。
1.无功功率补偿的意义
1.1无功功率补偿技术的含义
无功功率补偿其本质意义就是在电力的供电系统当中提高电网功率因数，同时，在一定程度上降低电能的损耗、提高供电的质量。在我国很多小型的电力系统当中，无功功率补偿技术的使用，能调整其三相不平衡的电流；但是，在我国较大型的电力系统中，无功功率补偿技术的使用就能起到调整电网电压、加大电网运行的可靠性的作用。
1.2无功补偿的工作方法
电力系统的供电功率可以分为两种，有功功率和无功功率。进行无功补偿的方式主要是通过安装无功补偿的装置来实现的，其实现降低无功功率的方法主要就是通过所装置的设备与电路中的用电设备以及配电变压器相互抵消无功功率。它主要的目的就是为了使容性功率负荷装置与感性功率负荷装置连接在同一电路上，使能量能够在不同的负荷中进行交换，从而使得容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷需要的无功功率。
2.无功功率对电力工程配电网的影响
无功功率对电力工程的影响其具体主要表现为以下几点：（1）无功功率影响了电力工程配电网的供电能力。（2）无功功率影响了发电设备的功率输出能力，在一定的程度上降低了发电设备中的功率输出能力。（3）无功功率的使用使得电力工程配电网的损失也得到了相应的增加。（4）无功功率在一定程度上对发电机有功功率的影响，使其运转功率因数降低，从而影响了居民用电的正常使用。就此我们可以看出，在电力工程配电网中对无功功率进行补偿是十分重要的。
3.无功功率补偿在电力工程配电网的应用
3.1在对无功功率补偿进行选择时，要选择合适的方式
在电力工程配电网中，无功功率补偿方式主要有利用配电变压器进行补偿、利用配电线路达到无功功率的补偿、采取随机方式进行无功功率补偿、利用变电所进行集中的无功功率补偿、利用低压进行集中无功功率补偿等。但是要想使得无功功率在电网运行中得到有效的降低，则必须需要针对性的选择，只有选择了合理且适合的无功功率补偿方式，才能有效的降低电网中电能的耗损。
3.2无功功率补偿中明确补偿的容量
在电力工程配电网中中，如果想明确的知道无功功率补偿的容量，则可以应用以下的几种方法：一是根据配电网运行电压的大小来进行确定补偿的容量，其计算的公式是Q=z所需电压值×所需的电压值/配电网线路阻抗值。二是根据配电因素来进行确定补偿的容量，在这其中功率因素应该满足于用电居民的实际需求。三是根据变压器的容量来进行确定补偿的容量。四是根据线路损耗的降低率来确定进行补偿的容量。
3.3选择正确的无功功率补偿装置
在电力工程配电网中，要想选择合适的无功功率补偿装置，就需要考虑不同的电压需求、选择的补偿装置的特性等因素，只有明确了这些因素后才能选择正确的无功功率补偿装置。在我国电力工程配电网中就有着三种最常用的无功功率补偿装置，低压装置、中压装置、高压装置。在这其中，低压装置相对于高压和中压装置，使用率更加的广泛，其通常安装在单台低压电动机侧或者是电力工程配电网变压器中的低压侧，低压装置不仅能对电动机启动、停止时进行功率的补偿，还能对宾馆、车间、高层建筑等进去功率补偿：在这三项装置中中压装置是通过干式自愈型并联电容器对中压进行补偿，该设备的电容元件因其是用金属薄膜卷制作而成、再加上其元件外部是通过树脂封灌而成使得其有着绝缘空气的特性，这能使得电压装置在面对空气的侵蚀时起到一定的防护作用：而高压装置其主要是应用在高压配电的网络中，安装该装置的主要目的就是为了降低主變压器无功功率的耗损、改善配电网中的功率因数，从而提高输出电能的质量，为广大用电户带去给稳定更安全的电能，其安装的位置一般是10kv变电站中的主变压器旁边。
结语：总而言之，电力工程配电网在运行的过程中，随着无功电流流动的大量性，其带来的影响不仅是电网中线路的损耗，更严重的是会影响到供电的质量从而影响到电网稳定的运行，同时也给用电户造成了严重的影响和损失。因此，如何有效的对无功功率进行补偿，是首要关注的问题，只有加强了无功功率对电力工程配电网的补偿，才能降低电网线路的损耗，给用电户带去更加可靠稳定的供电。
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.
浅谈电网无功功率补偿应用 篇10
配电厂受自然环境、居民区等问题制约, 所以远离电力负荷中心, 尽管建于负荷附近位置, 由于单机容量的变大, 发电机额定功率因数也随着变大, 因此电网所接受的无功功率变小, 仅由发电机提供的无功功率满足不了配电网对无功功率的需求, 所以无功功率补偿设备的作用尤其重要。配电系统的无功功率补偿方法有以下几种: (1) 同步调相机:目前很少利用, 它是无功补偿设备最前期的典型代表, 具有动态补偿功能, 其反应慢, 工作维护麻烦, 一般表现为高压侧集中补偿。 (2) 并补装置:并联电容器是无功补偿中用于无功补偿最多的装置, 但是电容的补偿只限于补偿固定的无功装置, 虽然电容分组投切优于固定电容器补偿方法, 并且更能适应负载无功的动态表现, 但其补偿方法仅是一种有级无功调节, 实现不了无功平滑的无级调节功能。 (3) 并联电抗器:现今我国电抗器容量都是固定的, 主要用于抑制过电压与除吸入系统容性的负荷。以上三种补偿措施在运行工作中取得较好的效果, 但实际工作中存在以下问题: (1) 谐波问题:电容器具备抗谐波功能, 但谐波值一旦过大, 会影响电容器使用寿命;但由于其对谐波具有放大功能, 所以会使系统的谐波, 受到更严重干扰。 (2) 无功的倒送问题:电力系统中不能出现无功倒送, 在负荷值低时, 无功倒送会使电压偏高。 (3) 电压调节措施的补偿装备产生的问题:某些无功补偿装备主要是由电压定其无功的投切量, 线路电压的波动与无功量变化有关, 但线路的电压是根据系统变化而决定的, 这就造成无功欠补或过补的出现
二、无功的补偿措施
并联电容器是无功补偿的一种表现方法。按照达到的补偿效果的不同与系统负载情况的不同, 根据不同安装地扯, 无功补偿可分为分单元补偿、集中补偿与就地补偿三种。下面分析无功补偿方法特点。 (1) 线路的分布补偿。线路的分布补偿为高压补偿的一种表现, 为实现无功就地补偿功能, 就要在电力线路上安装并联电容器, 具有成本低、降损、高效等特点, 并且安装简捷, 低事故, 维护工作容易, 尤其是用于较长线路与多负荷供电点的线路上。所以, 配电线路上组装并联电容器补偿, 在社会发展中得到广泛的应用。 (2) 变电站的高压集中补偿。高压集中补偿指将并联电容器组直接装在变电所的6~10k V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端, 用户本身有一定高压负荷时, 可以减少对电力系统无功的消耗并起到一定补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切, 从而合理地提高用户功率因数, 避免功率因数降低导致电费增加。同时便于运行维护, 补偿效益高。电容器组安装容量一般为10000kvar或更小, 放置方法可设有专门室外布置或电容器室。由于变电站的补偿, 对农网降损作用有限, 下级补偿不够时, 其是确保总受电端功率因数, 是否能达到考核标准的一种有效补偿方法。高压集中补偿为无功平衡的一个主要构造, 很多企业, 特别是存在较多高压负载时, 如:电炉、变压器等。其补偿特点有电压较高、补偿容量较大, 比低压大很多。 (3) 变压器的低压母线补偿。变压器低压母线补偿, 是以无功补偿投切装置充当控制保护装置, 把低压的电容器组补偿于大型用户0.4k V母线上的补偿技术, 较多表现为动态补偿。其补偿措施限于补偿线路的无功负荷, 基荷段, 补偿容量过大时, 在负荷出现低谷时, 其无功会倒送, 会使电压升高和增加网损可能, 对其他设备和电容器的正常运行造成影响。所以不能用低压母线补偿, 取代下级补偿, 如果在下级补偿处于完善的状态时, 便能够除去线路补偿。 (4) 低压用户的分散补偿。低压用户的分散补偿主要为低压随机补偿, 其方法是将低压补偿的电动机绕组与电容器组直接并接好, 用一套保护装备与刀闸控制, 将电动机同时投切, 此方法为静态补偿。
三、无功补偿装置
静电电容器、同步电机、静态无功补偿器以及静态无功发生器, 通常把这几种装备称为无功补偿装备。目前我国指的静态无功补偿装备, 主要指采用晶闸管无功补偿设备的方法, 有以下几类:
1具有饱和电抗器的无功补偿装备功能
其主要装置分为可控饱和电抗器与自动饱和电抗器无功的补偿装置。可控饱和电抗器是以改变控制绕组工作时电流的控制铁心的饱和数据, 使工作绕组的感抗改变, 而进一步控制无功电流值。自动饱和电抗器的无功补偿装置采用电抗器的主要功能来稳定电压, 再用铁心的饱和功能, 而控制吸入或发出的无功功率数据。
2静态无功补偿装置
静态补偿器的功能是持续而快速地控制无功功率, 根据吸入或放出无的功功率来控制, 其所连接输电节点的电压。静态无功补偿装备, 由晶闸管所控制投切电容器及电抗器组合成, 可分为晶闸管投切电容器与晶闸管控制电抗器两种补偿装置方法。⑴晶闸管控制电抗器由单个电抗器与两个相互反向并联而成的晶闸管相串联, 三相接成的三角形。具有TCR型的补偿器, 灵活性大, 反应迅速, 目前我国工业企业和输电系统中应用广泛。⑵晶闸管投切电容器由两个相互反向并联的晶闸管, 而将电容器从电网中连接断开或并入电网, 而串联的小电抗器, 主要用来抑制电容器, 投入电网工作时可能产生对电流的冲击。
3新型静态无功发生器
静态无功发生器构造是一个电压源型逆变器, 由可断开与关闭的晶闸管控制通断, 把电力系统的电压同步与电容上的直流电压转换而成的三相交流电压, 再把变压器和电抗器并联连接入配电网。控制好逆变器输出电压, 灵活改变工作状态, 让其处于感性、容性或没负荷的状态。
摘要：随着社会的发展与人民质量的提高, 人们对配电的依赖性不断加强, 同时对供电的质量及稳定性提出了严格的要求。本文中主要探讨了功率因数与供电单位间的影响, 以及提高功率因数带动社会效益及经济效益的作用。
关键词：电网,无功率,补偿器,发生器
参考文献
[1]浅论电网无功功率补偿[J].天津电力, 2010 (10) .
浅谈“无功功率补偿”的节能效果 篇11
在水泥厂最常用的无功功率补偿方法有:变电站补偿、随机补偿和随器补偿等。
(1) 变电站补偿:补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上, 因此具有管理容易、维护方便等优点, 缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。
(2) 随机补偿:将电容器组与电动机并接, 通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。随机补偿的优点是用电设备运行时, 无功补偿装置投入;用电设备停运时, 补偿装置退出。更具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点。适用于补偿电动机的无功消耗, 以补励磁无功为主, 可较好的限制配电网无功峰荷。年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。
(3) 随器补偿:将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧, 以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。随器补偿的优点是接线简单, 维护管理方便, 能有效地补偿配电变压器空载无功, 使该部分无功就地平衡, 从而提高配电变压器利用率, 降低无功网损, 是目前无功补偿最有效的手段之一。缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散, 因此补偿工作的投资比较大, 运行维护工作量大。
1“无功补偿”电容器容量计算举例
1.1 电容器的容量计算
电容器的补偿容量, 需根据配变容量、负荷容量、负荷性质、三相电压平衡度、自然功率因数、目标功率因数等背景参数, 经过计算确定。
(1) 对于35～110kV变电所中电容器装置的总容量, 按照无功功率就近平衡的原则, 可按主变压器容量的10%～30%考虑。并建议10kV侧电容器组分组容量确定为2000、3000、6000kvar。
(2) 对于普通负荷的公用变的0.4kV低压补偿, 可按配变容量的20%～30%进行补偿。
(3) 当三相电压不平衡时 (如单相负荷较多) , 需考虑一定容量的分相补偿。
(4) 对于企业专用变压器的0.4kV低压补偿, 可按配变容量的30%～60%进行补偿。
(5) 当补偿点处有谐波时, 还要考虑串联一定比率的电抗器, 以构成调谐支路, 滤除线路上的高次谐波。
(6) 当采用固定补偿方式时, 补偿总容量应选小些, 避免线路轻载时出现过补, 产生无功倒送。
(7) 当采用自动补偿方式时, 补偿总容量应选大些, 避免高峰负荷时出现欠补, 造成力率过低。
(8) 当电容器额定电压与系统标称电压不相等时, 补偿容量≠安装容量, 装机容量需进行修正。
1.2 随机补偿装置电容器容量QC的计算公式
(1) 按电动机的空载电流选择
高压电动机随机装置电容器容量计算:
式中:Qc——补偿电容器容量, kVar;
Un——电动机额定电压, kV;
Io——电动机的空载电流。
为防止产生自励磁过电压, 单机补偿容量不宜过大, 应该保证电动机在额定电压下断电时电容器的放电电流不大于Io (一般情况下为≤0.9×Io) 。
电动机空载电流Io的估算方法有三: (1) Io=2×In× (1-cosΦ) ; (2) Io=In× (sinΦ-cosΦ2b) , 其中, b=最大转矩/额定转矩, 一般为1.8～2.2, 可以从电动机样本中查取; (3) 经验方法, 对于大容量电动机, 约为额定电流的20%～35%。对于小容量电动机, 约为额定电流的35%～50% (计算后, 应该取最小值, 带入计算) 。
(2) 按电动机补偿前后的功率因数选择
式中:P——电动机的额定功率, kW;
cosΦ1——补偿前的功率因数;
cosΦ2——补偿后的功率因数。
建议:两种计算方法取得的QC值的结果可能并不一致, 应采用较小的数值。
高压电动机采用进相机实施无功补偿, 也是近年来应用比较多的一种随机补偿设备。
与电机定子侧并联电容器的补偿方式有着本质的区别。电容补偿只是在电机之外的电网上对电机的无功进行补偿, 无法改善电机本身的运行状况;而进相机装置是串接在电机转子回路中, 不仅可显著提高功率因数, 使电机定子电流约减少15%～20%左右, 而且电机温升明显降低, 电机的效率和过载能力有一定提高。
2 经济效果分析举例
(1) 显著改善电压质量
负荷 (P+βQ) 的电压损失ΔU简化计算如下:
式中:Un——线路额定电压, kV;
P——输送的有功功率, kW;
Q——输送的无功功率, kvar;
Ro——线路电阻, Ω;
Xo——线路电抗, Ω。
安装补偿设备容量Qc后, 线路电压降为ΔU1, 计算如下:
很明显, ΔU1<ΔU, 即安装补偿电容后电压损失减小了。由式 (1) 、 (2) 可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下:
由于越靠近线路末端, 线路的电抗X越大, 因此从 (3) 式可以看出, 越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。
(2) 降低电能损耗
如输送的有功P为定值, 加装无功补偿设备后功率因数由cosΦ提高到cosΦ1, 因为P=U×I×cosΦ, 负荷电流I与cosΦ成反比, 又由于P=I2R, 线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosΦ升高, 负荷电流I降低, 即电流I降低, 线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosΦ时, 电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%, 计算如下:
(3) 挖掘发供电设备潜力
(1) 在设备容量不变的条件下, 由于提高了功率因数可以少送无功功率, 因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下:
(2) 如需要的有功不变, 则由于需要的无功减少, 因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下:
可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下
(3) 安装无功补偿设备, 可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后, 使无功负荷降低, 发电机就可少发无功, 多发有功, 充分达到铭牌出力。
(4) 减少用户电费支出
(1) 可以避免因功率因数低于规定值而受罚。
(2) 可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗, 因而相应可以减少电费的支出。
3 应用说明
对于远离配电中心、功率又比较大的低压电动机采用无功功率就地补偿, 就是把电动机所需要的无功电流局限在电动机设备的终端, 实现无功功率就地平衡, 使得整个变配电网络的功率因数都比较高, 有效地减少输配电线路的无功损耗。
同时, 低压电动机采用无功就地补偿装置, 还有利于降低电动机起动电流, 延长电动机与控制设备的使用寿命。低压电动机起动频繁或经常正反转的场合, 不宜采用就地补偿。
电容器对电压变化十分敏感, 长时间过电压会使电容器严重发热, 电容器的绝缘会加速老化, 寿命缩短, 甚至发生电击穿或热击穿;电网电压一般应低于电容器本身的额定电压, 长期工频稳态过电压不得超过1.1倍额定电压。因此, 并联电容器装置必须能在1.05倍额定电压下长期运行, 并在一昼夜中, 在最高不超过1.1倍额定电压下允许运行时间不超过6h;当周围空气温度24h平均最高值低于标准10℃时, 电容器能在1.1倍额定电压下长期运行。根据调查, 部分水泥企业的低压配电电压经常运行在420～430VAC之间, 这对电容器的安全运行是十分不利的。同时, 对电动机的节能经济运行也是十分不利的, 建议加强这方面的管理工作。
4 无功补偿装置常用的投切方式
(1) 延时投切方式, 又称作“静态”补偿方式。这种投切方式依靠于专用的接触器的动作, 具有抑制电容的涌流作用。延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作, 造成电容器损坏, 而更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡, 这是很危险的。
(2) 瞬时投切方式, 又称作“动态”补偿方式, 实际就是一套“快速随动系统”, 控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算, 在2个周期到来时, 控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通, 投切电容器组大约20～30毫秒内就完成一个全部动作, 这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。
(3) 混合投切方式, 实际上就是将“静态”与“动态”补偿的混合, 一部分电容器组使用接触器投切, 而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补, 比单一的投切方式拓宽了应用范围, 节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组, 这种方式补偿效果更加细致, 更为理想。还可采用分相补偿方式, 可以解决由于线路三相不平衡造成的损失。
5 无功自动补偿的调节方式
以节能为主者, 采用无功功率参数调节;当三相平衡时, 也可采用功率因数参数调节;为改善电压偏差为主者, 应按电压参数调节;无功功率随时间变化稳定者, 可按时间参数调节。
(1) 功率因数型控制器:功率因数用cosΦ表示, 它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时, 线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式是比较传统的方式, 采样、控制也都较容易实现。
(2) 无功功率 (无功电流) 型控制器:较完善的解决了功率因数型的缺陷。智能化的设计, 有很强的适应能力, 能兼顾线路的稳定性及检测补偿效果, 并能对补偿装置进行完善的保护及检测。由于是无功型的控制器, 也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时, 哪怕cosΦ已达到0.99 (滞后) , 只要再投一组电容器不发生过补, 也还会再投入一组电容器, 使补偿效果达到最佳的状态。
(3) 用于动态补偿的控制器:对于这种控制器要求就更高了, 一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的, 要求控制器抗干扰能力强, 运算速度快, 更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型, 所以它具备静态无功型的特点。该类产品的稳定性还处于逐步完善中。
6 滤波补偿系统
电容器对高次谐波最敏感, 因为高次谐波电压叠加在基波电压上不仅使电容器的运行电压有效值增大而且使其峰值电压增加更多, 致使电容器因过负荷而发热, 并可能发生局部放电损坏, 高次谐波电流叠加在电容器基波电流上使电容器电流增大, 增加了电容器的温升, 导致电容器过热损坏。
电容器对电网高次谐波电流的放大作用十分严重, 一般可将5～7次谐波放大2～5倍, 当系统参数接近谐波谐振频率时, 高次谐波电流的放大可达10～20倍。因此, 不仅需考虑谐波对电容器的影响, 还需考虑被电容器放大的谐波损坏电网设备, 影响电网安全运行。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈现容性, 以对线路进行无功补偿, 对于谐波则为感性负载, 以吸收部分谐波电流, 改善线路的畸变率。增加电抗器后, 要考虑电容端电压升高的问题。
滤波补偿装置既补偿了无功损耗又改善了线路质量, 虽然成本提高较多, 但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用, 不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下, 采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时, 对系统中的谐波进行消除。
7 电抗器电抗率的选择原则
(1) 系统中3次谐波含量已超过或接近于标准限值时, 宜选用串联l2%～13%的电抗器。
(2) 系统中5次谐波含量已超过或接近于标准限值时, 宜选用串联4.5%～6%的电抗器。
(3) 系统中以3次、5次谐波成分为主, 且两者含量均较大时, 宜采用电抗率为12%～13%与电抗率为4.5%～6%的电抗器混装方式或采用串联3%左右的电抗器。
(4) 系统中以3次、5次谐波为主, 且含量较小时, 可不串接电抗器;也可选用0.1%～1%的电抗器。
(5) 当电网中含有多种谐波成分, 且都具有较大含量时, 串联电抗器的选用, 应使电容器支路对于在较大含量的各次谐波中的最低次谐波总阻抗呈感性, 此时该电容支路对于较大含量的各次谐波均不会产生放大作用。
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