综合补偿策略论文（精选7篇）
综合补偿策略论文 篇1
0 引言
高能耗企业中的大功率电力电子负荷由于工况变换频繁且谐波含量较高,为了保证供电质量,防止谐波的各种危害,往往在进行大容量无功功率补偿的同时还需采取有效措施抑制各次谐波[1,2]。目前,主要采用的方法是使用LC无源滤波器PF(Passive Filter)[3,4],但其通常只能滤除固定频率的谐波电流,不但性能受电网参数变化的影响比较大,而且在谐波情况复杂的电网中也易与系统发生谐振[5],因而并非理想的选择。
近年来,结合有源电力滤波器APF(Active Power Filter)和PF优点的并联混合型有源电力滤波器HAPF(Hybrid Active Power Filter)作为大容量谐波抑制和无功补偿的理想装置成为研究的热点,但在相关实用技术的研究上尚不十分充分,尤其在控制方面基本上是借鉴单独使用的APF的控制方法,但由于结构差异此类方法并不一定适合于实际应用中的混合型装置,而在基本控制策略的选择上更是少有涉及。
针对以上问题,以江西某铜箔厂设计的串联谐振注入式有源滤波器为基础,结合并联型无源滤波器的谐波和无功综合补偿装置为例,从结构分析出发,提出一套从基本控制策略选择到具体控制方法实现的综合补偿装置控制系统设计与实施的完整方案,并在实际装置中进行了应用,其设计思路和应用经验可为类似装置的推广应用提供一定的指导和借鉴作用。
1 综合补偿装置的结构分析
在广大工矿企业的配电系统中,经常出现需要进行大容量无功补偿的同时又需要对谐波进行有效治理的情况。以江西某铜箔厂为例,在其电网中除普遍存在的电力电子装置之外,主要负载是挂在10 k V进线上反星形连接的整流装置,其工况复杂且负荷变化频繁,同时背景谐波含量也较高,若单纯使用无源滤波器进行谐波抑制和无功补偿将很难获得比较理想的效果。
针对铜箔厂的实际情况,考虑到混合型有源滤波器的优点,将单独的串联谐振注入式滤波器与并联型无源滤波器相结合构成如图1所示的谐波和无功综合补偿装置。
从图1可以看出,该装置只由无源部分补偿无功功率,有源部分和无源部分共同抑制谐波,这使得其兼具较大容量的无功补偿和谐波抑制能力以及较小的逆变器容量的特点,同时实现对电网谐波先由无源滤波器进行“初滤”,再由有源滤波器进行“精滤”的谐波治理思路。其结构特点决定了它比较适合应用于中高压系统进行大容量的谐波抑制和无功补偿,既可提高滤波效果,又能确保投入的无功补偿容量具有一定的灵活性,从而满足铜箔厂在不同工况下对电能质量的要求。
若设电源谐波电压为US,电网阻抗为ZS,将负载看成谐波电流源Ih,无源滤波器组滤除的谐波电流为Ix,将电压型逆变器看成电压源UF,同时假设隔离变压器为理想变压器[6,7],其电压变比为n:1(网侧电压∶阀侧电压),则由图1可得如图2所示的单相等效电路,其中Z2和ZLO分别表示注入电容CC和输出滤波电感LO的谐波阻抗,Z1为输出滤波电容与基波谐振电路并联后的等效谐波阻抗,IC为流经Z1的电流。
由图2,根据基尔霍夫电流和电压定理,有
化简方程组(1)并消去变量UL、ILO、IF、IC得:
由式(2)可知,对于综合补偿装置,通过合理控制电压型逆变器输出谐波电压UF的大小可有效降低电网谐波电流IS的含量。
2 综合补偿装置的基本控制策略选择
对综合补偿装置的基本控制策略选择,由式(2)可知实际上是相当于讨论用一个什么样的量来对UF进行控制的问题。一般而言,对电流谐波进行治理主要有2种基本控制策略,分别是对有效输出谐波电压UF采取根据负载谐波电流IL来进行控制的策略和根据电源谐波电流IS来进行控制的策略[8,9],以下分别进行讨论。
首先,分析采用根据负载谐波电流IL来进行控制的策略,即控制UF=KIL。由图2和式(2)可得:
化简为
运用电源叠加原理,由式(4)可反推出综合补偿装置的单相等效电路,如图3所示。
由图3可知,在这种控制策略下,可通过控制有源电力滤波器在改善无源滤波器的谐波阻抗特性的同时又增大电网谐波阻抗,从而可极大提高滤波效果。但由于电网中的n KK1和滤波支路中的-n KK1可相互抵消,即电网阻抗ZS与滤波装置回路等效阻抗Z2+K2存在产生谐振的可能,因此这种控制策略下对滤波装置的参数设计要求比较高,并且不太适合于电网情况复杂、谐波阻抗变化频繁的场合。
对于采用根据电源谐波电流IS来进行控制的策略,即控制UF=KIS。同样由图2和式(2)可得:
化简为
同于以上分析,由式(6)可反推出此时综合补偿装置的单相等效电路,如图4所示。
由图4可知,在这种控制方式下综合补偿装置相当于在电网上增加了一个可调的谐波阻抗n KK1,可通过控制有源部分来增大电网谐波阻抗,从而使大部分负载的谐波电流进入滤波支路而不是注入电网造成谐波污染。另一方面,正是由于综合补偿装置有源部分带来的可调阻抗n KK1的存在,使所有无源滤波支路与电网产生谐振的可能性大为降低,从而极大提高了整个系统在复杂电网环境中的安全稳定性。
由以上分析可以看出,在工况复杂、负荷变化频繁的场合,从提高装置的安全稳定性能出发,相对而言采用根据电源谐波电流IS来进行控制的策略更具有优势。
3 综合补偿装置的分频控制方法研究
在基本控制策略选定之后,为取得较好的补偿效果,具体控制方法的研究与应用也是非常重要的。单独使用的APF控制一般是通过检测出电网中的谐波含量,根据一定的控制算法将其转化为逆变器的开关量,从而使得逆变器发出与电网谐波大小相等方向相反的谐波达到补偿目的,在此基础上一系列的新型控制方法被提出,如滞环电流控制、单周控制、变结构控制等[10,11],虽然它们都具有各自的优势,然而对于综合补偿装置却由于其结构特点,上述先进算法并不一定很适用。
参考图1可知,除有源部分之外,主网络中还并联有其他无源支路以改善滤波效果并兼作无功补偿,因此,当有源部分发出与PF谐振次数相同的谐波时,可能抵消PF的滤波效果,还可能导致PF过流而造成事故,就综合补偿装置而言,对某些次数的谐波进行控制是没有必要的,也容易造成补偿容量的浪费,甚至降低无源支路的滤波效果,因此根据网络的实际情况对特定频率的谐波进行分频控制是有必要的。另一方面,综合补偿装置不同于单独使用的APF,其有源部分的输出必须经过不同阻值的容性和感性元件才能注入电网,对于不同频率的谐波,其角度偏转是不一致的,此相位偏移既与综合补偿装置的主电路设计参数相关又与具体的谐波补偿次数有关,是一个具有个体特性的数据,因此为保证补偿装置的效果同样有必要对具体的补偿量进行有效的分频处理。
在具体的分频控制方法选择上,可采用基于直流分量的PI分频控制方法或基于广义积分的PI分频控制方法,以下分别进行介绍。
要使得被控对象在控制器的作用下,其输出能够无差地跟踪给定信号,控制器必须要包含积分环节。通常当参考信号为直流信号或者是常量时,控制器只要包含一个常规的积分器就能保证系统无稳态误差。然而,综合补偿装置有源部分的参考信号为交流周期信号,常规的积分器无法起到很好的效果。为解决此问题,同时实现分频控制,可以通过坐标变换将正弦信号化为一个直流信号,然后在新的坐标内采用常规积分器对直流信号进行PI控制,同时实现不同次数谐波的相位偏移的补偿,如图5所示(图中虚线箭头是指2~n次中间各次谐波直流分频PI控制)。
图5中C12和C1n分别为基波和n次谐波的单位正弦和余弦分量,按根据电源谐波电流IS来进行控制的策略的要求,与低通滤波器一起完成对母线电流谐波的分频检测,获得所需要进行补偿控制的谐波的直流分量和相位参数,对直流分量应用PI进行幅值控制,同时结合各次输出谐波相位偏移的分析,调整输出谐波相位,确保输出谐波和补偿谐波的相位相反,而后综合幅值和相位2方面因素,将反变换后的补偿谐波叠加,从而获得进行PWM调制的电压量。
由于有源部分的参考信号实际上是由多个频率的正弦波叠加而成的,因此基于直流分量的分频PI控制首先需要进行分频检测,即必须实现多个频率的旋转坐标变换和低通滤波,然后对变换后的多个直流信号分别进行常规PI控制,经过相位补偿并反变换后再叠加起来,故而这种方法坐标变换多,计算相对复杂,但若系统只要求对几个主要次数的谐波进行治理,那么这种方法还是非常有效的。
针对基于直流分量的分频PI控制方法中存在的问题,结合广义积分可实施对周期量的分频积分的特点[12,13],可采用基于广义积分的模糊自整定PI分频控制方法,从而有效避免分频检测的环节,极大降低计算量,其控制框图如图6所示。
控制系统的目的是为了将电网谐波控制为最小,因此控制框图中给定r为零,采用根据电源谐波电流来控制的基本控制策略,通过检测实际电网谐波电流ISh,由基于广义积分的模糊PI控制算法计算出逆变器期望输出电压,然后经过PWM调制,触发逆变器,控制其谐波输出,最终达到滤除电网谐波电流的目的。使用模糊参数调节器主要是为实现PI控制器的参数在线整定[14,15],即根据系统的采样信息,将得到的偏差e和计算出的偏差变化率ec输入控制器,通过模糊参数调节器,在PI参数预整定的基础上实时在线整定PI参数,以达到最佳控制效果。
广义积分的最大特点是能够实现对周期量的分频控制,具有分频积分功能的广义积分器传递函数可表示为
为减少计算量提高实时性,将式(7)离散化,可得广义积分输出的表达式为
于是可得广义积分PI控制器的算式如下:
式中k表示当前时刻采样值,k-1为上周期采样
值;KP、KI分别为PI控制器的比例系数和积分系数;H为需要控制滤除的谐波次数的集合。为有效消除干扰,式中的离散微分ec(k)采用下式获得:
对于PI参数的模糊自整定,目的是为了提高整个系统的动态性能,在具体结构和方法的选择上,模糊参数调节器采用简单而实用的二维结构,预整定值采用Ziegler-Nichols方法求解,解模糊采用重心法。考虑到模糊算法方面选用的都是比较成熟的方法,因此在文中就此部分不再赘述。
4 仿真实验与现场应用
采用PSIM软件搭建仿真平台,负载为三相整流桥,运用文中所提出的控制策略与方法主要治理5、7次谐波,对如图1所示的综合补偿装置的效果进行验证,其中以上所述2种方法的控制仿真模块及其仿真结果如图7所示,IS为母线电流。
由图7可知,2种控制方法对谐波的治理都是较为有效的。为作进一步验证,采用IPM模块PM300C LV120在实验室中搭建了综合补偿装置的有源部分,控制部分以DSP2407A为核心,采用根据电网谐波电流进行控制的模糊广义积分PI算法。谐波负载采用三相全控整流模块MJYS-QKZL-200,电流数据由FLUKE43B电能质量分析仪进行采集,图8所示为实验中获得的补偿前后电流波形。
目前采用以上控制策略与方法的综合补偿装置已在江西某铜箔厂的谐波抑制和无功补偿项目中成功应用,将系统平均功率因数由0.7提高到约为0.94,同时谐波含量也有效降低。
5 结论
以串联谐振注入式有源滤波器为基础结合并联型无源滤波器的综合补偿装置兼具谐波抑制和大容量无功补偿的功能,是现场工程应用中的理想结构。但由于其结构上的特点,在基本控制策略和具体控制方法的选择上也有其特殊之处。比较分析表明,采用根据电源谐波电流IS来进行控制的基本策略相对具有优势,更适合于在工况复杂、负荷变化频繁的场合中应用。在具体控制算法上,进行有效的分频控制对综合补偿装置而言是有必要的。
文中提出的基于直流分量的PI分频控制方法和基于广义积分的PI分频控制方法都能满足综合补偿装置的特殊要求,仿真实验和实际应用表明其对谐波的治理是有效的,由此形成的一套从基本控制策略选择到具体控制方法实现的综合补偿装置控制系统设计与实施的完整方案将可对先进并联补偿装置的推广应用起到一定的指导和借鉴作用。
摘要：针对高压大容量负荷谐波抑制和无功补偿的要求,以串联谐振注入式有源电力滤波器为基础结合并联型无源滤波器的谐波和无功综合补偿装置为例,通过结构分析,对常用基本控制策略进行比较。基于此,针对结构特点和应用需求进行有效的分频控制方法的研究,形成一套从基本控制策略选择到具体控制方法实现的综合补偿装置控制系统设计与实施的完整方案。为适应负荷变化频繁的复杂工况,提出采用根据电源谐波电流进行控制的基本策略以提高装置的安全稳定性能,同时利用基于直流分量的PI控制和基于广义积分的模糊自整定PI控制2种方法分别实现谐波电流的有效分频控制,后者不但避免了分频检测的环节,降低了计算量,而且很好地保证了控制效果。
关键词：谐波抑制,无功补偿,控制策略,分频控制
综合补偿策略论文 篇2
目前各地都制定了相关报销基本目录, 不在基本报销目录内的医疗费用即政策范围外的医疗费用部分, 由参保人员自付, 而政策范围内在具体起付标准之上的医疗费用部分, 乘以政策规定的报销比例, 所产生的金额在最高支付限额内的部分, 为实际报销金额, 而实际报销金额占总医疗费用的百分比即为实际报销比例 (或称实际补偿比) 。正是由于基本报销目录的制定产生政策范围内外两项医疗费用, 再加上起付线和最高支付限额的相关规定, 使得政策规定的名义报销比例 (或称名义补偿比) 与实际补偿比之间出现差距, 但两者是密切相关、不可分割的, 名义补偿比是基础因素, 实际补偿比是综合考量。
制定基本医保目录是目前控制医疗资源滥用的有效方式, 其不仅与各统筹地区的经济发展水平及基本医保基金收入水平相适应, 而且也较为充分地利用相对有限的医保基金满足最广泛参保群体基本的医疗需求。由于人民群众健康需求会随着生活质量的提高和医疗卫生科技的进步而不断增加, 基本医疗保险未来可以尝试在现有目录的基础上逐渐扩展, 但必须以基金的可持续性为第一要务, 防止出现高额赤字和严重财务危机。同时我们更应加快建设和完善以基本医疗保险为主体, 补充医疗保险和商业健康保险为补充的多层次医疗保障体系, 以缓解基本医保基金压力和满足多层次医疗需求。
探究输配电网综合无功补偿方法 篇3
1 简述输配电网与无功补偿
输电网主要是由高电压远距离输电线路组成的, 担负着将发电厂所产生的功率运往较远地区的重任, 对于我国居民的生产生活具有极其重要的作用。配电网主要由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器及其附属设施设备等组成, 具有分配电能的作用。其分类方式多种多样, 按照电压等级可划分为高压配电网、中压配电网和低压配电网;按照供电区的功能可划分为城市配电网、农村配电网等。
无功补偿又被称为无功功率补偿, 在整个电力供电系统中发挥着极其重要的作用, 其主要是通过将容性功率负荷装置与感性功率负荷连接于同一电路中, 使电能可以在这两种负荷之间自由转换, 具有提高电网的功率因数、降低供电变压器和输电线路损耗、提高供电效率、改善供电环境等一系列优点, 受到了电力行业相关人员的广泛关注与高度重视。电力行业相关人员在对输配电网进行综合无功补偿时, 应注意以下两个方面: (1) 当整个输配电网处于轻负荷状态时, 要尽量避免过度补偿现象的出现, 以提高电力企业的经济效益。 (2) 在对输配电网进行综合无功补偿的过程中, 将输配电网功率因数提高至0.95即达到合理补偿状态。此外, 电力行业相关人员在选用无功补偿装置时, 应根据自身实际情况, 选用适合该地区的无功补偿装置, 尽量减少输配电网的损耗。
2 输配电网综合无功补偿方法
2.1 变电站集中补偿
电力行业相关人员为实现对输配电网的综合无功补偿, 可以采用变电站集中补偿的方式, 其补偿装置主要包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等, 具有对电网功率因数进行改善、提高系统终端变电所母线电压、对变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗进行补偿等一系列优点。变电站集中补偿方式一般具有便于管理与维护等优点, 因此, 受到了电力行业相关人员的欢迎与喜爱。但同时, 该种输配电网补偿方式也存在着一定的限制, 即其对于10 k V输配电网的降损没有任何作用, 因此, 并不适用于10 k V输配电网。
2.2 输配电线路分散补偿
输配电线路分散补偿方式主要是通过将电容器安装于相关输配电线路杆塔上来实现对输配电线路的综合无功补偿。电力行业相关人员在运用该种方法时, 要特别注意对整个输配电线路中的补偿点和补偿容量进行科学、合理的控制, 以避免过度补偿现象的发生。此外, 在对输配电线路分散补偿进行保护时, 可以将熔断器和避雷器作为过流与过压保护装置, 以防止意外的发生。输配电线路分散补偿由于其具有投资小、回收快、补偿率高等优点, 适用于电力功率较低、负荷较重的长线路。但是, 其也存在着一定的限制, 诸如难以对其进行有效地维修与管理、适应能力差、在重载状况下会出现补偿不足等。因此, 现阶段很少被运用于对输配电网进行综合无功补偿。
2.3 输配电变压器随器补偿
输配电变压器随器补偿方法主要是指将低压电容器通过电力系统中的低压熔断器连接在配电变压器的两侧, 以达到对配电网的综合无功补偿目的, 具有接线简单、补偿效果好、经济性好等一系列优点, 是现阶段我国无功补偿最有效的方式之一, 能够促使该地区形成无功就地平衡, 提高配电变压器的利用效率, 进而降低其无功网损, 促使输配电网安全、稳定、高效运行, 为用户提供更加优质的电力资源。但是, 输配电变压器随器补偿方式所需要的配电变压器较多, 且其安装地点比较分散。这就导致该种补偿方式的投资成本较高, 降低了电力企业的经济效益。
2.4 随机补偿
随机补偿主要是将低压变压器与电力系统中的电动机进行连接, 通过对其进行有效地控制与保护来实现对输配电网的综合无功补偿。针对现阶段我国输配电网中存在的大部分无功功率均消耗在电动机上等现象, 可以通过随机补偿的方式, 对电力系统中的电动机进行无功补偿, 以减少输配电线路中的功率损耗, 提高电动机的运行效率。当电力系统中的电力设备运行时, 无功补偿装置进入并发挥作用;反之, 则无功补偿装置退出。因此, 其具有投资少、安装方便、配置灵活、事故发生率低等一系列优点, 适用于对电动机进行无功消耗补偿。
通过运用以上方法, 我们可以有效实现输配电网综合无功优化, 结果对比如表1所示。
3 结束语
综上所述, 输配电网作为电力系统的重要组成部分, 在整个电力系统的运行过程中扮演着重要的角色。输配电网综合无功补偿由于其自身所具有的一系列特点, 可以减少整个输配电网的损耗量, 进而提升供电效率, 保证电力系统的安全、稳定运行, 受到了我国电力行业相关人员的欢迎与喜爱。现阶段, 我国输配电网综合无功补偿方法主要包括变电站集中补偿、输配电线路分散补偿、输配电变压器随器补偿、随机补偿等。这些补偿方式各有优缺点。因此, 在实际生活中, 电力行业相关人员应结合自身的实际情况, 选用合适的补偿方法对输配电网进行综合无功补偿, 促使输配电网能够安全、稳定地运行, 为我国居民提供更加优质的电力资源。
参考文献
无功补偿和谐波治理的综合应用 篇4
谐波与无功功率问题对电力系统和电力用户而言, 都是十分重要, 也是近年来备受关注的课题。电力部门对于电力用户的功率因数有强制要求, 已得到用户的普遍共识和执行。而谐波问题近年来得到越来越多的重视, “绿色电网”的呼声也越来越高, 人们越来越关注谐波对供电系统和用户负载带来的负面影响。现代化大厦、现代厂房应用了许多智能化系统 (设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统) , 其中大量自动化设备需要高质量的电源, 同时相当数量的设备由于具有非线性负载特性, 又是引发谐波畸变的谐波源。同时工业企业用电中大量应用的变频调速设备、高速印刷机设备、电力整流设备, 它们在从电网吸取基波电流的同时, 又产生谐波注入电网 (系统) 。这些设备也产生了大量谐波源。
1 配电系统电容补偿与谐波的关系
现代电力配电网中谐波抑制与无功补偿不再是两个相对独立的问题, 两者之间有着十分紧密的联系, 一方面产生谐波的电力装置, 在产生谐波的同时也消耗基波的无功功率, 比如电力电子装置、变压器等;另一方面谐波抑制或滤除的装置, 也都具有补偿基波无功功率的功能, 如无源LC滤波器、有源电力滤波器等。两者之间相互影响, 又相互矛盾, 在谐波存在的电力系统中, 单纯的电容无功补偿系统会产生并联谐振, 导致谐波电流的放大, 而谐波电流的存在也会造成电容器的损毁, 使无功补偿无法正常的实现。
2 并联电容器对谐波电流的谐振放大
在这里主要讨论配电系统中产生的谐波对补偿电容器回路的影响, 对于电力系统来说, 大部分谐波源的产生主要是电流源, 其主要特征是外阻抗变化时电流不变。因此, 为了分析方便, 我们将含有谐波源的电容补偿配电系统简化成:谐波电流源、并联电容器、系统阻抗 (略去电阻) 三元件组成的电容补偿系统电路简化图, 如图1 (a) 所示, 等效电路图如图1 (b) 所示。
由图1, 可以得出:
式中, Rsn为系统的n次谐波电阻, 为系统的n次谐波电抗, Xsn=n Xs;Xcn为补偿电容的n次谐波容抗, Xcn=Xc/n;Rs为系统的工频电阻;Xs为系统的工频短路阻抗;Xc为并联电容的工频容抗。
由于, 所以式 (1) 和 (2) 中的Rsn可以略去。这样在Xsn=Xcn时, 并联电容器的容抗与系统阻抗发生并联谐振, Isn、Icn均远大于In, 谐波电流被谐振放大。由Xsn=n Xs=Xcn=Xc/n得出谐振点的谐波次数为, 即当谐波源产生含有次数为的谐波电流时, 将引起谐振。若谐波源中产生的次数接近的谐波电流时, 虽不会产生谐振, 但其次数谐波电流叠加在电容基波电流上, 使电容电流有效值增大, 温升增高, 甚至引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。同时谐波电压叠加在电容器的基波电压上, 不仅使电容器电压有效值增大, 并可能使电压峰值大大增加, 使电容器运行中发生的局部放电、起始游离电压降低。这往往是损坏电容器的主要原因。通过上述分析:电容器将谐波电流放大, 不仅危害电容器本身, 而且会危害电网中的电器设备, 严重时会造成损坏, 甚至破坏电网的正常运行。
在实际经验中, 谐波电流被谐振放大是普遍存在的。根据电工学原理, 容抗和感抗不论并联还是串联, 都存在产生谐振的可能。那么如何抑制谐波电流的并联放大呢?通常是给并联电容器串联电抗器, 由于容抗与频率成反比, 而感抗与频率成正比。因此, 可以通过设计串联适当的电抗器, 改变并联电容器回路的总阻抗, 如图2所示。
从下式中可以得到说明。忽略式 (1) 、式 (2) 中Rsn, 增加电抗器后得出新的公式:
式中, XLn为电抗器的n次谐波电抗, XLn=n XL;XL为电抗器的工频电抗。
只有在Xsn=Xcn-XLn时, 才会发生并联谐振, 这时的谐振点的谐波次数为, 该谐振点的谐波次数低于未串联电抗器时的次数, 也就是说, 在原先的谐振点将不会产生谐振, 且串联的电抗器电感量越大, 谐波次数越低。因此, 可通过串联电抗器改变电感量的大小, 控制并联补偿的谐振点, 从而避开谐波源中所包含的各次谐波, 有效避免谐波源谐振放大现象的发生。
从式 (3) (4) 也可以看出, 电容器支路和系统支路对谐波电流的分流情况:在Xsn=XLn-Xcn时, Isn=Icn=0.5In;在Xsn< (XLn-Xcn) 时, Isn>Icn, 谐波电流大部分流入系统;在Xsn> (XLn-Xcn) 时, Isn
上述情况, 也可以说明串联电抗器后的电容器回路的滤波能力。
3 LC滤波补偿的基本原理
通过上文的分析, 了解串联电抗器后可以有效抑制谐波的并联谐振, 也了解了谐波电流在电容器回路和系统回路的分流情况, 下面进一步针对电容器串联电抗器回路, 来分析该回路的滤波和补偿的工作原理。
LC滤波补偿器也称为无源滤波补偿器, 是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置, 安装在有谐波的系统中, 与谐波源并联, 除了起到无功补偿的作用外, 还可以实现滤波的效果。下面给出了LC单调谐滤波补偿器的电路原理图图3 (a) 和补偿器阻抗随频率变化的关系曲线图3 (b) 。
由图3 (a) 可知, 滤波器对n次谐波 (ωn=nωs) 的阻抗为:
式中, ωs为基波工作频率, 为50 Hz。
先来分析LC滤波器的滤波工作原理:由式 (5) 可知, 在nωs L=1/nωsC时, 即时, Zfn=Rfn为最小值, 而Rfn值很小, 因此可以认为此时LC滤波器回路的阻抗很小, 对n0次谐波形成低阻抗通路, n0次谐波电流基本上流入LC滤波器回路, 很少流入系统中, 实现滤波的效果。其次, 再分析阻抗随频率变化的关系曲线图3 (b) , 在频率小于n0的部分, LC滤波器的回路阻抗Zfn呈现为容性, 因此对于基波ωs、LC滤波器主要为容抗, 起到无功补偿的作用。根据电工学原理, 只有容抗和感抗并联才会发生并联谐振, 而感抗与感抗之间无论并联还是串联, 都不会发生谐振, 这样对于LC并联补偿回路来说, 频率大于n0的谐波电流, LC滤波器的回路阻抗Zfn呈现为感性, 就不会发生谐振现象。
通过以上分析, 改变LC滤波器中电抗器的感抗和电容器的容抗, 就可以将滤波器的谐振次数设定为需要滤除谐波次数相近, 实现滤波的目的。在实际经验中, LC补偿器考虑到无功补偿的需要, 先定电容器的容量, 然后只要设定电抗器的电抗率 (感抗与容抗的比值) 就可以决定谐振频率n0。
4 去谐滤波补偿器的参数选择和安装注意事项
4.1 电抗器的电抗率选择
去谐滤波补偿方案要先考虑电抗器的电抗率。电抗率的选择与系统的主要谐波次数有关, 根据标准DBJ/T11-626—2007《建筑物供配电系统谐波抑制设计标准》第5.3.4条:“为治理供配电系统内、外谐波骚扰, 滤波方式可按下列原则选择:对电力系统内部的谐波骚扰, 宜以部分滤除和抑制为主;外部的谐波骚扰, 应避免串联谐振。 (1) 以5次和7次谐波为主的谐波骚扰, 可采用串联电抗率为4.5%~7%的电抗器滤除和抑制。 (2) 以3次谐波为主的谐波骚扰, 可采用串联电抗率为12.5%~15%的电抗器滤除和抑制。”
根据上述5.3.4标准, 在选择电抗率时, 需要注意的是:不是电抗器串联调谐频率越接近滤除主谐波频率越好, 这既要考虑抑制谐波的技术要求, 也要考虑产品的性能要求和生产现状。以5次谐波为例, 对应谐波频率为250 Hz时电抗率为4%, 越接近4%滤波效果越好, 但这也对谐波滤波器的设计制造提出了严格要求, 由于系统谐波量值的不确定以及背景谐波的存在, 很容易造成电抗器、电容器的过载而损耗。
电抗器的选择还要考虑系统的工作电压和频率, 此外还要选择与电容器的容量匹配的电感值。
4.2 电容器的主要参数
电抗器和电容器组成去谐补偿回路, 所以, 电容器的选择主要有电容器的额定电压和额定补偿容量, 与电抗器密切相关。由于电抗器的作用, 会造成电容器端电压的升高, 电容器的额定电压应不低于下式的计算值:
式中, Uc为电容器端电压;Un为系统额定工作电压;Rr为电抗率或称调谐参数。
按式 (6) 计算的电容器额定工作电压肯定高于系统的工作电压。对于交流电容器的额定容量或额定无功功率, 有公式:
式中, Q为电容器的容量 (kvar) ;Cn为额定电容 (μF) ;Un为额定电压 (k V) ;f为频率 (Hz) 。
根据公式 (7) , 在确定实际输出容量、系统实际工作电压、电容器的额定电压情况下, 就可以计算电容器的额定容量, 如式 (8) 所示:
式中, Q0为电容器的额定容量;Qn为电容器的有效输出容量;Un为电容器的额定电压;U0为电容器的系统工作电压。
4.3 电容器柜的安装建议
市场现售的电容器基本是干式自愈合的, 采用金属化塑料薄膜材料卷绕而成, 就是将5~6μm厚的金属镀膜 (主要成分为锌、铝合金) 喷涂在聚丙烯薄膜绝缘层上, 然后卷绕成电容绕组, 再安装在铝罐等保护外壳内。由于聚丙烯绝缘层有一定的温度承受范围, 温度太高, 就会软化, 导致绝缘层破坏。因此电容器对工作环境的温度很敏感, 不能在太高的温度环境下工作。电容器产品的国家标准《低压自愈式电容器》 (GB/T12747—2004) 中对电容器温度的规定如表1所示。
因此, 电容器柜的安装要充分考虑散热措施和避免温度对电容器的影响, 由于去谐无功补偿系统的滤波电抗器在工作时是柜内主要发热源: (1) 电抗器和电容器分层安装, 而且电容器安装在电抗器的下层, 因为电抗器是柜内主要发热元件, 而热气流运动方向是向上的, 因此, 将怕热的电容器安装在开关柜的最下层。 (2) 层与层之间隔板改为C型钢, 电抗器、电容器改成在C型钢上安装, 这样增加柜内空气的流通。 (3) 将2台散热风机的安装位置由柜顶安装改为后柜双开门各安装1台, 而且安装位置靠近电抗器。 (4) 对于风机的控制, 还作了相应改进。原先的风机电源接在补偿柜主开关的下侧, 没有控制回路, 这样风机在主开关投入后一直长期运行。在冬天或负载低补偿回路没有投入运行, 柜内温度不高时, 风机也一直运行, 这是没有必要的浪费, 而且也会影响风机的使用寿命。这次改造在柜内增加了1个温控装置, 温度传感器安装在电容器、电抗器之间, 温控开关安装在柜侧, 将温控装置的动作温度设为38℃, 在柜内温度超过38℃时, 风机自动投入运行。
5 工程实例
电容补偿和谐波治理技术, 在笔者参与管理的项目中得到了很好的应用。其中, 在福州、泉州、厦门“印务中心”的变配电项目中, 对提高电源质量的稳定性, 保证电网的安全运行, 保证印刷机的安全运行, 都起到了很好的作用。在项目中解决了电容补偿柜电容、电感布置不合理而引起的柜体工作温升高的问题。目前, 补偿柜运行正常。
摘要：介绍低压电容补偿系统与谐波的关系, 分析并联电容器对谐波电流的影响及LC抑制谐波电流的措施, 阐明了低压LC滤波补偿器在实际设计工作中的应用和需要注意的环节。
关键词：谐振放大,LC滤波补偿,谐波抑制,电容补偿柜
参考文献
[1]王兆安.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 2006
综合补偿策略论文 篇5
随着近几年国民经济的飞速发展, 中国电力负荷对无功施加的压力也越来越大, 无功补偿对电压的改善起到了巨大的影响。同时, 也由于粗放型经济由传统向科学化、技术化的转变, 对电能的质量要求也越来越高, 但由于人们生活水平的提高, 电力的负荷也越来越大, 生活中也存在着很多的超负荷操作, 这些都对供电质量产生了一定的影响, 对设备的安全埋下安全隐患。
1 电能的背景
1.1 民生需求
电能在人们的生活的应用十分广泛, 是必不可少的一部分。在十八大之后, 保障“民生”已经成为时代发展的趋势, 社会进步的前提。由于社会主义新农村的建设以及生活与工业负荷的加大, 电力发展的压力也在逐渐地增大。同时, 由于电能是中国国民发展的必要能源, 是高新技术产业的发展的保障, 所以对电能的要求也逐渐增高。
1.2 监管要求
随着对供电需求的增长, 对供电的监管制度逐渐完善, 也越来越严格。近几年, 随着经济的发展, 电力故障也时有发生, 由于电能质量引起的经济问题以及损失逐年增多, 用户在电力方面的投诉越来越多, 尤其是电能质量方面占有的比例比较大, 这就要求相关部门加强监管制度, 对电能的质量进行严格的要求, 进而提高人们的生活质量。
1.3 公司战略
企业想要达到利益最大化, 就应该制定相应的战略。如部分南方公司实施“主动承担社会责任”“提供安全、可靠、高效、环保的电力供应”“服务经济社会发展”等等。都在一定程度上加强了企业自身的社会效应, 维护了企业的形象, 也由此为基础加强了企业的经济利益。
2 谐波对电容的影响以及无功补偿的原理
2.1 谐波对电容的影响
2.1.1 变压器励磁特性
当变压器的电压升高时, 励磁的电流就会增大, 进入饱和区, 励磁电流增加的幅度逐渐增大, 但磁通相对增加却很少, 因此, 励磁电流呈现出尖峰状, 并且, 含有谐波成分。在正常的情况下, 谐波的分量多为奇数, 通常出现的是3次。对变压器进行设计的过程当中, 由于三次谐波的原因, 其中一侧的绕组通常设计为三角形接线。此外, 在电压正常运行的情况下, 励磁对系统运行的影响甚微。
2.1.2 直流偏磁
a) 变压器的绕组中注入一个直流电, 然后铁心中产生直流磁通分量。在铁心中相应的半周波内进入深度饱和, 在此过程当中, 需要的励磁电流量比较大;
b) 在发生直流偏磁之后, 励磁电流的畸变率比没有直流偏磁时的畸变率增长了1倍左右。
2.1.3 谐波的影响
a) 谐波对电容组的影响主要的表现是由于过压过流而引起的电容器组串联, 进而出现发热、烧毁的现象, 严重的甚至会出现爆炸, 而出现过压过流的状况一般都是由于谐振而引起的;
b) 谐波对配电网的影响, 主要体现在对线路上所配置的保护设备与测量设备的影响[3]。由于这些设备多数使用的都是电磁式以及感应继电器元件, 所以相对而言容易被谐波干扰, 导致系统紊乱, 出现原因不明的误动与拒动等现象。这就说明谐波对配电系统有一定的影响, 会威胁到配电系统的正常工作。同时, 也会加大变压器的损坏程度, 减少变压器的工作效率。此外, 由于配电网系统之中使用大量的异步电动机, 其所造成的谐波会增加损耗。
2.2 无功补偿的基本原理
由于电网出现线损的主要原因是线路的消耗过大与变压器的损耗严重, 所以要想做好配电网的降损节能, 就应该对电网中的线路进行优化处理[3]。无功补偿的目的就是通过对无功潮流的分布进行调理, 进而降低电网的损耗程度, 以此加强线路的工作效率。
3 无功补偿和谐波治理的综合应用
3.1 电容器无功补偿装置中的谐波问题
谐波有两种形式:谐波电流源与谐波电压源, 在供电过程中常用的是谐波电流源[4]。
3.1.1 谐波与并联谐振
谐波是由电网中的非线性用电负荷所产生的, 简单地说, 谐波源就是一个电流源。变电站内装设并联电容器进行无功补偿, 在工频情况下, 电力系统的感抗相对于电容器的容抗小很多, 所以当高次的谐波出现时, 就可能出现并联谐振。
3.1.2 谐波与串联谐振
当上一级的电网畸变严重时, 谐波源就相当于一个很大的电压源。当感抗等于容抗时, 就会形成串联谐振, 串联谐振的特点是:回路的阻力最小, 相当于电阻值;电源的电压相同的情况下, 电流最大;电容与电抗的电压很有可能大于电源;对同频电流具有相吸的作用。此外, 谐波电压就会在串联回路上产生强大的电流, 并流入补偿电容器, 进而造成故障。在谐波下的供电系统中, 单独用电容器进行无功补偿时, 如果出现串联谐振或者并联谐振的状况时, 由于电流直接流入电容器当中, 就会产生电力故障。为了减少故障的发生, 就应该寻求同时可以实现无功补偿与谐波治理的装置。
3.2 同时实现无功补偿与谐波治理的装置
3.2.1 无源滤波器
由于电网中有谐波的出现, 为了滤除谐波, 对其进行有效地治理, 就应该单独为谐波提供释放的路径, 简单地说就是基波正常使用, 而谐波短路, 也就是使谐波在流过过滤器的时候不进入电容器系统, 而是直接流向谐波源[1]。针对这一状况, 中国通常采用的是LC无源滤波器, 它是由恰当数值的电容、电感以及电阻共同组成。通过对参数进行设置, 使其对想要滤除的谐波频率上的感抗与容抗相抵消, 出现低阻抗的现象, 由此, 谐波就可以顺利地回到谐波源, 达到对谐波进行非有效治理的目的。面对基波与其它谐波时, 由于滤波器出现高阻抗, 所以其影响相对而言比较小。此外, 常用的谐波治理的方法还有一种高通滤波器, 其具有低阻抗的特点, 所以可以一次滤除多种谐波。在进行谐波治理的过程当中, 通常将系统中的谐波分为两方面:单调谐滤波器与高通滤波器, 前者用来滤除谐波含量比较大的某次谐波, 后者则是对高次谐波进行减少。这两种滤波器实现起来相对简单, 就是在原有的并联电容器的支路串联相应的电抗器[1]。此外, 应注意的是由于以上两种装置对谐振的频率要求相对比较严格, 而对其产生影响的因素比较多, 所以应保证电抗器与电容器的数值不可因外界因素的影响而发生改变。
3.2.2 有源滤波器
a) 目前, 在无功补偿装置当中进行谐波治理的重要趋势就是使用源滤波器[2]。其通过对电网的电压与电流进行实时检测, 然后对数据进行相应的运算处理, 最后得到补偿的指令, 对主电路所产生的谐波补偿电流进行控制, 此电流应该等于需要滤除的谐波电流, 进而, 是两股电流进行抵消, 消除电网电流中的谐波成分, 只留下基波电流。有源滤波器可以对频率与幅度发生变化的谐波进行跟踪, 并具有不受阻抗的特点, 所以以其独特的特性可以避免出现谐振的危险。此外, 该装置可以在无功补偿装置当中进行谐波治理, 还可以抑制闪变, 具有一定的可控性与响应性, 是目前无功补偿与谐波治理的发展方向;
b) 有源滤波器在中国已经开始投入使用, 但仍存在一定的问题, 比如在大容量应用的过程当中, 有源滤波器的逆变量容量怎样才能做到最小化的问题;有源滤波器在荷载的动态条件下, 怎样进行自我调节;出现畸变电网的不对称情况下, 怎样才能提高适应性等等, 这些问题都对电网产生一定的影响, 也在一定的程度上降低了设备的工作效率。目前, 在有源滤波器的研究过程当中的一个明显的特点就是, 将有源滤波器与无源滤波器进行结合, 而出现的混合型有源滤波器[1]。其相当于谐波的隔离系统, 既能做到对超负荷谐波进入电网的阻止, 又能减少以及避免谐波电压对电网产生的影响。将有源滤波器与无源滤波器进行结合还可以将两者的优点得到更好的发挥, 以此来达到补偿的目的。混合滤波器的最大优点是, 逆变器的压力在一定的程度上减少, 只要承担谐波的电流与谐波的电压, 从根本上减少了部分有缘滤波器的容量, 相对而言比较适合功率大的谐波负载的无功补偿。
4 电容器组谐波检测
4.1 电容器组谐波检测的目的
a) 为了避免故障的出现, 就应对电容器的组成部分进行充分了解, 对于可能会引起故障发生的原因进行充分地了解, 提前做好准备工作, 做好应对的措施以此避免故障的扩大, 防范于未然。同时, 也应利用故障的谐波趋势, 进行分析, 了解导致故障发生的直接原因或者间接原因, 并及时制定相应的解决措施;
b) 对电容器组谐波检测的目的有三点:首先是掌握现状, 对电容器的运行状况进行实时了解, 并对其进行分析, 以此做到对事故的预测, 减少不必要的损失;其次是事件的告警, 主要分为谐波超标报警、电流越限报警、出力降低报警等等[4], 以此, 来做好应对措施;最后是对事故的分析, 当事故发生之后, 丰富的监测数据会为分析故障原因提供良好的基础, 在此基础上进行分析, 为以后的故障产生预警的作用。
4.2 系统的建设
中国对电网系统的建设尤为重视, 500 k V电容器组谐波检测有中国电科院负责, 到目前为止已经完成了两期, 已经有19个变电站的电容器组被纳入了检测的范围之内。中国电科院对电能的质量问题较为重视, 加快了新主站的建设进度, 各个单位以及部门均可通过WEB的方式对本单位电容器组谐波检测情况进行查看与了解, 并以此作为基础, 开展相关工作, 掌握发生谐波放大的危险点, 保障工作的稳定开展。
5 结语
目前, 在电网的发展方面, 无功补偿对电能质量的改善其很大作用。随着电力建设的飞速发展, 无功补偿与谐波治理的应用越来越广泛。本文通过对其进行探讨分析, 明确了无功补偿以及谐波治理的必要性与方法。
摘要：随着中国经济的发展以及社会的进步, 电力得到广泛地应用, 电压的质量也在逐步地提高。目前, 在无功补偿装置中进行谐波治理的一个重要的趋势就是采用有源滤波器。这个装置不仅能补偿无功和各次谐波, 同时也可以抑制闪变, 具有一定的可控性以及响应性, 是目前为止, 无功补偿与谐波治理领域的重要研究方向。
关键词：无功补偿,谐波治理,应用
参考文献
[1]李电, 陈晓宇.无功补偿与谐波治理[J].浙江电力, 2004 (04) :37-39.
[2]林在荣.低压并联无功补偿技术的现状与发展[J].电工技术杂志, 2003 (08) :67-69.
[3]徐继敏.电网的无功补偿与谐波治理[J].电气应用, 2008 (12) :21-23.
综合补偿策略论文 篇6
经过几年的农网改造, 就我市农网的总体状况而言, 健康水平明显改观, 网损也有效地降下来了, 同时也带来了可观的经济效益。但现在农村的功率因数很低的状况还没有得到有效的解决, 由于农村用电负荷消耗无功量大, 但在负荷侧进行补偿却很少, 甚至没有补偿, 从而造成了不必要的浪费。要想真正达到农网经济运行, 实行有效的无功补偿尤为必要。
2 适合农网补偿容量确定的三组方案的计算公式
方案一:Qci=Qi-ΔPc* (U2/2Ri) *103
方案二:Qci=Qi-{ (Ka*Kc/b T) +ΔPc}* (U2/2Ri) *103
方案三:Qci=Qi-{[ (Ka+Ke) *Kc/b T]+ΔPc}* (U2/2Ri) *103
式中Qci—补偿容量 (kvar)
Qi—负载消耗无功 (kvar)
ΔPc—补偿装置每千乏的有功损耗 (KW/kvar)
Ka—补偿装置的运行维护费用率
Kc—补偿装置单位容量的综合投资 (元/千乏)
Ke—投资回收率
b—电价 (元/千瓦时)
T—年运行时间
U—补偿点的电网额定电压 (KV)
Ri—补偿点至电源的等值电阻 (Ω)
3 最优补偿方案的确定
常规, 上述三种方案都适合农网补偿容量的确定, 这里我们根据下面的一个例子, 从中确定一个最优的方案。
3.1 方案举例 (如表1) 。
已知一条10千伏配电线路的数据如下:所带负荷的有功功率为200kw;所带无功功率为250kvar;10千伏线路的电阻值为15Ω, 拟在负荷点进行无功补偿, 试确定最佳补偿容量。
方案一:
Qc1=Qi-ΔPc* (U2/2Ri) *103=250-0.003* (100/2*15) *1000=240kvar
方案二:
Qc2=Qi-{ (Ka*Kc/b T) +ΔPc}* (U2/2Ri) *103=250-{[0.1*30/ (0.045*8760) ]+0.003}* (100*1000/30) =214.64kvar
方案三:
Qc3=Qi-{[ (Ka+Ke) *Kc/b T]+ΔPc}* (U2/2Ri) *103=250-{[ (0.1+0.2) *30/ (0.045*8760) ]+0.003*100*1000/30=163.9kvar
3.2 年计算费用。方案比较表中涉及的计算问题
3.2.1功率因数的计算式:tgΦ= (QI-QCi) /PI;cos2Φ=1+tg2Φ
/PI;cos2Φ=1+tg2Φ
3.2.2网损的计算式:ΔP=b* (QI-QCI) 2* (R/U2) *10-3
3.2.3投资回收计算式:S=Kc*QCi/N N为抵偿年限
暂定N为5年
3.2.4折旧维修费计算式:D=S/2
3.2.5电容损耗计算式:ACS=b*QCI*tgδ*t这里tgδ取0.003
4 方案比较表分析
综合补偿策略论文 篇7
无功补偿装置是电力系统的基本装备之一, 对保障电压质量、提高输电效率、维持系统安全起着十分重要的作用。随着负荷的不断增长、电网规模的不断扩大以及节能降耗的要求, 有必要对无功补偿现状进行分析, 提出完善无功补偿的技术措施, 为进一步开展无功补偿综合整治工作提供参考依据。关键技术和创新点如下:
1、实现了对电网无功设备配置的动态分析, 现在建设的电压无功辅助决策系统实时采集电网的运行状态和数据进行计算分析, 动态根据电网运行情况合理提出无功设备配置意见。
2、通过建设电压无功辅助决策系统, 可以方便地对规划和设计提供的无功设备配置方案进行校核, 提出明确的意见。