无功补偿能力（精选10篇）
无功补偿能力 篇1
诺贝尔经济学奖获得者斯蒂格利茨认为, 21世纪对全人类最具有影响的两件大事:一个是新技术革命, 另一个就是中国的城市化。目前, 中国正处在城市化进程加速时期, 在这一进程中, 土地的征用和补偿问题势必成为聚焦点。
征地补偿制度基本概况
土地不仅是最基本的农业生产要素, 而且具有所有权功能、就业发展功能和保障功能。土地是农民的生活风险保障和就业保障, 绝大多数农民只能以承包土地作为谋生的手段。因此, 征地补偿金应该是解决失地农民基本生活、社会保障等方面的必要补偿。
1.征地补偿制度的基本规定
征地制度问题的核心在于征地补偿标准, 目前的补偿依据是《土地管理法》及其它相关规定。按《土地管理法》第47条规定, “征用耕地的补偿费用包括土地补偿费、安置补助费以及地上附着物和青苗的补偿费”。另外, 《土地管理法》中还有类似的规定, “土地补偿费归农村集体经济组织所有”, “土地附着物及青苗补偿费归地上附着物及青苗的所有者所有”, “安置补助费必须专款专用, 不得挪作他用。需要安置的人员由农村集体经济组织安置的, 安置补助费支付给农村集体经济组织, 由其他单位安置的, 安置补助费支付给安置单位;不需要统一安置的, 安置费发放给被安置人员个人或征得被安置人员同意后用于被安置人员的保险费用”, 等等。
2.征地补偿制度存在的主要问题
目前, 征地补偿的构成及其标准还存在一些缺陷。主要表现在, 现行征地补偿制度是一种纯粹的现实收益补偿, 即仅从土地收益方面考虑了失地农民的现实利益损失补偿, 没有考虑他们在土地使用权上的基本利益方面的问题。
土地征用补偿标准欠科学。征地补偿按照土地被征用前三年平均产值的若干倍来计算。实际上, 由于受生产资金、技术投入等因素的影响, 土地集约利用程度差异很大, 相近地块, 各经营户所经营的土地产值并不一样, 同一地块在目前和将来的产值效益也不能等同, 因此, 不考虑土地生产的增长值是不妥当的。
土地征用补偿标准未反映土地增值的实际情况。农用土地转为经营性建设用地时, 农民无权平等地与用地者谈判, 只能按照国家规定的补偿标准获得有限补偿, 于是出现了政府能以很低的补偿费从农民手中征得土地, 又以很高的价格向土地开发商出让土地使用权的现象, 明显偏离土地使用权的市场价值。实际上只是部分考虑了土地的生活保障功能, 只能保证短期内失地农民生活水平不下降, 这种生活水平指的是农村的生活水平, 忽视了城乡生活水平的差距, 忽视了失地农民已经城镇化的实际。这意味着失地农民不能通过补偿和安置, 分享工业化、城镇化和现代化的成果, 也意味着失地农民必然成为城镇化进程中的弱势群体。
补偿办法简单化。目前采用的征地补偿方式通常是一次性的货币补偿方式, 旨在减轻国土部门和用地单位的工作量和安置压力。但有限的一次性补偿费根本无法解决大多数失地农民长期、稳定的基本生活问题, 许多失地农民宁愿按月领取有限的基本生活费, 也不愿一次性领取安置补偿金, 根本原因就在于一次性安置补偿金不具有长期保障效益。
政府能力分析
政府在土地征用过程中始终处于关键环节、起着决定性作用, 对市场经济仍不发达的国家来讲, 权力中心提供新的制度安排的能力和愿望是决定制度变迁的主导因素。因此, 解决土地征用补偿问题在很大程度上取决于政府的意愿和能力。
1.政府意愿分析
从国家功能看, 制度供给是国家的基本功能之一。国家供给制度在实际生活中就表现为政府制定各种规章制度、政策。从制度自身特点看, 制度是一种公共品, 而公共品一般是由国家“生产”的。
随着我国市场经济体制的建立, 政府已逐渐淡出直接的经济建设领域, 转而承担起社会保障等市场经济不可或缺的制度建设职能。国务院2004年下发了《关于深化改革严格土地管理的决定》 (国发[2004]28号) , 明确提出要“尽快提出建立被征地农民培训就业和社会保障制度的指导性意见”, 为建立失地农民养老保险制度提供了政策保证。
2.政府财政能力的分析
政府必须在社会保障中承担着一定的财政责任。对于我国农村社会保障制度的滞后, 普遍认为是国家财力不够。在失地农民养老保险制度的建设中, 同样认为国家并不具备相应的财力。中央政府转移支付能力的大小, 很大程度取决于国家财政收入占国民生产总值的比重和中央财政收入占全国财政收入的比重。根据西方主要市场经济国家的发展经验, 在政府间的财政收入分配中, 中央政府一级要占主导地位, 比重一般都在50%以上。从我国的实际情况看, 中央政府所占的份额应在50%—60%之间。
从表1中看到, 中国经济持续高速增长了20多年, 经济总量从1978年的3624.1亿元迅速攀升到2003年的116694亿元。国家财政收入更是从1978年的1132.3亿元增加到2003年的21691亿元, 财政收入占GDP的比率接近20%, 中央财政占全部财政收入的比率已经超过50%。从1993年开始, 国家财政收入的增长速度一直保持在较高水平 (2002年仍维持在15.4%的高速度) 。
政府财政支出结构的优化使得政府能够用于社会保障方面的财政支出更加充足。从改革前的平均60%左右下降到2002年的30.3%, 下降了近30个百分点, 仍有下降的空间, 在市场经济条件下, 财政的重要职能是保证公益型或准公益型的社会共同需要。但是在财政支出结构中, 社会文教支出所占比重上升缓慢, 仍不适应社会发展需要。而在发达国家, 教育、医疗卫生、社会保障等项目的支出在中央政府财政总支出中占了很高的比重 (见表2) , 1998年瑞士达到72.9%、美国达到53.8%。再对比1990年和1998年的数据, 可以发现各国社会服务总支出占中央财政总支出的比例总体呈现上升的趋势, 增加的幅度大小不一。
目前, 我国政府用于社会保障支出的资金占财政支出的比重不到10%, 根据20世纪90年代初的统计, 发展中国家社会保障支出占财政支出的比重一般为10%左右, 中等发达国家一般为25%左右, 发达国家一般为40% (刘钧, 2003) 。相比之下, 我国财政用于社会保障支出的资金还是比较低的。“十五”计划提出的目标是国家财政中用于社会保障的支出要提高到15%—20%的水平。随着公共财政框架的真正建立, 国家财政结构的调整, 用于社会保障等方面的财政支出比率应该能够达到预定的目标。
根据上面的分析, 笔者认为, 在政府财政实力增强, 财政支出结构优化的条件下, 国家完全有足够的财政资金来建立和完善社会保障制度, 财政能力并不构成政府建立失地农民养老保险制度的障碍因素。
3.政府行政能力的分析
在再分配过程中, 政府的角色是关键性的。政府在效率与公平之间的权衡取舍直接影响着再分配的实际水平和效果。因此, 除了政府的财政能力之外, 另外一种能力即政府行政能力逐步受到重视。
从目前看, 在失地农民养老保险制度的建立过程中, 政府行政能力还是比较有限的, 具体表现在以下三个方面:
第一, 政府制定和执行保护失地农民利益方面的法律法规的能力有待加强。我国虽然已经进入法制社会, 但是具体的法律法规尚不健全, 可以说很大程度上存在种种漏洞, 更不能够满足失地农民这一特殊群体的某些权利诉求。
第二, 政府以往的“收费形象”影响了失地农民养老保险政策的推行。失地农民养老保险政策的推行是失地农民“无保障”问题进人政府视野的体现, 但在实际工作中却障碍重重, 一个很重要的原因就在于政府的“收费形象”。
第三, 政府对社会保障基金的监管不力影响失地农民养老保险政策的推行和持续发展。社会保障制度的正常运行很大程度上依赖于充足的基金, 尤其是需要长期积累的养老保险。社会保障制度的“父爱主义”理论认为:个人不是充分理性的, 而国家是拥有完备信息、有远见的并且是充分理性的。实际操作中, 社会保障基金管理缺乏透明度, 不向缴费人定期公布缴费记录和积累投资收益情况, 使缴费的个人难免对社会保障基金的管理抱怀疑态度, 从而影响了政策的推行。
因此, 从目前看, 是政府的行政能力、而不是财政能力限制了失地农民养老保险制度的建立。政府的行政能力是党的执政能力的一个重要方面, 在加强党的执政能力建设过程中, 政府的行政能力将会有很大的改善和显著的提高。在政府财政能力充足的前提下, 通过进一步提高政府行政能力, 完全能够建立有效的失地农民养老保险制度。
浅谈电网无功补偿装置的补偿原理 篇2
随着电网进一步发展完善，无功补偿技术是在电网中提高系统运行电压、保证系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要手段，并得到广泛的应用。本文论述了无功补偿的概念和作用、分类，并简单介绍了几种柔性交流输电装置的补偿原理。
1.无功补偿的概念和作用
1.1无功补偿的概念
在电力系统中无功功率，是由处于轻载条件下的线路和电缆产生的，并可被负载，变压器和重载的线路所吸收。发电机在控制系统电压时会发出或吸收无功。如不对输电网中的无功功率加以控制就有可能影响系统的稳定性并导致过压等问题，而某些类型的工业负荷快速变化的无功需求则可能会导致无法接受的电压波动。采用电力电子装置（电力电容或调相机等）可以通过提供可调的无功功率来解决上述问题，从而降低或免却供电网输送的无功电流、线路损耗，提高电网的效率，可控性和供电质量。
1.2无功补偿的作用
在电力供电系统中提高系统的负载功率因数和改善负载，减少输电线路上各种设备的功率损耗，稳定系统的传输电压，提高系统的供电电压质量。在长距离输电中，提高系统输电能力和稳定性，平衡电力系统各支路末端三相负载的有功和无功功率等。
2.无功补偿的分类
无功补偿装置按照接入电网的形式可分为串联补偿和并联补偿。
2.1串联补偿
串联补偿主要是串联电容器補偿，就是在系统中接入串联电容器，改变系统的等效阻抗，提高线路的输送能力。通过调节输电线路的阻抗可以控制输电线路中的输送功率，串联电容器补偿是提高长距离输电线路输电能力的有力措施。由P=V1V2sin/X可知，当串联电容器后，串联容抗与部分线路电感相抵消，线路的等效电感随之减小，电气距离得以缩短，增加了传输功率。在低电压等级的电网中，大部分线路压降是由于线路电感所致，串联补偿可根据负载波动调节补偿电容的大小，尽可能减少的线路压降。串联电容能够自发响应且迅速，因其属于无源电路元件，故串联补偿有助于电压调节，有效解决电压闪变的问题。
2.2并联补偿
并联补偿按照输出功率的性质，又可分为有功补偿和无功补偿，在电力系统中增加并联电容器、并联电抗器等补偿系统无功功率。绝大部分电气设备的等效电路可以看做电阻与电感串联的电路，再与电容并联，使得回路电压电流之间相位差变小，功率因数提高。并补的主要作用：提高系统和负荷的功率因数，减少系统损耗，提高系统静稳特性，改善系统动稳特性，提高系统暂稳特性，稳定节点电压，实现负荷的三相不平衡补偿等。
3.柔性交流输电装置（SVC、STATCOM、TCSC）的补偿原理
3.1SVC（静止无功补偿器）
利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性无功补偿的装置，能平滑控制动态无功功率。负荷侧的无功经常变化，固定无功补偿不能稳定母线电压。如果保证系统中某些母线处的无功量恒定或恒定接近于零，就能消除由负荷变化引起的母线电压波动。负荷变化率（由零到额定值）在1S以上的，采用调相机。负荷变化率在1S以下的，采用调相机很难胜任，需采用静补。一般有六种补偿方式：固定容性、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+可变感性，通常用后两种补偿方式。FC（滤波电容器）提供无功补偿的基本量，TSC（晶闸管投切的电容器）、TCR（晶闸管控制的电抗器）提供无功补偿的连续平滑调节量。补偿原则：其中为线路注入变电站母线的无功，为无功负荷，为无功补偿装置提供的补偿量。通常采用欠补偿或全补偿。
3.2STATCOM（静止同步补偿器）
STATCOM功能上类似于能产生三相正弦对称电压的旋转同步电机，在电力系统中能够进行无功或有功交换。STATCOM与SVC不同之处在于向系统提供的容性无功不受系统电压因素的影响，适应各种系统电压且保持额定无功功率不变，因此STATCOM能够为系统提供更好的电压支持，防止电压崩溃，该特点在系统故障时表现得尤为突出。STATCOM的逆变器根据系统无功和有功参量来调整其输出电压的幅值、相位。当逆变器的输出电压与系统电压同相位时，即控制参量Pf为零而Qf不为零时，STATCOM只与系统进行无功交换，而没有有功交换。当系统与STATCOM之间没有有功交换时，在理想情况下，逆变器的直流电容电压保持不变。当STATCOM只与系统进行无功交换时，逆变器的输出电压幅值大于系统电压幅值时，STATCOM向系统注入无功；逆变器的输出电压幅值小于系统电压幅值时，STATCOM从系统吸收无功。当逆变器的输出电压与系统电压相位不同时，即控制参量Pf不为零，此时STATCOM将与系统之间进行有功交换，逆变器的直流电容电压将发生变化，需对逆变器的直流电容电压进行控制。当STATCOM与系统进行有功交换时，逆变器的输出电压的相位超前于系统电压相位时，STATCOM向系统注入有功；逆变器的输出电压相位滞后系统电压相位时，STATCOM从系统吸收有功。
3.3TCSC（晶闸管控制串联电容器）
为便于调节，保证输电线路始终通畅，串联电容器直接串联在线路里，在其两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节投入线路的串联补偿量，是通过调节与电容器并联的电抗量来间接实现的。为能够连续平滑地改变串联补偿量，TCSC主要借助调节变换晶闸管的触发导通角，实现高效保质地控制线路中的潮流。TCSC既可以有效地改善电力系统特性，控制电力系统传输线路中的潮流和提高输送功率，也可以抑制阻尼功率振荡和次同步振荡，以使得系统电压性能得到保障，系统稳定性得以提高。TCSC调节晶闸管触发延迟角的范围可从90°到180°。而TCSC的稳态阻抗特性以谐振点为划分，分为容性运行区和感性运行区。与谐振点对应的控制触发延迟角α的大小由电容和电感的参数决定。可控串补的控制原理就是根据系统稳定控制、恒功率控制、恒阻抗控制等目的，计算出串补输出的基波阻抗值，再根据曲线得到与该阻抗值对应的触发角。
4.结语
采用无功补偿技术是提高电能质量不可或缺的方法，不仅能实现节能的目的，还能不断挖掘电网的潜力。电力电子逆变技术是无功补偿技术未来的主要发展方向的核心，得益于电力电子变流装置的突出特点，可考虑在谐波抑制的同时实现无功补偿。
无功补偿能力 篇3
与传统基于晶闸管的静止无功补偿器(SVC)相比,基于可自关断器件的静止同步补偿器(STATCOM),由于其开关频率高、控制特性好、谐波含量低、能够抑制次同步谐振等优点,更加适合于输配网的电能质量补偿,受到越来越多的关注[1,2,3]。
电力系统中存在工业交流电弧炉、电石炉、电气化铁路等大容量不平衡负载,故STATCOM在设计和应用中要考虑对实际电力系统同时进行无功和负序电流补偿。考虑到器件耐压水平的限制,三相桥式拓扑STATCOM只适用于低压配电系统中。 而在中高压输配电系统中,需要采用结合多电平和模块化技术的变流器拓扑。常见有采用Y形连接的H桥级联链式拓扑和 △ 形连接的H桥链式STATCOM。对于H桥链式STATCOM,已有很多关于其建模、仿真、控制、试验等方面的研究成果, 其中最受关注的是链式STATCOM的直流电容电压的均衡控制问题[4,5,6,7,8,9],但基本都假设为系统电压和负载电流完全对称且不存在谐波的理想工况。
重复控制和无差拍控制等非线性方法也被引入到链式STATCOM的控制当中,以增强系统的动态特性和稳定性[10,11]。在链式STATCOM的基本控制策略中,加入反故障动态控制,能够应对系统不对称和系统电压突降等异常情况[12,13]。而通过对电网电压不对称情况下STATCOM的运行特性进行分析,可实现系统电压不对称对STATCOM正常运行的不利影响,甚至还可通过控制对电网电压进行不平衡补偿[14,15,16,17],但无法解决不平衡负载的负序电流补偿问题。
由于△形链式STATCOM三相输出电流可独立控制,故其在不平衡负载负序电流补偿领域受到了较多的关注。 文献[18]提出利用 △ 形链式STATCOM进行负序电流补偿的控制方法,并通过仿真和一台100V/5kVA的STATCOM等比例样机得以验证。文献[19]根据瞬时无功功率理论,依据几何相量图法实现了△形链式STATCOM相电流指令的快速提取。上述方法都只适合于△形链式STATCOM,不能推广至Y形链式STATCOM。
Y形链式STATCOM由于存在无法输出零序相电流的约束条件,对其补偿不平衡负载电流的研究较少。通过在常规控制方法中加入换流链零序电压的控制,可使STATCOM中性点N与电网中点之间存在电压差,从而同时实现无功和负序电流的输出[20]。 由于该方法在分析过程中完全忽略了STATCOM自身的损耗及其在三相H桥链分布的不均匀,故其基于功率平衡的理论基础还存有可供商榷之处。
针对不同拓扑STATCOM在负序电流补偿能力上的差异,本文提出了基于电流补偿平衡方程和功率平衡方程的STATCOM负序补偿能力的通用分析方法,对△形和Y形H桥链式两种典型拓扑STATCOM的负序补偿能力进行了严谨细致的分析论证,并通过MATLAB/Simulink仿真软件验证了结论的正确性和有效性。
1基本补偿原理
按照变流器直流储能元件的不同,STATCOM分为电压源型和电流源型两种。由于实际投入的基本都是电压源型STATCOM,本文只分析讨论电压源型STATCOM。
STATCOM的基本工作原理可由图1说明,忽略了系统阻抗和STATCOM滤波电抗的等效电阻。只考虑基波分量时,电压源型STATCOM可等效为与系统电压同频率的幅值相位可控的交流电压源UI。以图1(a)所示的单相等效电路来说明,其中将STATCOM的各种损耗集中以等效电阻的形式考虑。为了补偿STATCOM有功损耗,其输入电流必须含有一定的有功分量。如图1(b)所示,当STATCOM要消耗容性无功即发出感性无功时,逆变器阀侧电压在系统电压方向上的投影需大于系统电压,且相位需滞后系统电压;而STATCOM要消耗感性无功即发出容性无功时,逆变器阀侧电压的投影需小于系统电压,且相位超前于系统电压,如图1(c)所示。
通过对STATCOM进行合理的闭环控制,动态调节其阀侧电压可使其输入电流与负载电流中除正序有功电流分量之外的部分分量幅值相等、相位相反,并同时维持直流电容电压不变,最终使系统电流中的无功和负序分量得以消除,从而实现无功补偿。
2负序补偿分析
为了简便而又不失一般性,在分析链式STATCOM负序电流补偿能力之前,先进行如下假设:1假设1,系统容量无穷大,系统电压完全对称且恒定不变;2假设2,系统中只存在基波分量,不考虑直流和谐波分量;3假设3,为便于分析, STATCOM既可等效为受控电压源,又可间接等效成受控电流源;4假设4,稳态时,STATCOM各部分的损耗为常数。
2.1 △形链式拓扑
图2所示为△形H桥链式拓扑图,其变流器由三条单相H桥变流单元串联链接而成,并以三角形的形式与系统相连。
根据上述假设条件,系统电压只含有正序对称分量,用相量形式可表为:
式中:US为系统相电压有效值。对应的线电压为,
由于系统为三相三线制,所以线电流中不存在零序分量,只可能含有正序和负序分量。以系统A相电压为参考相量,负载电流的相量形式为:
式中:IL+和IL-分别为负载电流正、负序分量有效值;φL+和φL-分别为负载电流正、负序分量的相角。
由于STATCOM的H桥链采用的是三角形接法,其相电流可以存在零序分量,表达如下:
式中:I0和0φ分别为补偿器相电流零序分量的有效值与相位角,其余上下标表示的意义与上文相同;I+,I-,+φ,-φ分别为补偿器相电流正、负序分量的有效值和相位角。
同时可得补偿器输入线电流的表达式为:
系统电流等于补偿器输入线电流与负载电流之和,所以有:
若要求变流器除了补偿正序无功电流之外,还同时具备补偿负序电流的能力,则经过补偿后系统电流中只存在正序有功分量,即
根据假设4,稳态时由系统输入到变流器每一相H桥链的有功功率必须与该H桥链稳态损耗相等,各相H桥链的稳态损耗分别记为PAB,PBC和PCA,可以推得:
将式(2)和式(4)代入式(8)后联立式(7)可得:
式中:sqrt()为平方根函数。
若要求同时补偿正序无功和负序电流,相对于三相桥式拓扑,△ 形链式STATCOM必须满足的功率平衡方程更多。但由于采用三角形连接方式, 变流器各相H桥链的相电流中可以存在零序分量, 这是三相桥式拓扑变流器所不具备的特性。
同理通过△形链式STATCOM控制器的闭环控制,使得变流器的相电流中正、负及零序分量分别满足式(9)的要求,既能实现对负载电流的无功分量和负序分量的完全补偿,又能同时保持各相H桥链的功率平衡。
若STATCOM不采取零序分量控制,式(9)中的零序分量方程不成立,则无法同时满足负序电流分量的补偿方程和三相链的功率平衡方程,即不能实现无功及负序电流分量的补偿。
根据以上分析可知,对于 △ 形H桥链式结构STATCOM,是否对H桥链相电流中的零序分量进行控制是其能否补偿负序电流的关键。
2.2 Y形链式拓扑
链式结构STATCOM既能接成三角形,也能以星形进行连接。Y形链式STATCOM的基本电路如图3所示。对于Y形链式STATCOM,将各相H桥链分别等效成受控电压源,与系统连接的滤波电感相等都记为L,并忽略其电阻。
同上,系统相电压、线电压和负载电流仍分别由式(1)、式(2)和式(3)表示。
变流器各相H桥链的阀侧电压可同时具有正、 序及零序分量,相量形式为:
式中:U+,U-,U0,φu+,φu-,φu0分别为变流器阀侧电压的正、负、零序分量的有效值和相位角。
根据电压回路方程,可知系统电压为中性点N点电压、变流器阀侧电压和滤波电感电压三者之和,又因为系统电压对称,所以其三相电压之和恒等于零,可得:
式中:UN和φN分别为N点电压的有效值和相角。
则变流器输入电流可用阀侧电压表达为:
系统电流等于补偿器输入电流与负载电流之和,所以有:
要求变流器具备无功电流和负序电流的补偿能力,则式(13)中只能存在正序有功分量,可得:
根据功率平衡原则,稳态时系统输入到变流器每一相H桥链的有功功率必须与该链稳态损耗相等,各相H桥链的稳态损耗分别记为PA,PB和PC,可以推得:
将式(14)代入式(15),整理后表达为:
式中:fA和fB分别为包含变流器阀侧电压正、负、 零序分量幅值和相位变量的表达式。
根据式(16)中的前4个方程,可计算出U+, φu+,U-和φu-,并代入最后2个独立的方程,即可计算出U0和φu0的表达式。
与△ 形链式拓扑不同,Y形链式STATCOM的H桥链中不存在零序电流分量,但在变流器阀侧电压的控制上,增加了零序分量这一自由度。通过对Y形链式STATCOM进行合理的闭环控制,使得变流器的阀侧电压的正、负、零序分量分别满足式(16),则能同时实现对负载电流的无功分量和负序分量的完全补偿和维持各相H桥链的功率平衡。
若Y形链式STATCOM不进行变流器阀侧电压零序分量的控制,则负序电流分量的补偿方程和H桥链的功率平衡方程不能同时满足,即无法实现无功及负序电流分量的补偿。
根据以上分析可知,由于零序分量的引入本质上是在不影响变流器外特性的同时,实现各相桥臂或H桥换流链之间的功率分配。 在 △ 形链式STATCOM中引入零序电流控制,以及在Y形链式STATCOM中引入零序电压控制,都是补偿负序电流的关键。
3仿真验证
为验证前文分析的正确性,利用MATLAB/ Simulink软件分别搭建了 Δ 形链式和Y形链式两种拓扑STATCOM的仿真模型,其详细参数见附录A表A1。对于△形链式拓扑STATCOM,前文的分析结论是其补偿负序电流的关键在于对H桥链相电流零序分量的控制。图4为是否采用相电流零序分量控制的对比仿真结果。由图4(a)可知在负载电流具有正序无功和负序分量时,△ 形链式STATCOM的补偿电流波形已变得异常杂乱。加入零序电流的控制后,STATCOM的正负序电流补偿效果得以体现,相应的仿真结果如图4(b)所示。 通过对比图4(a)(b)的仿真结果可知,△ 形链式STATCOM负序补偿能力的关键在于其零序电流的控制这一结论得到了验证。
相应地,对于Y形链式拓扑STATCOM的分析结论是其补偿负序电流的关键在于对H桥链相电流零序分量的控制。 图5为是否对Y形链式STATCOM进行零序分量控制的负序补偿能力影响的对比仿真结果。图5(a)为不进行零序电压控制的仿真结果,可知,此时未能补偿负序电流。而图5(b)为加入零序电压控制后的仿真结果。显然, 正序无功和负序电流的同时得以补偿。
由前文分析可知,电流平衡和功率平衡方程分别关系着正负序电流补偿和直流电压是否平衡这两个方面。图6为Y形链式STATCOM在加入零序分量控制前后直流电压的对比仿真结果。图6(a) 为不进行零序电压控制时的直流电压波形,此时尽管总平均值逐渐向参考值接近,但各相H链的直流电压也没有得到稳定控制。图6(b)为采用零序电压控制后的直流电压波形,明显各相链之间及其内部各H桥的直流电压都实现了良好的均压控制。 引入零序分量控制是链式STATCOM同时满足电流平衡方程和功率平衡方程从而具备负序补偿能力的关键,这一结论再次得到验证。
4结论
本文针对△形以及Y形H桥链式两种典型拓扑的STATCOM,分别对其负序电流的补偿特性进行了分析。以合理假设为前提,以电流补偿平衡方程和功率平衡方程为关键,通过严谨细致地理论证明,得出如下结论。
1)△形链式STATCOM若要具备负序电流补偿的能力,则必须对其零序电流进行控制,否则将不具备负序电流的补偿能力。
2)Y形链式STATCOM若要进行负序电流补偿,则必须对其零序电压进行控制,否则也将不具备负序电流的补偿能力。
上述结论都已在MATLAB/Simulink软件环境中得到了有效验证,并且本文对STATCOM负序电流补偿能力论证的方法还可进一步推广至传统低压的三相桥式拓扑和双星形半桥模块(DSCC)、 双星形全桥模块(DSBC)等新型拓扑STATCOM以及系统电压不平衡、电压暂降等各种工况。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info. com/aeps/ch/index.aspx)。
摘要：基于合理假设建立电流补偿平衡方程和功率平衡方程,分析总结出了△形和Y形H桥链式静止同步补偿器(STATCOM)补偿负序电流的条件,推导出零序分量控制是链式STATCOM补偿负序电流的关键,该结论得到了MATLAB/Simulink仿真软件的有效验证。所提出的分析方法还可进一步推广至其他拓扑及不同工况下的STATCOM。
试论低压无功补偿技术 篇4
关键词：无功补偿原理 配置及特点
无功补偿系统可以很好的维持电流的畅通，提高配电系统的工作效率。我们要学会将低压无功补偿合理的运用到低压配电系统中，这是一门很好的技术，有助于获得一定的经济效益。我们从一些电力运行规律中可以发现，利用无功补偿的方式在供电过程中进行电流的配送，使电压更稳定的同时还降低了损耗。无功补偿在低压配电系统中的运用，不仅能够提高配电系统的工作效率，而且可以减少电力损耗，使得电力系统的发展更加健康。
1.无功补偿的原理
电网输出的功率包括两部分：①有功功率；②无功功率。在电力系统中，不仅有功功率要平衡，无功功率也要平衡。假设有功功率P、无功功率Q、视在功率S，φ為功率因数角，它的余弦cosφ＝p/s就是功率因数。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业的功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果不进行补偿，则必须由供电系统提供。为了满足用电要求，供电线路和变压器的容量就必须增大，这不仅增加了供电投资、降低了设备的利用率，还将增加线路损耗。不论是对于供电部门还是用电部门，对无功功率进行适时补偿以提高功率因数，以防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的作用。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，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。把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷的装置并联接在同一电路中，能量在两种负荷间相互转换，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿，这就是无功补偿的原理。
2.为什么要进行无功功率补偿
在现代工业中，大部分的用电设备都是电动机、变压器等感性负载，电网需要通过线路向它们输送大量的无功功率。无功功率的传输加重了电网的负荷，使电网损耗增加，故需对其进行补偿。无功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率提供，电网的负荷率和损耗大大减轻。
3.无功补偿的配置原则
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。具体而言,有以下几点:
（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。在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50%~60%,其余的无功功率消耗在配电网中。因此,为了减少无功功率在网络中的输送,要尽可能地实现就地补偿,就地平衡,所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
（3）分散补偿与集中补偿相结合,以分散补偿为主。集中补偿,是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿,指在配电网络中分散的负荷区,如配电线路,配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿,主要是补偿主变压器本身的无功损耗,以及减少变电所以上输电线路的无功电力,从而降低供电网络的无功损耗,但不能降低配电网络的无功损耗。用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送,所以为了有效地降低线损,必须做到无功功率在哪里发生,就应在哪里补偿,中、低压配电网应以分散补偿为主。
（4）降损与调压相结合,以降损为主。
4.低压配电系统中无功补偿的方法
当今，随着经济的发展和社会的进步，电力行业也在稳步发展，它对于配电系统的要求也在不断地提高。由于目前配电系统中负荷不断增加，对无功补偿的要求也在不断提高。目前，我国配电系统中主要采用以下几种方式进行无功补偿：
4.1集中补偿。补偿电容器组装设在变电站站内母线上，可手动或分组自动补偿。结合电网实际情况，选择按功率因数、电压无功电压无功综合控制或电压无功综合控制兼滤波等不同方式进行补偿。
4.2低压个别补偿。低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可以较好地限制用电单位的无功负荷。低压个别补偿的优点是：不需要频繁调整补偿容量，无功补偿与用电设备运行同时进行，因此不会造成无功倒送。具有配置方便灵活、维护简单等优点。
4.3高压集中补偿高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV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，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数。高压集中补偿的优点：运行方式灵活，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。
4.4动态无功补偿。由可控硅控制投切电容器，这种控制方式反应速度一般在20ms，投切时无充电电流和过电压，但由于可控硅有自然导通电压的特性，电容器投切是会产生谐波。
5.无功补偿装置的类型和特点
无功补偿装置种类繁多，随着时代和技术的发展主要经历了以下几种：同步调相机、电力电容器和并联电抗器、静止补偿器等。相对于旋转机械的同步相机而言，后三种可称为静止设备。
5.1同步调相机实际上是一台空载运行的同步电动机，在过励磁时可发出无功功率，欠励磁时可以吸收无功功率，调节均匀简单，其自动励磁调节装置能使同步调相机在端电压波动时自动调节无功功率，维持电压及系统的稳定，适用于大型变电站所进行集中补偿，其缺点是投资大，功率损耗大，动态响应的时间也较长，因为是旋转设备运行维护工作量也较大。这种补偿手段已显陈旧，已有逐渐被取代的趋势。
5.2电力电容器能够补偿负荷感性无功以提高功率因数，故又称移相电容器，它常并接于6.3、10.5或35KV母线上，故又称并联电容器，在电力系统常用的无功功率补偿设备中并联电容器的费用最低，有功功率损耗最小，运行维护最简便，可集中安装，也可分散安装在用户处或近负荷中心的地点，实现无功就地补偿，因此应用广泛。主要缺点是电压调节效应差，不能像同步调相机那样连续调节无功功率和吸收滞后的无功功率，在系统中含有谐波时还有可能与系统发生并联谐振，使谐波放大。
6.结语
随着现代电力电子技术的发展,大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛应用,这些装置大多数功率因数都很低,导致电网中出现大量的无功功率,给电网带来额外负担且影响供电质量。因此,无功补偿就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一,这也是当今电气化自动化技术步入到一个新的领域所面临发展的一个重大课题,因此必将受到越来越多的关注。
参考文献:
[1]苑舜.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]靳龙章，丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利水电出版社，2004.
论优秀拳击运动员竞技能力的补偿 篇5
1 优秀拳击运动员体能各因素的补偿
运动员的体能好坏对其竞技能力的水平能造成不同程度的影响。拥有良好的体能是保证充分发挥技战术水平取得优异成绩的基础,也是运动员在承受大负荷训练、高强度比赛还能保持稳定良好心理状态的基础。拳击技术动作是由运动员身体各部位多种协调所组成的,因此,形态和体能是决定素质水平的基础条件。运动技术水平的高低可以从技术的合理性和稳定性两方面去判定,而技术的合理性和稳定性在很大程度上受素质和心理的影响。综合以上因素,一名优秀的拳击运动员其体能的强弱是决定其总体竞技能力高低的关键因素,对其各方面的补偿也是极其重要的。
1.1 加强优势身体素质训练,促进弱势素质的充分发挥
身体素质训练是运动训练中的基础部分,也是重要组成部分。运动员的身体素质水平与技术、心理等训练相互促进、相互制约,共同影响着运动员的总体水平。现今世界拳击水平发展迅速,各种新技术、新战术不断的涌现,竞争日趋激烈,对拳击教练员和运动员都提出了更高的要求。实践证明,没有良好的力量、速度、耐力和灵敏等素质,想在比赛中取得优异成绩,是不可能的。一名优秀的拳击运动员其各身体素质之间也是互相影响、互相促进的,一项素质的提高就有可能会带动其它身体素质的改善。力量素质和灵敏素质就是很好的例子。在拳击运动中,力量是决定优异成绩的体能要素之一,是保证一切动作的基础,尤其是得点拳的击打力度,必须有力量素质作为保障,各种动作的爆发力、耐力对拳击运动员特别重要。拳击运动中,对运动员的灵敏素质要求也很高,如果运动员的灵敏素质不好,将不能很好的击打对手并会给对手提供很好的机会来提高得点率。灵敏素质应该在良好的力量素质的基础上实现,相应的,提高力量素质会对灵敏素质的提高有一定的帮助。灵敏素质的提高必须有一定的力量素质作为基础保障。试想如果运动员肌肉力量强、爆发力好,其灵敏性也一定会得到提高。因此适当合理的加强力量素质的训练,将有助于灵敏素质的更好发挥。反之,灵敏素质对力量素质同样具有一定的促进作用。如果运动员只是力量素质好而灵敏素质差的话,那么无论运动员做什么动作,都不能很好地表现出动作的舒展性,只能使人感觉僵硬笨重。因此,加强灵敏素质的训练同样会对力量素质的发挥起到事半功倍的效果。
1.2 通过“优先训练”促进运动员体能的增加
拳击运动员个体竞技能力中各身体素质并非均衡发展的,即使优秀运动员也不例外。拿我国取得世界冠军的邹市明举例,他的身体素质各要素也不是均衡发展的,也存在不同程度的弱势因素。在这种情况下采用优先训练法提高运动员的弱势素质是个切实可行的好方法。优先训练法就是对运动员弱势素质进行优先补偿训练的方法。例如运动员的上肢力量较下肢力量薄弱时,就应优先重点训练上肢,通过多练习俯卧撑、卧推、快速平推等动作来增加运动员的上肢肌肉体积,达到增强上肢力量的目的。在体力好,精力充沛时应优先训练薄弱部位、弱势素质。通过优先训练法,可以将运动员的各项身体素质向一个水平看齐,从而使得总体能力得到提高。“优先训练法”是“水桶模型”弱势补偿方法的一个应用,对运动员总体竞技能力的提高起到不可忽视的作用。
2 优秀拳击运动员技能因素的补偿
运动技能就拳击项目而言,主要指运动员在对抗过程中运用各种技术、战术来战胜对手的能力。拳击运动员任一技术能力的缺乏,都会对运动员的总体竞技能力产生影响,从而影响优异运动成绩的取得。同时,对运动员运动技能的补偿也是至关重要的。
2.1 加强专项体能训练,以促进各种技战术在比赛中顺利完成
技能和体能是互相联系、互相促进的,两者不可割裂开来。良好的体能基础,是运动员技能水平得以充分发挥的保障。通过运动训练、合理膳食,可使运动员的体能增强,使技战术的完成有了足够的保障,从而达到运动技能的提高。例如,运动员连续的进攻,力量耐力是完成连续进攻的关键,如果运动员的力量耐力不好,就会因力量的不足而不能清晰有效的获得击打点。运动员要想完成一场比赛,必须要有足够的体能作基础。体能的增加,为技战术的完善与提高提供保障。因此,在进行拳击训练时,要通过各种手段不断使运动员的体能增加,以促进运动员良好运动技能的形成。
2.2 加强技术训练,提高技能水平
技战术是拳击运动员的生命,是技术对抗格斗类项群训练的核心。拳击技术训练对提高运动员的总体竞技能力有着不可磨灭的作用,其训练内容主要包括基本技术和战术的训练。
2.2.1 基本技术的训练
基本技术主要包括直拳、摆拳、勾拳以及这三种拳法的任意组合。直、摆、勾是拳击的基本拳法。在一开始训练时,应特别强调动作的规范性。在优秀运动员阶段,应更多的强调各种拳法的组合,两拳三拳,甚至更多的组合,千变万化,但一定要根据自身的特点和能力来强化练习。
2.2.2 战术的训练
拳击战术包括很多,声东击西战术、佯攻战术、前拳战术、伪战战术、隐蔽战术、阻扰战术、边角战术等各种技术和战术都有自己的训练方法和手段,在训练过程中要注意掌握正确的训练方法及手段,以促进运动技能的提高。
2.3 加强心理能力训练,促进运动员技能水平的正常发挥
运动员良好的心理能力是其运动技能水平正常发挥的基础。运动员只有在训练或比赛中良好的发挥自己的技战术,才能取得优异成绩。良好的心理能力可以使运动员的运动技术及战术合理有效的完成。在一些重大比赛中,许多运动员常因为心理紧张而影响了自己技战术水平的发挥。因此,在训练中一定要注重加强运动员心理能力的培养,促进其运动技术水平的正常发挥。
3 优秀拳击运动员心理能力的补偿
运动员的心理能力是指运动员与训练竞赛有关的个性心理特征,以及根据训练竞赛的需要,把握和调节心理活动的能力,是运动员竞技能力的重要组成部分。在运动员竞技能力的组成要素中,体能和运动技能是有形的,是教练员可以控制和掌握的,而心理能力是无形的,不便于控制和掌握。对运动员心理能力进行补偿的目的就是要通过各种手段调整运动员的综合竞技能力,把无形的因素变成有形的因素,把不可控制因素变成可控制因素,使运动员的体能、运动技能、心理能力处于最佳的竞技状态之中。
3.1 针对不同的气质类型进行合理训练,促进运动员心理能力的提高
气质类型是运动员所具有的重要心理素质之一。众所周知,人的气质特点主要是由先天的因素决定的,它很大程度上是人的个性特征的外在表现,不仅与运动员从事的项目特点有关,而且也影响其在比赛中水平的发挥。针对不同气质类型的拳击运动员,其训练方法也应有所侧重。胆汁质、多血质的运动员情感发生比较迅速,也比较强烈,训练热情很快产生,但持久性差。这类运动员在训练中很容易对训练表现出极大的热情,但他们的热情来得快消失得也快,稳定性较差。胆汁质的运动员一旦训练疲劳,热情便会急剧下降而多血质运动员的灵活性好,掌握动作技能的速度快,喜欢不断的变换训练内容,动作稳定性较差。在训练中应注重动作稳定性的训练,正确引导他们的训练热情,制定明确的目标,即使给予鼓励和表扬。粘液质运动员情感发展比较慢,灵活性迟缓,但稳定性较好,训练热情处于平衡状态,一旦投入训练不易分心。对粘液质的运动员,教练员应考虑尽快把他们的训练热情激发出来,在训练中注意技术动作的分解教学,将动作逐步连贯并反复练习,同时强调动作的连贯性和表现力的培养。抑郁质运动员的训练热情更难以产生,灵活性差,即使参加了训练,热情也不是很高,但是他们训练起来十分细致并且坚定。在对这样的运动员进行训练时应首先着重激发他们的训练热情,让他们从心理上产生对训练和比赛的激情。只有针对不同气质类型的运动员进行合理、科学的训练,其心理能力才能得到改善,从而对其总体竞技能力的提高起到一定的促进作用。
3.2 通过“模拟训练”培养运动员自信心,以促进其心理能力的提高
“模拟训练”是指在获得准确情报信息的基础上,通过与模仿重大比赛中主要对手的主要特征的陪练人员的对练,及通过在比赛条件相似的环境中的练习,使运动员获得特殊战术能力的一种针对性极强的方法。就拳击而言,模拟训练主要体现在通过模拟比赛的场景进行训练。例如,按照正式比赛形式、正规的评分标准,让运动员完成实战或在同比赛相似的环境中如观众和场下队员大喊大叫,甚至请来其他人员大喊大叫等进行训练。通过这种训练,使运动员对比赛的环节及情景有个清楚地认识,以提高他们进行正式比赛时的自信心,从而促进心理能力的增强。体能、运动技能的增强是提高运动员心理能力的重要保障扎实的训练根基是控制心理紧张,提高心理能力的法宝。运动员通过训练,体能、运动技能都达到很高的水平,运动员心里有底气,因此参加比赛就不会怯场,从而正常发挥自己的水平。
3.3 体能、运动技能的增强是提高运动员心理能力的重要保障
扎实的训练根基是控制心理紧张,提高心理能力的法宝。运动员通过训练,体能、运动技能都达到很高的水平,运动员心里有底气,因此参加比赛就不会怯场,从而正常发挥自己的水平。拳击运动是激烈的对抗性运动,是对拳击运动员技战术、体能、心理的综合考验,要想取得比赛的胜利,就要运动员充分发挥自己的优势,把上述能力综合发挥出来。综合优秀拳手比赛制胜的经验,可以看出影响比赛胜负的主要因素除了充沛的体能和优秀的技术外,还要求运动员具备良好的心理素质。拳手只有在稳定的心理状态下才能充分发挥出自己的技、战术水平。因此,从某种程度上说,拳击比赛时运动员所具备的心理素质水平,对比赛的结果起着非常关键的作用。
恐惧在拳击这项对抗性极强的运动中是不可避免的,在你存在恐惧的同时,对手也同样心存恐惧,你战胜了恐惧,你也就赢得了胜利,这就要强调自我战胜的重要意义之所在。比赛时瞬息万变的战况、激动沸腾的观众、强烈的灯光、对方挑战性的攻击等外界的各种干扰以及拳手自己的心理负担,都影响着拳赛的胜负。因此想成为优秀的拳击运动员,首先要能够低抗各种干扰因素的影响,注意力高度集中,全身心地投入比赛。
无功补偿能力 篇6
折弯机是制造业中广泛使用的板材折弯设备。随着人们对各类工业产品数量和质量要求的不断提高,对工作母机的要求也越来越高。折弯机在对板材进行折弯加工时,机器满载或接近满载时,滑块和下横梁会产生弹性变形,即滑块中间向上拱起,下横梁中间向下凹,改变了板料折弯时中间部位的凸模进入凹模的深度,导致下横梁上压力的不均匀,严重影响了折弯工件的角度及直线精度。为了消除下横梁变形带来的不利影响,需要对下横梁的挠度进行补偿。液压补偿通过在下横梁下部布置辅助液压缸,在折弯时使得下横梁中部产生向上的弹性变形,形成挠度自动补偿系统。下横梁的变形抵消了机床滑块的变形,保证了加工结合面的精度,有效地克服了被加工件的挠度[2]。
我国折弯机的整体设计水平还比较落后,绝大多数生产企业基本沿用了传统的设计方法,即以经验和产品试制为基础的设计方法。随着CAE技术的进步和普及,有限元方法等现代结构分析方法已广泛应用于工程设计,尤其在压力机械设计中取得了显著的技术经济效益[3]。
利用CosmosWorks,对PBB-400/5100数控板料折弯机下横梁进行静力分析,定量地描述下横梁的变形和应力分布状态。通过折弯角度的误差分析,以及对折弯机滑块与下横梁上表面的挠度曲线的对比研究,验证了液压补偿系统对下横梁的挠曲变形的补偿能力,为液压补偿装置的设计和使用提供了理论依据。
2 几何模型
2.1 折弯机三维模型
这里的折弯机架体模型是以PBB-400/5100数控板料折弯机架体为原型设计的。折弯机架体主要由左右立柱、滑块、上横梁、下横梁、下横梁立板及相关连接件组成。见图1所示。
1.2下横梁液压补偿机构的原理与设计计算
液压补偿装置由多个小油缸———补偿缸、主板、及柱塞等组成,如图2所示。
补偿油缸的底座与外侧的前后立板相接触,中间的柱塞杆作用在下横梁上。在补偿压力的作用下,柱塞杆对下横梁产生一个向上的作用力,使下横梁产生向上的挠度变形,形成加凸的理想曲线,保证其受力后与滑块的相对位置关系不变,提高加工零件的精度。与此同时,在前后立板上产生一与之大小相等、方向相反的反作用力。液压补偿的优势在于充分利用液压原理,补偿量随着负载的增大而增大,不需要或者很少需要对补偿量进行调整[4]。启动液压挠度补偿时,使得工作台面是连续、平滑的变形曲线,能够得到理想的折弯工件,更加方便用户的使用,但其成本高,结构较复杂[5]。
PBB-400/5100数控板料折弯机公称折弯力为4000kN,为了分析折弯机在满负荷作用下机架、滑块、前后立板以及中立板的应力分布以及变形情况,在折弯机滑块下端面与中立板上端面上分别施加4000kN向上、向下的压力。
根据滑块与下横梁的挠曲变形计算公式,可得滑块的挠曲变形[6]、下横梁的挠曲变形[7]为:
令yupperbeam=ycentralbeam,可求得:
由此可以估算出每个补偿油缸的理想补偿力的大小,约为960kN。
3 下横梁静力分析
CosmosWorks运用单元大小为25mm划分网格。下横梁用材Q235A,弹性模量210000MPa,泊松比0.28,密度7800kg/m3。
折弯时,油缸对滑块产生一向下的折弯力,这一折弯力经折弯工件传递到下横梁,在下横梁上产生一向下的压力4000kN。同时为了补偿折弯力对滑块和下横梁产生的挠度变形,在下横梁与前后立板上安装了挠度补偿机构,机构会对下横梁产生一向上的理想补偿力960kN,同时在前后立板的挠度补偿油缸的支撑面上施加480kN的压力。在下横梁上施加折弯力与补偿压力的外部载荷,在折弯力与补偿压力作用下,下横梁的应力分布如图3所示。从图中可以看出,在补偿油缸安装孔的角上以及下横梁与垫块的接触处会产生比较大的应力集中,最大的应力σmax=379MPa产生在下横梁与垫块的接触处。图4为得到的下横梁的位移情况,从图中可看出,最大的挠曲变形发生在下横梁的中点处,最大的挠曲变形量为0.534mm。图5为下横梁铅直方向挠曲变形图。
影响折弯零件精度的主要因素为滑块与下横梁相对挠曲变形,文中滑块相对挠曲变形曲线已知。将滑块与下横梁的挠度变形合成在一个图形中,得到图6。
从图6可以看出,此类型折弯机滑块与下横梁的挠曲变形方向相同,挠曲变形的曲线基本吻合,有利于减小折弯零件的角度误差。下横梁挠度相对滑块的挠度较小,说明理论计算得到的补偿压力还不足以补偿滑块的挠曲变形。
4 液压补偿能力分析
通过对无液压补偿机构时折弯工件的角度误差和加入液压补偿机构后折弯工件的角度误差进行计算分析,定量分析折弯机挠度补偿能力。
4.1 折弯角度误差分析
折弯力作用下,折弯机滑块与下横梁会产生挠曲变形,如果不加以补偿,折弯工件将产生角度误差。角度误差计算模型见图7。
V—模口宽度H—因滑块与下横梁挠曲变形产生的滑块实际位置与滑块理想下死点的位置偏差θ—实际的折弯角度,理想折弯角度为90°
折弯工件角度误差为:
表1对无补偿与补偿后不同规格板材的角度误差进行了理论计算,其中补偿缸的压力为主油缸压力的0.9倍。从表中可看出,折弯机无补偿时,折弯工件的角度误差较大,加入补偿后,折弯工件的角度误差大大减小。理论计算的补偿压力值偏小,并不能较好对滑块与下横梁的挠度误差进行补偿,如需进一步提高精度,实际使用中可加大补偿压力的大小。
4.2 液压补偿机构补偿能力验证
折弯机设计的补偿缸最大压强为28MPa,补偿油路经比例阀后作用在补偿油缸上,补偿油缸直径245mm,因而补偿油缸最大补偿压力为1319kN。将此补偿压力作用在下横梁上,重新对下横梁进行有限元分析得下横梁的挠曲变形如图8所示。
下横梁的挠曲变形为1.256mm。将滑块变形与下横梁挠曲变形合成在一个图形见图9。
从图9中可以看出,下横梁的挠曲变形曲线在滑块挠曲变形曲线的上方,说明液压补偿系统完全有能力对滑块与下横梁的挠曲变形进行补偿。
5 结束语
本文通过CosmosWorks软件对折弯机下横梁进行了静力分析,定量地描述下横梁的变形和应力分布状态。通过折弯角度的误差分析以及折弯机滑块与下横梁上表面的挠度曲线的对比研究,经分析,可以得到以下结论:
折弯机无补偿时,折弯工件的角度误差较大,加入补偿后,折弯工件的角度误差大大减小。当精度要求较高,挠度补偿机构是必不可少的。理论计算的补偿压力值偏小,并不能较好对滑块与下横梁的挠度误差进行补偿,实际使用中需进一步加大补偿压力的大小。
最后验证了液压补偿系统完全有能力对滑块与下横梁的挠曲变形进行补偿,从而为液压补偿装置的设计和使用提供了理论依据。
参考文献
[1]吴焱明,高宏涛,王勇,田杰,赵韩.基于BP神经网络的板材折弯桶状变形补偿研究[J].组合机床与自动化加工技术,2008,(9):30-32.
[2]潘殿生.折弯机机械补偿装置数值模拟结果分析[J].锻压装备与制造技术,2009,44(3):29.
[3]刘晗.应变电测技术在状态测试与评估中的应用研究[J].宝钢技术,2004,(3):51-55.
[4]吴国富.解析板料折弯机的挠度补偿[J].装备机械,2003,(3):19-21.
[5]田万英.基于有限元的折弯机压力补偿技术研究[D].扬州:扬州大学,2010.
[6]刘鸿文.材料力学(下册)[M].北京:高等教育出版社,1983-02.
无功补偿能力 篇7
从增大负荷裕度、提高输电能力的角度分析串联补偿器的选址问题[1,2,3,4],目前国内外已有很多研究成果。文献[1]把每条线路负载与其最大可承受负载之比定义为该线路的指标,串联补偿器被选择安装在指标最大,即负载最接近极限的线路上。文献[2]以实现系统输电能力最大为目标,提出将临界运行点处雅可比矩阵的最小奇异值对支路电抗的灵敏度作为指标来选择串联补偿器的最优安装位置。文献[3]考虑不等式约束条件,在临界运行点分析了输电能力对支路电抗的灵敏度,根据此灵敏度排序结果识别串联补偿器安装支路并对所提出的灵敏度选址指标的使用条件进行了分析。
计算系统的输电能力时,考虑不同的约束条件和功率交换模式,就得到不同的数学模型,相应的算法也不同。不等式约束(节点电压、设备过负荷等)和电压稳定性约束是制约输电能力提高的重要因素。
文献[1]、[2]分别在只考虑电压稳定性约束或只考虑不等式约束(节点电压、设备过负荷等)条件下,研究安装串联补偿器对于增大负荷裕度的作用,提出了最优选址指标,并没有给出所提出的指标的使用条件。文献[3]只考虑了不等式约束条件对串联补偿器的选址问题的影响,并指出选址指标的使用条件。基于此,本文在文献[3]的基础上,对串联补偿器用于提高输电能力时的选址问题进行了更深入的研究。同时考虑电压稳定性约束和不等式约束条件,在安装串联补偿器之前的系统临界运行点推导了输电能力对支路电抗的灵敏度的数学表达式。提出了根据此灵敏度指标选择最有利于提高输电能力的串联补偿器安装位置的新方案。同时,分析了所提出的灵敏度选址指标的使用条件:不仅对安装串联补偿器之前在电压稳定鞍结分岔(Saddle-Node Bifurcation,SNB)点或某一不等式约束发生越界的极限点的灵敏度指标的使用条件分别进行了分析;而且,对安装串联补偿器之前和之后,SNB点与某一不等式约束发生越界的极限点可能相互转化时灵敏度的使用条件进行了分析。
2 基本模型
2.1 计算输电能力的数学模型
本文在系统正常工况时,计及不等式约束(节点电压、设备过负荷等)和电压稳定性约束条件下,采用连续潮流法计算输电能力。假定负荷为恒功率负荷,发电机和负荷节点的功率按一定比例增加。这里,计算最大输电能力的数学模型可表示为:
其中,f(x,λ)=g(x)+λb=0,g(x)为常规潮流平衡方程式;h(x,λ)≤0为不等式约束(节点电压、支路过负荷)方程。x表示节点电压幅值和相角;b表示系统节点功率注入变化方向向量;λ为反映系统负荷水平的标量参数。
2.2串联补偿器的静态模型
本文主要分析电力系统的稳态行为和潮流控制,图1为串联补偿器的等效模型图。
为了简单且不失一般性,这里将串联补偿器等效为串联在输电线路中的可变电抗XT。假设线路i-j上装有串联补偿器,在给定补偿度情况下,当对地导纳Bc/2较小时,可将XT与线路阻抗Zij叠加来考虑(见图1),用下式表示:
其中X′ij、Xij分别为补偿后和补偿前的线路电抗,β为串联补偿器对线路的电抗补偿度。
3 串联补偿器安装位置的选择
3.1 灵敏度分析
在装设串联补偿器之前,用灵敏度法分析串联补偿器的最优安装地点。
计及系统参数向量的潮流方程可以表示为:
式中p为控制参数向量,如节点无功补偿量、发电机端电压、可调变压器变比等(因为串联补偿器可等效为串联在输电线路中的可变电抗,本文取支路电抗为控制参数)。设初始运行点为(x0,λ0,p0),用连续潮流法计算出的临界运行点记为(x*,λ*,p*),显然在装设串联补偿器之前的灵敏度分析中有p0=p*[3]。
临界运行点(x*,λ*,p*)为系统SNB点或者某一不等式约束发生越界的极限点,以下分两种情况进行灵敏度分析。
情况一:临界运行点(x*,λ*,p*)为SNB点
SNB点处潮流雅可比矩阵fx|奇异,且有单一零特征值。设该零特征值对应的左特征向量为ω(行向量),则有ωfx|=0。将(3)在(x*,λ*,p*)点线性化,可得临界运行点处输电能力λ对控制参数p的灵敏度[5]:
情况二:临界运行点(x*,λ*,p*)为某一不等式约束发生越界的极限点
将发生越界的不等式约束在其边界值处用等式形式表示为:
定义
则(x*,λ*,p*)是式(6)的解。将(6)在临界运行点线性化得:
若f是n维列向量,则F是n+1维列向量。根据文献[6]的分析,必然存在一个n+1维非零行向量,使得且且立。左乘(7)可得:
上式即,当临界运行点(x*,λ*,p*)是某一不等式约束发生越界的极限点时,在(x*,λ*,p*)处,λ对p的灵敏度。
3.2 灵敏度指标的使用条件
取λ表示输电能力,Xij表示支路i-j的电抗,则即反映临界运行点处的输电能力对支路电抗Xij的灵敏度大小。系统只有满足以下条件,才可作为选择串联补偿器安装地点的指标。
(一)安装串联补偿器之前,临界运行点(x*,λ*,p*)为情况一(本文3.1部分提到的)。只要满足以下两个条件中的一个,(4)式就可作为选择串联补偿器安装地点的指标。(ⅰ)在各条支路分别安装串联补偿器之后,系统的临界运行点也是那时系统的SNB点;(ⅱ)个别支路安装串联补偿器之后,那时系统的临界运行点虽然不是SNB点,但接近SNB点。
(二)安装串联补偿器之前,临界运行点(x*,λ*,p*)为情况二。系统只要满足以下两个条件中的一个,(8)式就可作为选择串联补偿器安装地点的指标。(ⅰ)各条支路分别安装串联补偿器之后,那时系统的临界运行点和安装之前的临界运行点是同一个不等式约束条件发生越界;(ⅱ)个别支路安装串联补偿器之后,那时系统的临界运行点变为SNB点或者虽然还是某一不等式约束发生越界的极限点,但不是安装之前在临界运行点发生越界的那一个不等式约束;并且需要满足,在安装后的临界运行点处,安装前发生越界的那个不等式约束接近其边界值。
3.3 计算步骤
该灵敏度选址方法同时考虑了电压稳定性约束和不等式约束条件。
串联补偿器选址的仿真计算步骤如下:
(a)求解所研究系统的基准潮流点(x0,λ0,p0),其中λ0=0。
(b)给定系统的功率增长方向b,从0开始逐渐增大λ,用连续潮流法计算系统潮流,直到某一约束条件达到极限值,得到装设串联补偿器之前系统的临界运行点(x*,λ*,p*)。
(c)若安装串联补偿器之前,临界运行点(x*,λ*,p*)属于情况一(本文3.1部分提到的),则由式(4)计算灵敏度值,并按灵敏度的绝对值由大到小排序;若(x*,λ*,p*)属于情况二,则由式(8)计算并排序。
(d)将灵敏度排序在前面的支路,分别安装相同容量的串补之后计算输电能力,对灵敏度的排序结果加以验证,便可确定选址方案,得到优先装设串联补偿器的支路。
4 算例
本文以IEEE30节点系统和IEEE118节点系统为例,对提出的方法进行了验证。系统中,负荷采用恒功率模型,负荷增加时,发电机出力按比例分配方式增加[5],网损由平衡节点承担。为了防止过补偿现象发生,本文算例中取串联补偿器对支路的补偿度范围是β∈(0,0.85]。
4.1 IEEE30节点系统
IEEE30节点系统包括37条线路,4台变压器,6台发电机。节点1为全网的平衡节点。
模式一:各节点电压的上下限分别为1.5p.u.和0.5p.u.;各支路有足够的传输容量,不会出现支路过负荷现象。
装设串联补偿器之前,采用连续潮流法计算发电机到负荷的输电能力,得到λ=4.9812,此时达到系统的SNB点。将全部支路作为安装串联补偿器的备选支路,根据本文提出的灵敏度法选择串联补偿器的最优安装支路。灵敏度计算结果和各支路分别安装相同补偿量的串联补偿器后的实际计算结果对比如表1(注:表1的最后一栏表示各条支路分别安装串联补偿器之后,在临界运行点实际达到极限的约束)。
模式二:各节点电压的上下限分别为1.2p.u.和0.8p.u.;各支路有足够的传输容量,不会出现支路过负荷现象。
装设串联补偿器之前,计算输电能力,得到λ=3.4659,此时节点8电压越下限。由本文提出的方法计算灵敏度,其结果和实际计算结果对比如表2。
模式三:各节点电压的上下限分别为1.2p.u.和0.8p.u.;各支路均有传输容量(有功功率)限制。
装设串联补偿器之前,计算输电能力,得到λ=1.2189,此时支路25-27过负荷。灵敏度计算结果和实际计算结果对比如表3。
表1、2、3都表明:(1)装设串补之后,系统的输电能力有了较大的提高,仅在最灵敏的一条支路上安装串补就可以使输电能力提高10%以上。(2)本文提出的灵敏度法能够准确地确定出对输电能力变化灵敏的支路。
表1表明:各条支路分别安装串补后,各自不同的临界运行点都是那时系统的SNB点,满足灵敏度指标的使用条件。因此,安装串补之前,灵敏度排序结果准确。
表2表明:支路6-8安装串补之后,在临界运行点,节点7电压越下限(安装之前系统的临界运行点处节点8电压越下限)。此时计算节点8电压V8=0.8022p.u.,非常接近其下限值。支路6-8和其它各支路都满足灵敏度指标的使用条件,灵敏度排序结果准确。
表3表明:支路27-28安装串补之后,在临界运行点,支路27-30过负荷(安装之前系统的临界运行点处支路25-27过负荷)。此时计算支路25-27传输的有功功率P25-27=0.1415p.u.,与极限值P25-27 max=0.1600p.u.有一定差别。支路27-28不满足灵敏度指标的使用条件,因此其对支路27-28的排序结果不准确。但灵敏度指标对其它满足其使用条件的支路排序准确。
由表3分析:对于某系统,将灵敏度排序在前面的支路,安装串补实际验证。如果发现多条支路不满足灵敏度指标的使用条件,则本文提出的灵敏度法不适用于该系统,考虑采用其他方法选址。
4.2 IEEE118节点系统
IEEE 118节点系统共包括177条支路,9台变压器,54台发电机。节点69为全网的平衡节点。
假设各节点电压的上下限分别为1.2p.u.和0.8p.u.,各支路不会出现过负荷现象。装设串联补偿器之前采用连续潮流法计算发电机到负荷的输电能力,得到λ=1.9753,此时,节点44电压越下限。灵敏度分析结果如表4所示。
由表4可见:如果串联补偿器安装位置选择适当,可以使系统的输电能力有明显的提高;本文提出的灵敏度法能够简便准确地计算出对提高输电能力最有利的串联补偿器安装支路。
5 结论
由IEEE30节点和IEEE118节点系统验证,可以得出以下结论:
(1)本文是对文献[3]关于串联补偿器选址问题的扩展和深化:计算中同时考虑了电压稳定性约束条件和节点电压、支路过负荷等不等式约束,更符合电网运行的实际;对两种情况下灵敏度的使用条件做了更深入的分析,使其更加全面;采用了新的算例和运行模式,运行结果准确。
(2)本文3.2部分给定了所提出的灵敏度选址方法的使用条件。对于极个别系统,如果发现其多条支路不满足该灵敏度指标的使用条件,则本文提出的灵敏度法不适用于该系统,考虑采用其他方法进行选址。
参考文献
[1]Moghavvemi M,Faruque M O.Effects of FACTS deviceson static voltage stability[A].TENCON Proc[C].2000.357-362.
[2]张立志,赵冬梅(Zhang Lizhi,Zhao Dongmei).FACTS优化配置提高电网最大输电能力(Optimal placementof FACTS for total transfer capability enhancement)[J].电网技术(Power System Tech.),2006,30(增刊)(Supplement):58-62.
[3]潘淑杰,马平,蔡兴国(Pan Shujie,Ma Ping,Cai Xing-guo).用于提高输电能力的串联补偿器选址和定容方案(Selection scheme for installation site and optimal ca-pacity of TCSC to increase transfer capability)[J].电网技术(Power System Tech.),2009,33(4):65-70.
[4]张彦魁,张焰,卢国良(Zhang Yankui,Zhang Yan,LuGuoliang).可控串联补偿电容器控制角模型及其在静态电压稳定研究中的应用(TCSC control angle modeland its application in static voltage stability research)[J].中国电机工程学报(Proc.CSEE),2005,25(1):17-22.
[5]江伟,王成山,余贻鑫(Jiang Wei,Wang Chengshan,Yu Yixin).电压稳定裕度对参数灵敏度求解的新方法(A new method to compute sensitivity of loading margin tovoltage collapse with respect to parameters)[J].中国电机工程学报(Proc.CSEE),2006,26(2):13-18.
无功补偿能力 篇8
一、借助非语言指令, 引发学生交际
教师说英语时, 适当的脸部表情、优雅手势、身体动态、变化站位等非语言指令, 能烘托语言的感染力, 既吸引学生的兴趣, 又能帮助记忆。如在教学现在进行时态时, 教师可通过动作形态进行辅助练习, 让学生通过教师的动作本身, 就很清楚地了解该时态的语法功能, 加深他们的印象, 提高他们的交际能力。
二、寓教于乐, 激发学生交际的兴趣
英语教学中渗透游戏元素, 学生兴趣高, 气氛也热烈, 不仅能让他们复习巩固所学知识, 也让学生有了说唱玩的机会, 提高交际能力。因此, 教师要不断提高补偿性课程的开发、筛选、提炼、整合、改编能力, 通过精心设计和创编, 形成健康向上且用英语来说唱的游戏体系, 并在教与学、学与会的过程中, 积极引导学生自由组合, 尽性地在自我空间中去玩、去交际, 提高英语运用和合作交际能力。
三、搭建平台, 创造机会让学生使用英语
由于英语环境的限制, 学生除了在课堂上运用英语外, 很少再有机会运用英语。因此, 教师应搭建平台, 创造机会, 设定情景, 尽量把日常生活中的交际形式, 作为补偿性课程内容。
(一) 英语party
现在, 过“洋节”成了社会上的一种时尚, 初中学生也对圣诞节之类的“洋节”津津乐道。根据学生的兴趣和爱好, 教师可以创设情景, 模拟“洋节”party盛会, 鼓励学生运用所学知识, 身临其境, 进行表演、对话, 不仅能提高他们的交际礼貌、交际技巧、交际方法和交际能力, 而且也能让学生感受一下西方的节日文化。
(二) 英语购物
购物完全是人与人之间的直接交际, 在购物中充满着语言智慧。当教完英语购物用语后, 教师创设一下“超市”情景, 把学生日常生活中的一些东西拿到课堂内外, 让学生分别扮演顾客和售货员的角色, 进行互动练习。这样, 学生既将所学的英语知识和日常生活联系在一起了, 加深对知识的理解与掌握, 又凭自己生活的经验和个体技能, 进一步提高用英语进行交际的能力。
(三) 英语电话
学生学习英语时, 往往难以摆脱母语的干扰, 即使他们对一些固定的表达方式或习惯用语了如指掌, 但真正使用时, 仍然会出现错误。因此, 当教师教学完“打电话”这一内容后, 可以要求学生自己物色对象, 在家坚持隔天相互通二到三分钟的英语电话。这种与学生密切相关的家庭生活, 使学生感到对话自然, 无拘无束, 从而也达到英语交际能力提高的目的。
(四) 英语导游
新课标课本的内容设置, 较大部分是结合社区生活、国内外人们生活习惯展开各种交际会话, 教师就要把教材中的每一个细节, 作为补偿性课程, 并提高其功效。教师可以结合本地文化、旅游胜地、人文景观资源等把学生带到各地。每到一处, 让学生演绎导游角色, 用英语向家人、教师、同学、社区朋友介绍一个所处地域的乡土风情、民族象征物和骄傲的史料等。学生在充当英语导游时, 教师要积极引导他们与他人对话, 在合作与互助中, 增强英语会话和交际的综合能力。
四、利用补偿性课程提高学生交际能力的几个注意点
(一) 要关注弱势群体
对好学生以赞扬为主, 对后进生以鼓励为主, 抓两头, 促中间。对于英语基础薄弱的学生, 教师要注重情感悦纳, 不抛弃, 不放弃, 让他们“亲其师, 信其道”, 再对他们进行英语基础的个别辅导, 采用激励手段, 让他们敢开第一口, 然后逐渐扩大人数, 以至合群。教师应通过鼓励性的话语, 让后进生始终充满自信, 进而积极地投入到学习活动中去, 同时也使他们学会赏识别人的优点。
(二) 要由课内走向课外
英语交际能力的培养, 不是一蹴而就的, 需要一个教师指导的过程。教师在课堂中要教给学生交际方法, 提出交际要求, 培养好核心人物, 尽量避免上述情况的产生。教师可在适当时机, 让学生到校内的“英语角”去交际, 到家庭、社区中去交际, 让学生感到有新鲜感、有趣味、有自由空间, 扩大他们的视野和交际群。例如学习新目标八 (上) Unit 4 How do you get to school?时, 我让学生课外“do a surveyand then make a report”。
(三) 要有评价机制
课堂评价语言对学生起着重要的鼓励和激励作用, 积极地促进了课堂教学的效果。如何高效地使用课堂评价语言, 真正起到激励学生、不断提高课堂教学效果, 我认为要注意三个原则:
1. 选用评价语言要准确;
2. 使用评价语言要多样;
3. 采用评价语言要有效。
如表示肯定的有:“OK!/Right!/You’re right!/That’s right!/That’s correct!”表示赞扬的有:“Good!/Very good!/Great!/Wonderful!”表示鼓励的有:“Try again./Have a try, please!/Try harder.”
总之, 利用补偿性课程, 弥补英语课堂教学中培养学生交际能力的不足, 是一个永恒的研究课程, 值得我们每个初中英语教师去不懈探索。
参考文献
[1]刘道义.新初中英语教材教法的继承与创新.
针对电气无功补偿技术进行分析 篇9
【关键词】无功补偿技术；电气自动化；应用
科技越是发展，电气自动化的程度和应用范围就是越深、越广。但是自动化电气设备中日益增强的非线性因素与变化规律日益复杂的单向电力牵引负荷增加了电网中负序、谐波的注入量和无功功率。为了有效解决以上问题，依照自动化电气设备的负荷与系统特点来制定无功、负序及其谐波的综合性治理方法，在保护电网系统的同时，提高电气自动化控制设备的稳定性。
1 无功补偿技术概述
1.1 无功补偿设计要求简述
（1）在进行无功补偿设计的时候必须要
选择合适的变压器容量和台数、电动机型号，并降低线路感抗。如果工艺条件符合要求，则可以通过以下措施来提升用电单位的自然功率因数，即选用同步电机与空歇工作制设备。
（2）如果提高自然因数的方法无法满足实际需求，可以利用并联电力电容器的方式来达到要求。采取联电力电容器的方式需要符合以下要求：功率因数高于0.9的高压供电单位（10kV～35kV）；或者功率因数低于0.85低压供电单位（小于10kV）。
（3）高压供电单位（10kV至35kV）将低压补偿作为处理方式，高压侧功率因数必须要满足供电部门标准。
（4）如果无功补偿装置为电力电容器 ，则需要严格遵循平衡原则。具体而言，高压电容器进行高压部分的无功负荷补偿，低压电容器进行低压的无功负荷补偿。容量比较大且负荷平衡、使用频率较高的用电设备的无功计算负荷大于100kvar时，可在设备附近就地补偿。补偿装置宜与设备同时通断电。补偿基本无功负荷的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。集中补偿时，宜采用自动调节式补偿装置，防止无功负荷倒送。居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。
1. 2 无功补偿的实现途径
（1） “固定滤波器+晶闸管调节变压器”方案。以上两种设备利用高漏抗变压器能够导致较大的有功损耗，因此“，固定滤波器+晶闸管调节变压器”的方案没有得到广泛地应用。
（2） “真空断路器投切电容器”方案。操作简便、成本低廉是该设备的重要特色，但是该设备在合闸时电容器上所产生的过电压非常之高，非常烧毁设备；并且设备开关的设计寿命比较短，无法进行频繁投切。以上两点不足之处也严重影响了该设备的动态补偿效果。
（3） “有源滤波器”方案。有源滤波器是使用电力电子装置产生与负荷中的谐波电流以及和负序电流相位相反的电流，让其得到相互抵消，最终满足电源对总谐波和无功电流的要求，其方案特点：补偿比较灵活，调节速度较快，而且不会和系统发生谐振现象，不过有一点要注意，那就是电力电子设备的价格比较昂贵。
（4） “固定滤波器 +晶闸管调节电抗器”方案。反并联晶闸管与电抗器串联，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流相抵消，最终达到平衡，以满足其对功率因数的要求，其特点是固定滤波器可以长期投入使用，而所需要的晶闸管数量却比较少，响应的速度也较快，其缺点是会产生谐波现象。
（5） “固定滤波器+电容器+电抗器调压”方案。利用调节降压变压器低压侧的母线电压的方式来对连接在低压母线上的电抗器或者滤波器的电压进行调节，进而达到改变其无功出力的目标。在调节的过程中，通断采用晶闸管，调节利用无载开关，在理论上，电气寿命没有限制。但是在实际应用中，以上设备可以进行加装，借此实现滤波的效果，并提供稳定的无功功率。
（6） “固定滤波器+可控饱+电抗器”方案。该方案利用改变饱和电抗器磁饱和程度的方式来实现流入回路感性电流的改变，并利用并联滤波器中多余容性无功功率相与之相互“中和”，实现平衡。该方案的主要优点就是固定并联滤波支路能够进行长期投入，故而效果持久；但是会有谐波产生，噪声较大，并且设备自身还有一定的损耗。
截至今日，我国已经应用了众多的无功补偿技术，但是随着电气自动化的程度和应用范围的不断深入和广阔，电气自动化技术对电网造成的不利影响和冲击也是日益增强，深入研究、大力发展电气自动化设备的无功补偿技术具有重要的意义。
2 应用中的存在问题及其相关建议
2. 1 存在问题
在电气自动化系统中应用无功补偿技术具有非常高的经济效益，但是应用中还存在诸多问题。具体而言，首先，发电厂中的大量无功潮流涌向高压变电站，随后经过输电线路输送到中压变电站与低压变电站，出现了远距离传输无功潮流的问题；其次，未能科学合理配置无功补偿容量，部分变电站的补偿电容是整组投切，无法依照负荷变化的实际需求来实现就地平衡，常常出现“高负荷时功率因数过低、低负荷时往往过补偿”的现象；最后，经常出现无功向配电网倒送的问题，无功倒送能够显著增加电网的损耗，增加配电线路的不合理负担，特别是那些利用固定电容器补偿的用户，在负荷低谷时非常有可能出现无功倒送问题。
2. 2 相关建议
（1）明确本地变电站的无功补偿容量。220kV变电站应该具有比较高的无功调节水平，保证高峰负荷时的功率因数不低于0.98，但是调节容量必须根据本地的实际情况来确定。必须科学合理配置变电站的补偿容量，避免出现无功倒送的问题。
（2）关注配网无功补偿问题。负荷电流在通过线路、变压器时会产生功率与电能损耗，功率因数越低电网所需功率就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗。提高功率因数，降低线损耗，是节能降损最直接、最经济的手段。对负荷较大的公用变压器，要全面考虑在配变低压侧加装电容器组进行补偿。
（3）强化用户侧管理。加强用户侧无功补偿的管理和节能降损宣传力度，使用户认识到即使是未进行功率考核的小容量用户，加强无功补偿可以减少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。
参考文献
[1]吴慧政，吴慧飞 .低压电网中无功补偿技术的应用[J].山西电力，2008（2）：12～1 5 .
[2]王李杨.浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].价值工程，2011（6）：26～ 27.
[3]姚金雄，张涛，林榕，等.牵引供电系统负序电流和谐波对电力系统的影响及其补偿措施 [J].电网技术，2008（9）：123～124.
无功补偿能力 篇10
高压泵是共轨系统研究的关键技术之一。随着燃油压力的提高,对高压泵的精密偶件提出了更高的要求,在超高压作用下,柱塞偶件既要有良好的密封性,又不出现卡滞,并具有较好的其它特性。因此,恰当地利用柱塞偶件密封带,确定合理的工作状态下的间隙分布规律是解决上述问题唯一高效的途径。考虑到目前国内机械加工工艺难以实现高压源所要求的柱塞偶件间隙指标0.1 μm,本文采用变形补偿技术设计出可实现变形补偿的柱塞副,以实现在超高压工况下,柱塞偶件良好的密封性能及运行工作状态[1,2]。
1 共轨高压泵柱塞偶件径向变形仿真计算
运用ANSYS软件对超高压下柱塞偶件的径向变形进行计算。柱塞偶件的材料为GCr15,弹性模量E=206 GPa,泊松比μ=0.3,密度ρ=7.9 g/cm3。原柱塞直径7 mm,长60 mm,初始间隙宽度3 μm;柱塞套外径25 mm,高45 mm。仿真模型如图1及图2所示。图3为柱塞偶件在柱塞处于行程上止点位置时间隙径向变形量分布,图中横坐标间隙轴向节点是从柱塞套内壁进油孔到上止点之间的轴向部分等长选取的。
由图1～图3可看出,高压作用下柱塞套膨胀均匀,轴向梯度小,原因是柱塞套壁较厚,承受径向扩张压力的能力强,而承受的轴向支撑力与支撑反力则较小;相对而言,柱塞的头部承受全额的柱塞腔工作压力,柱塞的轴向收缩幅度明显大于柱塞套的膨胀,同时柱塞轴向梯度较大的间隙流场压力分布,则是柱塞略带锥度变形结果的根由。以上两点决定了原柱塞偶件在超高压状况下的工作密封性能较低。为了提升偶件超高压条件下的工作性能,静态地考虑配合间隙尺寸的减小是不够的;要解决在不卡滞条件下的柱塞偶件密封问题必须从超高压下偶件间隙变形分布及其原因方面着手。
2 运用变形补偿技术设计柱塞偶件
偶件高压泄漏的主要原因在于密封间隙的变形[3]。在柱塞偶件结构设计阶段,考虑增加结构加工强度的同时,可对偶件本身的结构作变形补偿设计,即采取柔性可变截面变形补偿技术。这一技术是从密封间隙初始变形的轴向不均匀性着手的,而这里的轴向不均匀性主要是由间隙流场轴向压力分布梯度引起的。
变形补偿技术是根据该压力分布,对柱塞进行结构性反向补偿,在其头部开挖一有锥度的瓮型补偿槽,这样在偶件工作过程中,进入柱塞头部槽中的高压燃油产生使其扩张的压力锲,使得柱塞产生一定的具有轴向梯度的径向扩张量,从而部分地抵消因偶件间隙燃油挤压而造成的柱塞轴向变形不均匀,最终使得偶件配合间隙保持在恰当的数值范围内。该方法最大的特点在于,由补偿槽实现的配合间隙变形量与由间隙流体压力梯度引起的配合间隙变形量,都是与柱塞腔压力正相关的,结构处理得好,可以实现全压力范围的变形补偿。需要说明的是,对于柱塞头部锥形槽的开取,必须严格注意其轴向对称性,微小的偏心都将引起大的压力分布紊乱,从而造成工作卡滞磨损。
设计了7种加工方案[4]。方案A:柱塞头部内槽为ϕ3 mm,深8 mm的圆柱形内孔;方案B:柱塞头部内槽为ϕ3 mm,深10 mm的圆柱形内孔;方案C:柱塞头部内槽为ϕ4 mm,深8 mm的圆柱形内孔;方案D:柱塞头部内槽为ϕ4 mm,深10 mm的圆柱形内孔;方案E:柱塞头部内槽为ϕ4 mm,底部ϕ3 mm,深8 mm的倒锥形内孔;方案F:柱塞头部内槽为ϕ4 mm,底部ϕ2 mm,深8 mm的倒锥形内孔;方案G:柱塞头部内槽为ϕ4 mm,底部ϕ2 mm,深10 mm的倒锥形内孔。
3 试验内容及结果分析
对7种方案变形补偿偶件的试验件分别进行静态密封特性、容积效率、柱塞偶件变形试验测试。柱塞偶件试验优化指标确定为其理论容积效率最大且容积效率随泵输出压力变化最小。
3.1 静态密封测试
柱塞偶件装在自制的柱塞偶件密封性测试专用工具中,其漏泄的燃油从该测试专用工具的上孔流出。通过3CB-0.8/160型试压泵及BY-120-6A型超高压比例溢流阀对燃油进行加压,利用量筒测量一定时间内,在不同压力下从测试专用工具的上孔中流出的油量。试验测试装置如图4。改进前6135柴油机的柱塞偶件漏泄量在共轨压力90 MPa时30 s可以达到64.5 mL,当共轨压力超过90 MPa时,由于上孔大量泄油无法继续试验,基本失去了密封作用。
图5为不同轨腔压力下7种偶件方案在特定行程位置时的定时泄漏量。可以看出,改进后的柱塞偶件漏泄量较改进前有了明显的减少,其中方案E的泄漏量为最优。图6给出了从方案E中选出的一组偶件,柱塞在有效行程内不同相对位置时的泄漏对比情况。可以看出,其行程泄漏流变化比较均匀,满足了高压下对其密封性的要求。
静态密封试验是在静压条件下进行,压力为稳定值。实际柱塞偶件中的燃油泄漏流动是一可视作剪切流和压差流叠加作用的层流流动,柱塞速度、泵腔内压力和温度变化以及燃油粘度变化等都会大大改变实际泄漏量的值。静态密封测试不能全面考虑上述因素,因此,静压泄漏量只能作为评定结构优化效果的相对参考量。
3.2 容积效率测试
将试验偶件安装在测试平台的试验泵上,测量试验泵在不同共轨腔压力下一定时间间隔的供油量,并计算出容积效率。
将改进的7种柱塞偶件与6135偶件一同作容积效率测试,进行横向对比。测试结果显示,原6135喷射泵在750 r/min转速下,当输出背压增加到90 MPa时,其容积效率为零,即燃油输出流量为0。试验结果表明,采用经典方法设计生产出的柱塞副偶件不能满足当前高压源对柱塞副偶件的要求。表1给出了方案E偶件在凸轮转速为160 r/min情况下的供油情况。可以看出,方案E偶件在0～150 MPa背压范围内,都具有满足设计要求的较高的容积效率;容积效率随泵输出压力变化较小;高压泵输出压力在70 MPa之前,其容积效率超过100 %,这是由柱塞偶件低压进油孔的缝隙效应引起的。试验偶件运行后拆检无卡滞,柱塞偶件配合表面无损伤。
3.3 柱塞偶件变形量测试
通过对柱塞套表面的变形测量,来分析计算、评估柱塞偶件间隙变形、间隙内流体的压力分布以及柱塞腔工作过程的载荷特性等。
3.3.1 静压变形测试
运用电阻应变片传感器感受偶件外壁的受压形变,转换为应变片自身阻值的变换,通过桥路转换成微弱的电压信号,经由信号采集与处理系统得到需求的参量。最后根据结构力学的原理,得出偶件间隙变形量、间隙流体的压力分布以及柱塞腔工作过程的载荷特性等。柱塞套变形测试系统结构如图7所示。
为了便于应变片及主要引线的布置,对高压泵关键结构进行了简化,特制了偶件专用试件,其结构装配如图8所示。偶件由上、下压块螺栓固定,上端与高压接头封闭对接,下端由柱塞升程调节螺栓托住,应变片贴于柱塞套外壁相关位置,并由触点引线导出接入半桥测量电路。试验方案:试验采用5组应变片测量柱塞套外壁径向变形,选取柱塞套远离出油孔的位置,沿轴向均匀选取4个测点,分布在柱塞上下行程内。压力的试验范围50～170 MPa。柱塞相对柱塞套的不同位置对应不同的偶件压力变形。试验过程中,为了保证能够得到最大升程时的间隙变形及流场特性,通过柱塞行程调节螺栓的调节,置柱塞于上止点位置。
3.3.2 应变与间隙形变量的关系
由测量电路知,柱塞套外壁的受压应变与输出电压的关系为
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式中,e0为桥路输出电压;E0为供桥电压;Ks为应变片灵敏系数;ε为应变值。
记圆筒形柱塞套内外半径分别为a、b,内壁面承受均布压力为p,则由公式(2)求得外壁的环向正应力(周向正应力)σ。
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又外壁的应变为ε,则σ=Eε,式中E为柱塞套的弹性模量,结合上两式得
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按照上面的试验方案,偶件逐步加压试验,记录柱塞套外壁5组应变片所对应的读数。经关系换算式,可得7组偶件分别在不同压力下的柱塞套内壁轴线方向不同位置的形变量值,结果表明,变形量与工作压力之间有着较好的线性关系。图9为7组偶件在150 MPa工作压力下的相关变形量。由图9可看出,方案A的间隙变形量大,且轴向不均匀,柱塞在往复运动过程中间隙变形变化幅度大;相比较而言,方案E的间隙压力变形较小,轴向变化较小,且动态变化均匀,这一点与静压密封试验结果相吻合。 图10为方案E偶件柱塞套径向变形量的仿真与测试结果比较,可以看出,两者有较好的一致性。
3.3.3 柱塞偶件载荷特性试验
动态变形测试试验在试制的专用单体柱塞泵上进行,试验装置构成如图11所示。为了便于柱塞上应变片引线的接出,特在单体泵上相应位置开取槽孔。贴在柱塞下部的应变片感受柱塞腔压力变化引起的变形。具体测量过程:设定泵轴转速,调节轨腔压力,改变高压泵输出背压,在背压稳定时,测取柱塞下端应变变化的波形。试验得到不同共轨腔背压要求下的柱塞腔运行压力变化情况,图12为共轨腔背压150 MPa下的应变仪实测输出的电压图,将输出电压换算成对应柱塞腔的压力值,从而得图13。
试验在凸轮轴转速为160 r/min的情况下进行,在保证共轨腔压力150 MPa的情况,柱塞在凸轮驱动下往复运动,实现低压油的加压并输往共轨腔。图13中A-B段为输油单向阀开启段,柱塞腔压力急剧上升,形成高压脉冲;B-C段为柱塞上腔给共轨腔供油段,此时段柱塞上腔压力基本稳定;C-D段为输油单向阀关闭段,输油阀落座,D点关闭,完成一次供油循环。
由图13可得到柱塞上腔油压幅值变化规律。该压力是泵体及凸轮轴、滚轮等零部件工作时的主要载荷,其变化规律对泵的设计有重要意义。因此,在对凸轮轴等运动件设计时,必须考虑柱塞上腔峰值压力与轨腔压力之间的差异。
4 结论
(1) 变形补偿是解决柱塞偶件超高压密封的有效途径;采用变形补偿技术设计出7种方案的变形补偿柱塞偶件中,方案E偶件满足超高压下对密封性的要求,其容积效率可达88.21 %(150 MPa)。
(2) 运用应变测量超高压下柱塞偶件变形的试验方法是可行的。
参考文献
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