无功问题论文（精选12篇）
无功问题论文 篇1
近年来, 随着电网的进一步完善, 工农业生产用电规模不断扩大, 用电量的日益增长和用电结构的变化, 使得电力供需矛盾越来越突出。无功补偿不仅能改善电网功率因数和电压质量, 且可使无功负荷就地平衡, 提高电网的经济运行水平, 同时降低电费支出, 减轻工农业生产的负担, 所以进行无功补偿是利国利民的好事。
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
[4]张威.无功补偿的意义.工业技术, 2009 (3)
无功问题论文 篇2
1 前言
随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行,输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损,提高系统运行的经济性,可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。
无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量(发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起,因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。
2 无功优化和补偿的原则和类型
2.1 无功优化和补偿的原则
在无功优化和无功补偿中,首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定:
1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制;
2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。
3)无功分层平衡,即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。
4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。
2.2 无功优化和补偿的类型
电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上),由于线路的容性充电功率很大,据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上,电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿,并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。
3 输配电网络的无功优化(闭式网)
电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起,即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。
3.1 无功优化的目标函数
参考文献[3]中著名的等网损微增率定律指出,当全网网损微增率相等时,此时的网损最小。
无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿),这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面,该方法没有计及其它控制变量的调节作用,同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等,这样做的计算量太大且费时。与此同时,国内外学者对无功优化进行了大量研究,提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种,其一为不计无功补偿设备的费用,以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达:
其二,以系统运行最优为目标函数,它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用,可用下式表达:
式中,β为每度电价,max为年最大负荷损耗小时数,α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率,KC为单位无功补偿设备的价格,QC∑为无功补偿总容量。
模型二考虑了投资问题,可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行,各部门都追求经济效益,显然考虑了无功投资问题更合理一些。
3.2 优化算法
由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解,是一些算法的出发点,如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等,以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中,忽略了二阶及以上的项,其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性,又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法,使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。
针对线性算法方法的不足,又提出了一些运用非线性算法,混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解,但由于无功优化本身的特性,使计算复杂、费时,且不能保证可靠收敛。
为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节,电容器组的投切)的处理,基于人工智能的新方法,相继提出了遗传算法,Tabu搜索法,启发式算法,改进的遗传算法,分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等,这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度,并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。
但在无功优化仍有以下一些问题需要饩:
1)由于无功优化是非线性问题,而非线性规划常常收敛在局部最优解,如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。
2)由于以网损为最小的目标函数,它本身是电压平方的函数,在求解无功优化时,最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限,而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小,可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。
3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高,对无功优化的实时性提出了很高的要求,如何在很短的时间内避免不收敛,求出最优解仍需进一步研究
4 配电线路
上的.无功补偿及用户的无功补偿
4.1 配电线路上的无功补偿
由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大,无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大,故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。
其原理可简述如下:
当线路输送的无功功率Q,线路长度L,每组补偿距离为x时,每组补偿容量为Qx
Qx=Qx/L
当认为电容器安装在补偿区间中心时,降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示:
当第i组电容器安装地点离末端的距离为:
对任一组电容器安装位置离末端的位置为:
xi=L(2i-1)/(2n 1)
? 其最佳补偿容量为:
nQx=2nQ/(2n 1)
这样即可求得表1的数据。
对于配电线路的无功补偿可有效降低网损,但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的,如果线路上的无功潮流为非均匀分布的,得出的结论将不同;同时在线路上安装电容器组时,其维护、操作比较不便,且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此,建议采用下述方式。
4.2 用户的无功补偿
对于企业及大负荷用电单位,按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献[8]指出在补偿容量相等的情况下,低压就地补偿减低的线损最大,因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分,使流经线路和变压器上的无功电流大大减小,显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献[6]指出了对于开式网的最佳补偿容量,三种常见的开式网可见图2所示。
4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿
对于用户或经配变出线的开式网络,针对开式网的接线的最佳无功补偿容量,参考文献[进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数,为了分析,下面进行了简单的推导:
对于网络为放射式网络,此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为:
由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响,因此有功功率对网损的影响可不考虑,(4)式可简化为下式:
在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。
4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿
对于干线式及链式接线开式网,在第i=1点设置无功补偿,其QC1,op同放射式开式网,若在i=1,2 设置无功补偿,见图2(b)、(c)所示。
此时年计算支出费用可用下式表达:
同理,可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见,节点2电压可认为与节点1电压近似相等):
式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和,此处R∑=R1 R2
推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为:
上述公式简单明了,且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起,通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量,避免了计算的迭代过程,具体算例可见参考文献[3]例6-2,在6-2例中,求解最佳补偿容量是通过求解5组方程,6次迭代所得,而利用上述的推导公式可一次性计算出。
5 结语
关于低压无功补偿问题的探讨 篇3
【关键词】无功功率;无功补偿
0.引言
无功功率在交流配电线路中，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。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功功率不对外作功，而是转变为其他形式的能量。对供、用电产生一定的不良影响，加重电网的负担，使电网损耗增加，因此需要对其进行就近和就地补偿。根据国家有关规定，高压用户功率因数应达到0.9以上，低压功率因数应达到0.85以上。
从电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，尤其是以低压配电网所占比重最大。为了最大限度的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.低压配电网无功补偿的方法
随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。
随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压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。
跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。
2.无功功率补偿容量的选择方法
无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。
2.1单负荷就地补偿容量的选择的几种方法
（1）美国：Qc=（1/3）Pe
（2）日本：Qc=（1/4～1/2）Pe
（3）瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSφe)
若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo根据电机学知识可知，对于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。
（4）按电动机额定数据计算：
Q=k(1-cos2φe )3UeIe×10-3(kvar)
K为与电动机极数有关的一个系数
极数：246810
K值：0.70.750.80.850.9
考虑负载率及极对数等因素，按式（4）选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。
2.2多负荷补偿容量的选择
多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。
（1）对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数；tgφ1、tgφ2是指负载阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2。
（2）对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和；tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。
多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。
3.无功补偿的效益
在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。
3.1节省企业电费开支
提高功率因数对企业的直接效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次费用，而且减少了运行后的基本电费。
3.2降低系统的能耗
补偿前后线路传送的有功功率不变，P=IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,这样线损 P减少的百分数为：
ΔP%=(1-I2/I1)×100%=（1-COSφ1/COSφ2）×100%
当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%～45%。
3.3改善电压质量
以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：
△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 两部分损失：PR/Ue→输送有功负荷P产生的；QX/Ue→输送无功负荷Q产生的。
配电线路：X=（2～4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的。
变压器：X=（5～10）R QX/Ue=(5～10) PR/Ue 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。
可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。
3.4三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下
△S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]
如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）-1]=24KVA。
4.结束语
电网无功补偿规划问题研究 篇4
电力系统是由大量的发电、输电、变电、配电线路和设备以及用电户共同组成的复杂系统。随着我国国民经济快速发展, 人们对电力的需求越来越大, 同时对供电的可靠性和质量提出了更高的要求。近几年来, 电力建设投资跟不上经济发展, 供需关系矛盾更为突出, 据最新资料统计, 2004年广东省有20多个地级市出现拉闸限电, 至3月15日止, 由省电力调度中心直接指令强制错峰限电线路8969条次;累计限电负荷2074.2万千瓦、日最高限电负荷184万千瓦, 累计限电量1.06亿千瓦时。用电负荷和用户的不断增加, 使得电能生产每年都要大幅度增加, 这既改变了电力系统的网络结构, 也改变了系统的电源分布, 造成了系统的无功分布不尽合理, 甚至可能造成局部地区无功严重不足, 电压水平普遍较低的情况。由于配电网是系统的一个重要组成部分, 承担着电力生产和电力用户两方面的纽带作用, 是输电网和电能用户的中间环节, 它的电压等级比输电网低, 特别是低压网, 网络结构一般为辐射状结构, 线路中电阻值较大, 损耗也大。系统中的设备和用电户, 除了要消耗有功功率外, 还要消耗无功功率。所谓无功, 就是为了维持电源与用电设备的电感、电容之间磁场和电场振荡所需要的能量, 在电力系统中, 这种能量是不可缺少的。据统计表明, 我国电能在传输过程的损失为15%, 1995年全国城网110kV以下配网线损占总线损的60%, 电力系统的无功功率损耗最多可达总发电容量的20% -30%, 也就是说大约1/4的发电容量都将用来抵消输配电过程中的功率损耗[1]。这不仅增加了发电机和变电所的设备容量, 同时也是对极其宝贵的电力资源的巨大浪费, 影响到电能成本, 进而影响到整个国民经济。因此, 如何针对配电网自身的特点, 合理地选择补偿点, 确定最优补偿电容容量, 适当地对系统进行无功补偿, 无功补偿对系统运行有很大的影响。
2 无功补偿原理
电网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的。磁场所具有的磁场能量是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场, 在一周内吸收的功率和释放的功率相等, 这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器, 在一周内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等, 这种冲放电功率叫容性无功功率。
将电容器和电感并联接在同一电路中, 电感吸收能量时, 正好电容器在释放能量。能量就在它们之间交换, 即感性负荷 (电动机、变压器等) 所吸收的无功功率, 可由电容器输出的无功功率中得到补偿。
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q, 装设无功补偿装置后, 补偿无功功率为QcQC。, 使电源输送的无功功率减少为Q=Q-Qc, 功率因数由cosϕ提高到cosϕ′, 视在功率S减少到S′如图1所示。
视在功率的减小可相应减小供电线路的截面和变压器的容量, 降低供用电设备的投资。并联电容器的无功补偿作用和原理, 可以用图2加以说明。
图中的用电负荷总电流undefined可以分解为有功电流分量undefined和无功电流分量undefined (电感性的) 。当并联电容器投入运行时, 流入电容器的容性电流undefined与undefined方向相反, 故可抵消一部分IQ, 使电感性电流分量IQ降低为PQ=PQ-PC, 总电流由undefined低为PQ功率因数由cosϕ提高到cosϕ′。若补偿的电容电流IC等于负荷电流的感性无功分量IQ, 则cosϕ= 1.0。这时, 负荷所需的无功功率全部由补偿电容供给, 电网只需供有功功率。
3 无功补偿的作用、提高电网功率因素的意义[6][7]
虽然无功功率的产生基本上不消耗能源, 但是无功功率沿电力网传送却会引起有功功率损耗和电压损耗。合理地配置无功功率补偿容量, 改善电力网的无功潮流分布, 提高功率因数cosϕ, 就能够减少电网中的有功损耗和电压损耗, 还可以提高设备的利用率和电网的传输能力。
3.1 降低线路的有功损耗
当线路流过电流I时, 在线路电阻上产生的有功功率损耗为:
式中:V-线路线电压 (kV)
R-线路线电阻 (Q)
I-线路线电流 (A)
ΔP-线路有功功率损耗 (kW)
可见, 在电网结构和电路参数不变的情况下, 传输有功功率一定时, 线路的有功损耗与cos2ϕ成反比, cosϕ越高, ΔP越小, 减少了有功损耗。
3.2 减少线路的电压损失
电力网电压损失可由下列公式求出:
undefined
如果并联电容器Qc来补偿:
undefined
注:P, Q, V应取同一端的功率或电压值
式中:P-线路传送有功功率损耗 (kW)
Q-线路传送无功功率损耗 (kVar)
R-线路线电阻 ()
X-线路电抗 ()
Qc-无功补偿容量 (kVar)
可见在线路上补偿无功功率后, 电压损失ΔV减小, 改善了电压质量。
3.3 改善设备的利用率
功率因数可以表示成下述形式:
cosϕ=undefined
式中:S为电源设备的容量
可见在一定电压和电流下, cosϕ越高, 则输出的有功功率P越大, 提高了设备的利用率。因此, 改善功率因数是充分发挥设备潜力, 提高设备的利用率的有效方法。
3.4 提高电网的有功转输能力
电网的视在功率与有功功率的关系表达式:
P=S·cosϕ
可见在电网视在功率S不变的前提下, cosϕ越高, 线路传送有功功率P的能力越强。
3.5 降低功率损耗与电能损耗
由于装设了无功补偿设备, 就可以提高线路和变配电设备的功率因数, 从而有效地减少了功率损耗和电能损耗。线损的降低可以直接用功率因数的变化来表示。其计算式为:
(4)
式中:ΔP%-降低或减少的线损率。
cosϕ1, cosϕ2-补偿前、后的功率因数。
补偿后功率因数值的计算如下:
(5)
undefined
其中:undefined
降低的功率损耗计算式为:
ΔP=ΔPL-ΔPCU或ΔP= (Kj-tgδ) Qe
式中:ΔP -降低的有功功率损耗 (kW) 。
ΔPL-降低的线路有功功率损耗 (kW) 。
ΔPCU-降低的变压器铜损 (kW) 。
Kj-无功功率节约当量 (kW/kvar) 。
tgδ-电容器的介质损失角的正切值。
降低的电能损耗计算公式为:
ΔW= (ΔPL+ΔPCU) t
或ΔW= (Kj-tgδ) Qct (6)
4 补偿容量的确定
配电网负荷节点多, 而且负荷多为感应电动机, 因此出口功率因数较低。设系统A给一配电网B供电, 己知有功负荷为P, 无功负荷为Q, 配电网的功率因数为
cosundefined
4.1 按提高功率因素确定补偿容量
为了提高功率因素, 使其达到给定值cosφ2, 则需对配电网进行无功补偿。设最大负荷日的平均有功功率为P (kW) , 平均功率因素为cosφ1, 要求补偿后的功率因素为cosφ2, 则补偿容量为Qc:
Qc=P (tgφ1-tgφ2) (8)
当需要功率因素提高到大于cosφ2, 小于cosφ3时, 则补偿容量应满足下述不等式:
P (tgφ1-tgφ2) ≤Qc≤P (tgφ1-tgφ3) (9)
实践表明, 补偿前的功率因数越低, 补偿效益越显著, 当补偿的功率因数达到一定值时, 补偿效益不明显, 增加了开关仪表屏等设备, 加大了投资和占地面积, 取得的补偿经济效果且不是很好。理论和实践证明, 用户的功率因数补偿至0.95-0.97最为有利。
4.2 按降低网损确定补偿容量
补偿后线损降低的百分值:
(10)
而补偿容量由前面求得。
4.3 按提高运行电压确定补偿容量
补偿容量可用下述公式计算:
undefined
式中:V2-需要达到的电压值 (kV) 。
ΔV-需要提高的电压值 (kV) 。
X-线路阻抗) 。
需要说明的是, 如果上式采用相电压值, 求出的是单相补偿容量, 如果采用线电压值, 求出的是三相补偿容量。
4.4 按补偿当量确定补偿容量
无功补偿当量的意义是线路投入单位补偿容量时, 有功损耗的减小值。补偿容量可用下述公式计算:
undefined
式中:ΔPi -第i段线路的有功损耗。
为了衡量补偿的合理性, 引用“经济当量”概念, 它等于电网中减少输送1kVar无功功率时所减少的有功功率损耗值。
5 结束语
本文探讨了电网规划中无功补偿优化问题的研究, 介绍了无功补偿优化的原理、方法以及研究现状, 并且介绍了配电网中最优补偿电容容量的确定方法。
摘要：无功功率平衡及合理分布、系统电压的稳定是影响到电网安全、经济运行的至关因素。合理的无功补偿容量的分布, 是实现电压控制和无功控制的必要前提, 它不仅能够降低网损、提高电压质量, 而且有利于提高系统的稳定性。我国电网的电压低质量、高网损的现状决定了运用优化的方法以实现电力系统的无功优化补偿已势在必行, 这对于节约电能, 改善电压质量, 提高电网的运行稳定性, 具有重要的现实意义和显著的经济效益。电力规划中进行配电网的无功补偿优化是保证配电网安全、经济运行的一项有效手段, 是降低网损、提高电压质量的重要措施。因此, 电力规划中配电网无功优化问题的研究, 既具有理论意义, 又具有工程实际应用价值。
关键词：电网规划,无功补偿,无功功率,电压质量
参考文献
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[6]许业清.实用无功功率补偿技术[M].中国科学技术大学出版社.1998:48-67.
相见无功诗歌 篇5
记忆里你的笑容，定格在喧哗的人丛，风情万种。
我踏着你的轨迹走近你的眼中，却发现情难自控，你眼底的落寞带我跌进了万劫不复的黑地洞。
再也不能主动，丧失了明媚的天空。
而我只能站在那里纹丝不动地目送，空留下一地从你荷包里撒下的情花种。
记忆的长河弥漫着青春的疼痛，流年似水匆匆。
我拿着你留给的花种过完一个又一个春夏秋冬，回忆错乱了时钟。
想起惊鸿一瞥时你的瞳孔，忧伤浅浅盈满在眼眶中。
到底是怎样的哀痛？
使得你的笑容，将悲伤愈演愈浓。
我终于承认我的相思病患得很重，此刻陌路在彼端的你可曾在回忆里对我有着点点心动？
然岁月捉弄，我亲手搭建的相思冢，拴住了我的寂寞重重。
歌一曲繁华颂，荡起尘埃种种。
无功问题论文 篇6
【关键词】电力网络;变电站;无人值班;无功管理
现代所使用的电力设备对输电电力的电压都有一定的要求，设备在其规定的电压范围内运行可以使其运行的效率最大化，而过低或者过高的运行电压既达不到运行的标准，同时还会导致设备的使用寿命大大的缩短。所以，变电站是否正常工作，直接关系到了用户的切身利益，因此变电站的变压工作和无功管理问题必须得到重视，确保电力系统电压在合格范围内运行，为用户提供优质、安全、可靠的电能。
1.无人值班变电站
无人值班变电站是一种新兴的现代化控制技术所操控的变电站，它依靠计算机对不同地点的设备进行管理和监控，由专业人员通过计算机发出准确的指令来指挥整个变电所的工作。随着科技的不断发展，无人值班变电站已经被广泛的推广和使用，但是要做到真正的安全运行，还要对无人值班的管理进行加强。所谓的无人值班式管理并不是完全不依靠人来进行，而是需要高素质的人员进行充实的训练，使用先进的设备，相互合作，共同做好管理工作，实现减少人员配备，提高生产效率的效果。从安全运行角度出发，部分改造后的变电所的部分具体操作必须要由专业人员到现场进行，而且部分设备的隐患不能使用自动化系统完全的显现出来，所以需要配备人员在现场。要对运行管理进行明确的职责分工，责任不明确会造成无人负责的现象，所以要做到协调配合、政策合理、职责分明以便做好运行的管理。
2.电压不稳的危害
2.1 电压过高
电压是衡量电能质量的一个指标，每个电器设备对于运行电压都有规定，电器在规定电压以上的电压工作，会直接影响设备的绝缘性，降低设备的使用寿命。电力设备在过高的电压下运行，会导致发电机、变压器、电容器等电器部件的绝缘性降低，有的时候甚至会导致绝缘层击穿，损害电器本身。另一方面过高的电压会直接导致变压器和电动机铁芯的饱和度增大，使铁芯损耗增加，导致整个设备的温度过高，缩短变压器的使用寿命。总的来说，高电压下用电设备处于一种超负荷状态运行，长时间保持这种状态将会提前结束设备的使用寿命。
2.2 电压过低
一般来说，由电厂产生的电能输送到变电站的时候总的功率是一样的，而功率又是有电压乘以电流而得到的。如果在输送同一功率的电能时，电压过低，就会造成电流很高情况的出现，而高电流在电力的输送过程是十分不利的。过于强的电流会导致输电过程电能大量的损失，而损失的电流又对输电线路产生大量的热量，导致输电线超负荷工作，极大的降低了输电的效率。部分电力设备（如感应电动机）在低电压状态进行工作的时候，内部的电流将会增大，从而加大运行过程当中的能量损失，损失的能量转化成热能直接散布在电动机内部，造成温度过高而导致绝缘体加速老化。这样一来电动机的工作效率就会大大的降低，电气强度也会跟着降低，极大缩短了设备的使用寿命，而且严重的时候会导致电机自燃，烧毁内部构件。电动机再启动的时候需要较高的电压，而过低的电压常常会导致电机无法正常启动，延误设备的工作。实际的企业生产当中，许多的大型设备都对电压的要求极其严格，过低的电压会造成企业设备无法正常运转，影响生产的效率以及产品的质量。就比如电弧炉，电压过低会使其消耗的有功功率减少，使金属在其中的冶炼时间增加，从而影响产量和质量;严重时可能引起低电压保护动作，造成停电。如今的照明设施在启动的时候都需要瞬间的高压来支持，而低电压则会直接导致照明设施无法启动，影响正常的秩序。如今人们使用的许多电子设备也对电压有一定的要求，低电压可能会导致部分设备无法正常运作，影响通信、广播、电脑电视等运作。电力网络在运行的过程当中，要求电压要在其可承受的范围内，过高或过低的电压都会导致电网产生额外的负荷，影响电网的稳定运行。
3.电压的调整规则
目前电网大量普遍地使用并联电容器组无功补偿装置，该装置在降压变电站中起着补偿无功负荷减少上一级无功功率流动、提高系统功率因数、降低线路损耗、提高设备的利用率以及电能质量的作用。
在整个电网系统当中，电压与系统无功存在着很大的联系，当电网当中一个节点的电压发生改变的时候，系统当中属于此部分的无功潮流也必定会跟着产生变化。而反过来，当电网当中每个部分的无功潮流发生变化，势必其电压也会产生相应的改变。因此，在进行电压的调整的时候，就要以无功的分布来进行结合分析，寻找最有的调压方案。对于无人值班变电站来讲，为了使电压与无功达到需要的值，通常采用调节主变有载调压分接头档位和投切电容器组来改变电压和无功。电网系统当中，主变分接头以及电容器组的投切都对电压和无功有一定的影响。实际操作当中，主变分接头主要是用于调节电压的，而电容器组的投切则对电压以及无功都有调节的作用。无人值班变电站的管理当中电容器组应就地补偿无功负荷，不向系统倒送，以维持母线电压不过高或过低;系统电压降低时，首先应以投电容器组为主，如果电压还没达到要求，再调有载调压变压器的分接头;当系统电压过高时，应先调有载调压变压器的分接头，如果满足不了要求，再退出电容器组。
4.电压调整注意事项
首先是变压器调节分接开关应注意的事项：（1）电力系统在无功不足的情况下，不适合利用调节分接开关的方式来提高电压。因为这种方式在升高电压的同时，造成了大量的功率损失，最终不光达不到提高电压的效果，还会极大的影响正常的电力输送。（2）在进行调压的时候，应该由上到下、有主到次进行调节，还要实时的监控分接开关的电压、电流情况，防止操作上的错误和负载过大。（3）在变压器超负荷工作的时候，为了防止变压器过热烧坏，要及时的调节分接头。（4）两台有载调压变压器并联运行时，允许在85%变压器额定负荷电流及以下的情况下进行分接变换操作，不得在单台变压器上连续进行两个分接变换操作，必须一台变压器的分接变换完成后再进行另一台变压器的分接变换操作。
其次就是电容器组投切的注意事项：正常的情况下，电容器是否投入运行是依靠系统无功负荷分布或功率因数及电压来进行决定的，当母线电压超过电容器的额定电压的1.1倍时或电流达到额定电流的1.3倍时，应将电容器组退出运行。而当电容组的温度超过40℃的时候，就应当及时的将电容组退出，防止其受到破坏。电容器组不可带残留电荷合闸，电容器组开关拉开后再投入运行的时间间隔应大于5min，以使电容器组有充分的放电时间，防止因带电荷合闸造成事故;由于电容器组的开关断开后马上合闸，电容器组来不及放电，在电容器组中就有可能残留着与合闸电压极性相反的电荷，这将使合闸瞬间产生很大的冲击电流，从而造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸。投切电容器组要得到所属调度值班员的同意。
5.合理安排工作
无人值班变电站的工作不是只依靠系统来进行，仍需部分的远程操作人员和维护人员。所以要对相关的工作时间、工作范围进行合理的安排。位于监控中心的班员，要严格按照调度每季编制下发的高峰、低谷、平峰电压曲线进行调压，做好电压及无功管理工作。同时，要将监控的每一个部分详细划分到每个人，一旦发生异常可以及时的调配维护人员进行检修。对于用电高峰和低峰时间段，也要合理的安排人员进行监控，使人员的劳动力得到合理分配。
6.结语
电力网络的运作，关系到一个地区和一个国家的整体发展水平，更加影响着本地区的稳定。为了建立一个和谐、舒适的生活环境，就要加强电网每个细节的管理，在运用先进技术的情况下最大限度的降低事故的发生率。
参考文献
[1]许进华，吴玉红.无人值班变电站电压及无功管理问题研究[J].科技情报开发与经济.2010（22）：20.
[2]张旭升.无人值班变电站管理与实践研究[D].大连理工大学，2013.
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[4]张鑫.无人值班变电站电气设备智能监控系统[D].长沙理工大学，2012
直流换流站无功控制问题综述 篇7
关键词：无功平衡,交流滤波器,滤波器设计,无功控制策略
0 引言
特高压直流系统具有远距离、大容量输电的优势,对我国能源分配及电力发展具有重大意义。为保障交、直流系统稳定可靠运行,特高压换流站无功控制起着至关重要的作用,滤波器设计也是换流站系统设计的基础之一。[1]
由于不同的运行方式,换流器在运行中所消耗的无功功率不同,因此控保系统在整个运行过程中都需进行相应的调节。无功控制就是在各种直流运行工况下,通过对交流滤波器(含并联电容器)的优化组合和投退,使交、直流系统的无功交换量满足规范要求,并将换流器流进交流系统谐波的抑制满足要求。[2,3]
本文旨在分析换流站无功设备的设计选择、无功控制功能及交流滤波器的投退策略等问题。
1 换流站无功平衡
换流站内换流器(换流阀+换流变)是无功消耗的主要设备。其中换流阀在整流及逆变过程中,都需要消耗无功,以达到交、直流转换的目的;换流变无功损耗分空载损耗和负荷损耗两部分,也都需要消耗一定的无功。根据公式:
根据目前工程实际,换流站额定运行时功率因数一般达到0.85~0.9。由此,换流器运行时消耗无功约占输送功率的30%~60%。所以,从无功角度看,换流器可等效为随直流输送功率而变化的无功负荷,且其消耗无功随直流功率的上升显著增加。
基于无功功率“就地平衡、不远距离传输”原则,换流器消耗的无功需站内交流设备给予平衡,以保证交流系统电压的稳定。交流系统除本身的容纳能力外(其提供容性无功约占10%),配置的交流滤波器是容性无功的主要发生者。[4,5]
因此,交流滤波器的合理布置及准确投切是直流输电系统乃至整个电力系统正常运行的重要条件。
2 换流站滤波要求
换流器在运行中主要产生11、13、23、25(12k±1)等次特征谐波(k为正整数),以及各次非特征谐波,这些谐波绝大部分都注入交流系统,影响交流系统的电能质量。因此,通过交流滤波器滤除各次谐波是极为重要的。
由于完全滤除换流器产生的各次谐波较为困难,故工程上采用将系统谐波控制在可接受的范围内为原则。
目前,我国直流工程普遍采用总谐波电压畸变率Deff不大于1.75%、电话谐波波形系数THFF不大于1%、单次谐波电流含有率Dn不大于1.25%等谐波指标作为滤波设计指标。[6]
3 交流滤波器选择
3.1 型式选择
交流滤波器有双调谐、三调谐及单调谐三种类型。双调谐滤波器对两种谐波都具有较好的吸收效果,且便于备用和维护,其主要缺点是对失谐较为敏感。三调谐滤波器投资及损耗较低,但易失谐且调谐困难。单调谐滤波器结构简单、单次谐波吸收效果好,但滤波单一,需配置组数多,进而投资大。
因此,目前直流输电工程普遍采用双调谐滤波器。由于12脉动换流器产生特征谐波主要为12、13、23、25次,故换流站多采用HP11/13、HP12/24或HP24/36等类型滤波器,同时配以SC电容器组进行高次滤波。
此外,3次谐波属于换流器产生的非特征谐波。工程上,3次谐波滤波器是否装设取决于交流母线处短路容量与滤波器总容量之比Sk/Qc,当比值小于12时,认为滤波器与交流电网产生3次谐波谐振可能性较大,需考虑装设HP3;反之则可不装设。[7]
3.2 容量及组数选择
滤波器配置总容量应满足直流输电各种工况下系统对无功的需求,并满足设备故障情况下的冗余度及交流系统电压波动对容量的影响等多种因素。
根据研究,交流滤波器总容量由下式确定:
式中,Qc为滤波器总容量,Qex为换流站与交流系统允许交换的无功总容量,Qdc为换流器消耗的无功总容量,Up.u.为运行时交流母线电压标幺值,Nb为备用滤波器冗余组数,Q为滤波器单组容量。
交流滤波器单组容量越大,则组数越少,经济性越好,但投切单组滤波器引起的交流母线电压差及无功变化量就越大,有时不满足控制要求。工程上,交流滤波器单组容量由下式确定:
式中,U为交流母线电压偏差允许值,一般小于2%,Sk为交流母线处短路容量。
由于各型号交流滤波器无功补偿量基本一致,故其总组数Ns由可由下式确定:
同时,无功大组的选择应根据交流系统强弱及交流断路器遮断容量确定,一般保证其被切除时,交流母线电压变化率不超过5~6%。[8]
3.3 最后确定
经过上述计算后,一般可得出几种配置方案,然后经过测试计算满足以下几个要求。
1)将主要谐波控制在可接受范围内。
2)允许故障情况下设备的冗余。
3)直流轻载无功投切需求。
4)满足滤波器失谐要求。
最后,根据经济寿命周期及设备制造规范等因素,优化选择出滤波器类型、单组容量及组数参数。[9]
4 换流站无功控制策略
换流站无功控制主要是通过对滤波器的精准投切来实现的。其功能由多个子功能组成,每个子功能按设定的优先级和判据条件实现其应有功能,按照优先级一般包括:[10,11]
优先级1(最高):绝对最小滤波器控制(Abs Min Filter);
优先级2:最高/最低电压限制(U-max/min);
优先级3:最大无功交换限制(Q-max);
优先级4:最小滤波器组控制(Min Filter);
优先级5(最低):无功判据/交流电压判据控制(Q-control/U-control)。
以及过电压快切控制(Over Voltage Control)、QPC控制等,如图1所示。
4.1 OverVoltageControl功能
Over Voltage Control功能通过快速切除滤波器来保护交流设备免于过电压危害。是新建工程中电压无功控制要求更精准的方式。根据过电压幅值,采取不同延时的快切方法,如图2所示。该功能主要配合故障情况时的无功控制。
4.2 AbsMinFilter功能
Abs Min Filter功能优先级最高,主要防止滤波器受到过应力损坏。在换流器解锁前,Abs Min Filter功能即按照预先确定的滤波器组(即绝对最小滤波器投切表)投入相应滤波器。并在系统运行中,对绝对最小滤波器条件进行持续监视,闭锁其他子功能导致不满足Abs Min Filter条件的切除命令执行。若经过一段延时,Abs Min Filter条件仍不满足,则执行功率回降或闭锁命令,如图3所示。
进行RUNBACK时,将当前功率水平和预设的多级功率水平比较,确定功率回降等级后,程序将该功率定值送至极功率控制执行。
4.3 U-max/min功能
U-max/min功能是保障换流站交流系统电压不超过其最大和最小限制值,维持交流电压在过电压保护动作水平以下,如图4所示。同时也是其它低优先级子功能的电压限制条件,决定它们对滤波器的投切是否执行。
4.4 Q-max功能
Q-max功能以交流系统提供总无功与换流器消耗无功之差为判据,当超过设定值时则切除滤波器,主要用于防止直流功率速降时过电压动作事件的发生,如图5所示。同时决定低优先级的无功投入命令是否执行。在暂态过程中闭锁该功能。
4.5 MinFilter功能
Min Filter功能以系统是否满足换流站的滤波特性为判据,以Min Filter表为依据,对最小滤波器组投切进行控制,如图6所示。同时对Q-control/U-control功能造成不满足最小滤波器组条件时,限制其滤波器切除操作。并具有防止功率变动导致滤波器频繁投切的迟滞作用。
4.6 Q-control/U-control功能
Q-control/U-control功能是通过、的参考值的设置,投退滤波器来控制换流器与交流系统的无功交换量、稳态运行时的交流母线电压,以使直流系统处于较好的运行状态,如图7所示。正常运行时,Q-control和U-control控制选择一种。
同时,为避免在临界区无功设备频繁投切,程序设置死区,死区值大于最大滤波器分组投切引起的电压波动的50%。
4.7 其他功能
为了获得更好的无功控制效果,同时减轻滤波器投切对电力系统的扰动,无功控制还包含一些辅助的控制功能,如QPC和Gamma kike功能等。这些功能在控保系统中通过迅速增加触发角的方式来快速提高换流器无功的消耗水平,从而在极短期内配合换流站无功平衡问题,也可消除功率突变时滤波器频繁投退缺陷。
同时,换流站还采用换流变分接头控制TCC,其目标是控制触发角、熄弧角和直流电压在给定的参考值范围内。TCC每次调节换流变的1个分接头,步进约1.25%,调节时间为5-10s,动作响应较慢。换流变之间具备分接头同步调节功能,一般档差不超过3。
此外,为适应多种运行方式,整流站还可配置多组低抗设备进行辅助无功调节。[12,13]
5 滤波器投切问题
5.1 投切均衡性
保障同种类型的滤波器投运时间一致,程序设置循环选择,先投先退。
5.2 投入顺序
不同类型的滤波器优先级顺序为HP11/13、HP24/36、HP12/24、HP3、SC。高优先级的滤波器优先连接,当不可用时将投入低一级的滤波器,保证投入的滤波器具备优化的滤波能力。
5.3 状态标识
根据运行情况,将滤波器分置多种状态:已投入、已退出、允许投入、允许退出,作为控保系统投切判据。特别当出现滤波器保护跳闸、异常故障以及检修退出时,控保系统在需要投入滤波器时会跳过不可用的滤波器。
5.4 同类替换
当某一组滤波器由其他原因(如滤波器保护动作)退出系统后,需投入另一组同类型的滤波器替代失去的滤波器功能,减少系统滤波差异。
5.5 防振荡措施
为防止交流电网较弱时滤波器连续投切,程序中设置振荡检测逻辑。在预定时间内计算投切滤波器的次数,如连续投切超过了限定值(如3次),系统将自动模式改为手动模式,以阻止更多的滤波器频繁投切。[14,15]
6 结语
直流输电系统中,换流站无功平衡、谐波合规是系统正常运行的重要条件,通常通过交流滤波器(含电容器)设备进行控制处理。
直流电机无功补偿问题分析 篇8
某塑料管厂有2条生产线,主要由塑料管成型挤压主机、剪切机、加热器、塑料粒子虹吸机、输送机等组成,此外还有破碎机、水泵、行车等辅助设备。主机直流电机有2台,型号为Z4-280-11,单机额定功率为250kW,额定电压为440V;加热器、塑料粒子虹吸机、输送机总功率为8kW;剪切机、破碎机、水泵、行车额度功率分别为45、11、11、7kW。全厂一期工程总设备容量为590kW,供电变压器容量为800kVA。
2 塑料厂无功补偿措施
该厂采用GGD无功补偿柜,12路控制器、10组电容分2层安装,电容器连接导线为BV-6mm2。电容器型号为BSMJ,额定电压为450V,三角形接法。补偿柜总补偿容量为285kvar(按变压器容量的36%配置),电容器分成2组40kvar、5组30kvar、2组20kvar、1组15kvar。2条生产线正式投用后,补偿电容器全部投入,变压器低压侧功率因数仍只有0.63,未达到目标功率因数。
为达到目标功率因数0.96,先在无功补偿柜内增加4组30kvar电容器,随后在无功补偿柜旁增加2组30kvar电容器,但都未达到目标功率因数,最后增加1个内装6组30kvar电容器的GGD无功补偿柜后,达到了目标功率因数。但是,运行1个月后,连接导线严重发热。将电容器连接导线更换为BV-10mm2后,连接导线温度降低,但是运行1年中,更换了7个已鼓胀电容器。
3 三相全控桥式整流电路的功率因数
该厂功率因数偏低与2台250kW直流电机有关,即与三相全控桥式整流电路的功率因数有关。直流电机通过调压来实现调速,调速装置是一种带负反馈的调压装置。大中型直流电机的调压装置是三相全控桥式整流电路,通过改变晶闸管的触发角来改变整流器输出电压,通过电流电压转速三环负反馈来稳定设定的输出电压。有2套三相全控桥式整流电路的调速装置可改变输出电压极性,实现直流电机正反转。该厂直流电机只有一个转向,故只需1套三相全控整流电路的调速装置。
三相全控桥式整流电路可看成是三相半波共阴极组和共阳极组串联后输出。三相全控桥式整流电路整流输出电压与晶闸管触发角的关系(电感性负载)为:
式中,Ud为整流器输出电压;U2为三相全控桥式整流电路输入相电压。
直流电机所带机械负荷是恒转矩负荷,带动机械负荷消耗的有功功率Pd为:
式中,Id为直流电机工作电流。
该厂调速装置中三相全控桥式整流电路所带负荷为直流电机,属感性负载。该厂整流器输出电压Ud与晶闸管触发角α的关系式为:
输入到三相全控桥式整流电路的视在功率S为:
式中,I2为输入到三相全控桥式整流电路的交流电流。
在三相全控桥式整流电路中,共阴极组晶闸管与共阳极组晶闸管共用供电变压器次级绕组。共阴极组在正半周导通,共阳极组在负半周导通,在电感负载下各导电120°。接在同一相上的2个晶闸管的电流大小相等、方向相反。三相全控桥式整流电路交流侧输入电流I2与直流电机工作电流Id的关系为:
把式(4)代入式(3)得:
把式(2)代入式(1)得:
忽略三相全控桥式整流器损耗,整流器交流输入侧功率因数cosφ为:
由式(7)可知,三相全控桥式整流电路交流输入侧的功率因数与晶闸管的触发角有关,晶闸管的触发角越小则功率因数越高,晶闸管的触发角越大则功率因数越低。三相全控整流桥晶闸管触发角α的触发范围为0≤α≤2π。三相全控桥式整流电路电压比及功率因数与触发角的关系见表1。
他激式直流电机机械特性为:
式中,n为电机转速,r/min;U为电机电枢电压,V;Ra为电枢电阻,Ω;Ia为电枢电流,A。
直流电机的电磁转矩M为:
式中,CM为电机转矩常数。
综上分析可知,三相全控桥式整流电路晶闸管触发角越小,输出直流电压就越高;机械负荷是恒转矩负荷,电机负荷稳定后,电机的电流是恒定的;直流电压越高,电机的转速越高,整流器交流输入侧功率因数也越高,反之越低。
4 主机直流电机调速装置功率因数计算
该厂变电所低压母线线电压为405V,相电压为234V;直流电机整流器交流侧输入电流为350A,2台直流电机总电流为700A;剪切机、破碎机、水泵、塑料粒子虹吸机等交流电机负荷电流为139A,平均功率因数cosφ1=0.80(移相角φ1=37°),消耗的无功功率Q1=59kvar。
该厂主机直流电机工作电压为其额定电压的35%。根据直流电机机械特性曲线方程推断,该厂主机工作转速在额定转速35%以下。因2台直流电机工作在低速状态下,故功率因数较低,为cos74°=0.28。
5 变压器二次侧谐波电流
直流电机的励磁绕组和电枢绕组是大电感线圈,导致三相全控桥式整流电路交流输入侧的交流电流己不是正弦波电流而是周期方波电流。该方波电流用傅里叶级数展开为:
式中,ia为整流器交流侧输入电流瞬时值;Ia为方波电流幅值。
由式(10)可知,变压器二次侧电流含5、7、11、13、17、19次谐波,其中5次和7次谐波占基波电流的34%。在工频情况下,无功补偿电容器的容抗比系统感抗大得多,不会产生谐振。然而谐波电流的存在引起电容器介质损耗增大,温度升高加速电容器绝缘老化,使电容器鼓胀。该厂电容器鼓胀和导线发热由直流调速装置产生的大量5次、7次及以上次谐波电流引起。对于直流电机的无功补偿,采取无源滤波加补偿或有源滤波加补偿是较好的选择,但是该厂采取了装空调降温、换粗导线、更换鼓胀电容器的措施。
6 直流调速与交流变频调速的选择
小型工厂无功补偿均在变压器低压侧进行。如果大功率设备采用直流电机驱动,而直流电机工作在低速状态下,那么交流侧的功率因数会非常低。此时不宜进行无功补偿,必须考虑低功率因数和谐波电流两个因素,以免补偿容量过大,烧毁变压器。
电机调速有直流电机调压调速和交流电机变频调速两种。直流电机调压调速具有过载力强、调速精度高、响应快、调速范围大、可频繁正反转等优势,但投资高、维护难度大。交流电机变频调速不适于经常过载、频繁正反转、大负荷超低速运行,但是投资低、故障小。目前,国内低压变频器都是交-直-交变频器,其主要由三相桥式整流、电容器滤波储能、IGBT三相桥式逆变功能电路组成。变频器三相桥式整流电路功率因数相当于三相全控桥式整流晶闸管触发角为0°时的功率因数,为0.955左右,因此交流电机变频调速的功率因数要比直流电机调速的高得多。直流调速广泛应用在钢铁厂轧钢机,这些大厂基本上都采用高压集中无功补偿,直流电机与交流电机混合在一起,无法显示直流电机交流输入侧低功率因数。而小厂采用低压无功补偿,选择直流电机调速,会出现功率因数偏低现象。
7 结束语
直流调速装置交流输入侧的功率因数与三相全控角触发角相关。直流电机工作转速越高则功率因数越高,工作转速越低则功率因数越低。对直流电机进行无功补偿,首先需考虑直流电机真正的工作转速,然后估算调速装置交流侧功率因数,计算出补偿量,以避免低估补偿量;另外需考滤谐波电流影响,尽量选择有源滤波或无源滤波进行无功补偿。如果直流电机工作在低速状态,功率因数严重偏低,那么就需调整电机功率,增大减速比,使电机工作转速提高,从而提高功率因数。当然,在选择调速装置时,应尽量选交流电机变频调速。
参考文献
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配网无功补偿方式及问题的探讨 篇9
1 概述无功补偿
1.1 无功补偿原理
线路中所有电感负载均需要补偿大量的无功功率, 提供这些无功功率途径有两条:一是输电系统提供;二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供, 则设计输电系统时, 既要考虑有功功率, 也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率, 将造成输电线路及变压器损耗的增加, 降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率, 就可以避免由输电系统传输无功功率, 从而降低无功损耗, 提高功率因数。在电网的运行中, 功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度, 我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小, 视在功率将大部分用来供给有功功率, 从而提高电能输送的功率。
在高压侧或低压侧均可进行补偿。但如果在低压侧进行补偿, 既可减少变压器、输电线路等的损耗, 又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压, 所以补偿电容器的安装越靠近负载端, 对用户而言越可获取较大的经济效益。
图1的用电负荷总电流I可以分解为有功电流分量IP无功电流分量IQ, 并联电容投入时, 流入电容的容性电流IC、IQ方向相反, 故可以抵消一部分的IQ。
Ic与IQ方向相反;
由图1可见, 装了补偿电容器后, 降低了电网的总电流, 改善了负荷侧的功率因数。
1.2 无功补偿主要作用
(1) 提高电网及负载的功率因数, 设备设计容量将降低, 投资也从而减少。
(2) 稳定电网电压, 提高电网质量。特别在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的输电能力及稳定性。
(3) 减少负荷电流, 降低线路电能损耗:
(4) 无功补偿挖掘发供电设备潜力。在设备容量不变的条件下, 提高功率因数可以少送无功功率, 就可以多送有功功率。
(5) 在三相负载不平衡的场合, 可对三相视在功率起到平衡作用。
(6) 无功补偿可以减少用户电费支出, 避免因功率因数低于规定值而受罚, 同时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。
2 偏远地区供电所无功损耗分布
(1) 35k V送电线路:Q1=Ip2X0·∑L·T·1 0-3
式中:IP为供电区域线路平均负荷电流A
X0为每公里线路感抗值Ω取0.4Ω/km
L为供电线路长度km T—年运行小时小时
(2) 主变压器:Q2= (I0%+β2·Vd%) Se/100
式中I0%为主变空载电流百分数
Vd%为主变实际电压百分数
β为主变平均负载系数
Se为主变额定容量 (千伏安)
(3) 10k V配电线路:Q3=Ip2·X0·∑L·T·1 0-3
式中:IP为10k V配电线路平均负荷电流A
X0为10k V配电线路感抗值Ω取0.4Ω/k m
L为10k V配电线路长度km T为10k V配电线路年运行小时小时
(4) 配电变压器:Q4= (I0%+β2·Vd%) ∑Se/100
式中I0%为配电变压器空载电流百分数
Vd%为配电变压器实际电压百分数
β为配电变压器平均负载系数
Se为配电变压器额定容量 (千伏安)
(5) 用户无功负荷。
现以东方供电公司35k V城感线 (1~7) 月份为例计算无功电量 (不记入用户无功) 分布情况如表1。
以表1中所列不难看出, 10k V配电变压器损耗约占供电总损耗的85%, 而实际配变损耗中空载损耗占总损耗95%以上, 因此补偿空载的重点应在10k V配电变压器中的空载损耗。
3 补偿原则和方式的选择
3.1 无功补偿方式及原则
根据《南方电网公司农村电网电压质量和无功电力管理办法》的有关规定, 农村电网无功补偿的原则为:全面规划, 合理布局, 分散补偿, 就地平衡。农村电网无功补偿的方式为:集中补偿与分散补偿结合, 以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合, 以低压补偿为主;调压与降损相结合, 以降损为主;静态补偿与动态补偿相结合, 以动态补偿为主。由于农村偏远地区供电所均为简单辐射电力网, 电网结构和负荷分布已相对确定, 全地区的总无功补偿容量也相对确定, 只要遵循上述原则去进行补偿, 即可得到最佳和满意的效果。必须注意补偿的无功要大于区域内无功损耗, 一般按1.3~1.5倍配置。
3.2 变电站二次母线并联补偿
在变电站二次侧母线侧并联补偿, 补偿容量可按主变本身的固定和变动无功损耗以及所带线路的无功损耗来选择, 按此原则计算一般主变容量为2500千伏安以下的按主变压器容量2.5%~3.5%选择, 主变容量为2500-5000k VA按主变压器容量2%~2.5%选择, 连同所带线路总计为主变容量5~10%选择, 配合变电站自动调压装置, 可使设备保持在额定电压下运行。
3.3 10k V线路柱上补偿方式
这种补偿方式适用于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路。在每线10k V配电线路上安装1~2处高压无功自动补偿装置, 补偿容量按线路配变总容量的10%掌握。10k V板桥线公用配变容量为6510k VA, 需补偿无功容量约为600KVvar。经计算, 安装一处时, 宜将无功自动补偿装置安装在距线路首端的2/3线路长度处;安装两处时, 第一处安装在距线路首端的2/5线路长度处, 另一处安装在距线路首端的4/5线路长度处, 各处容量为线路总补偿容量的一半。
3.4 10k V配电变压器一次母线侧补偿
经计算, 10k V配电变压器无功损耗占总损耗的85%, 而其中空载损耗占配电变压器无功损耗的95%, 因而, 补偿的重点应放在10k V配电变压器一次侧母线实行并联补偿, 电容器可随配电变压器的停用而退出。补偿容量主要补偿配电变压器的空载损耗, 一般按配电变压器容量的4%~10%进行补偿。由于电容器安装在配电变压器一次母线侧, 不受诸多外力破坏等影响, 便于维护管理, 还可减少一定的投资, 比较适应于偏远地区的农网现状。
3.5 100k VA以上用户配变二次集中补偿
对100k VA以上用户, 要在配变二次侧进行集中补偿, 并要加装自动投切装置, 在一次侧母线加装并联无功补偿电容器, 其容量可按Io%Se的值选取。
3.6 低压电动机就地补偿
农用电动机多为米面加工、砖厂等季节性用电, 开机时间通常为2~4个月, 因此, 电动机应采用随机就地无功补偿, 补偿容量可按Ue Io%计算。单机就地补偿是平衡用户无功负荷最有效的方法。
4 配网无功补偿问题分析
随着配网无功补偿技术的发展和普及, 从静态补偿到动态补偿, 从有触点补偿到无触点补偿, 无功补偿在实际配网中的应用也出现一些问题。
4.1 谐波问题
电容器与其他设备相比有比较大的区别, 就是其具有不同于其他电气设备的容性阻抗特性, 以及阻抗和频率成反比的特性。容性阻抗特性, 使其能和电网中大部分感性阻抗的电气设备配合而构成谐波谐振或接近谐波谐振的条件。在系统谐振条件下, 阻抗和频率成反比的特性, 可显著的改变系统的阻抗, 起到吸收高次谐波电流而引起电流过载, 增加电容器的负担, 并且带来的发热和电压升高, 也意味着电容器使用寿命的缩短。
因此在投入电容器组时, 必须考虑系统谐振问题。只要把不带电抗器的电容器组连接母线, 就会出现一特定的并联或串连谐振频率。如果这一谐振频率与某种谐振波频率重合, 谐振电流和谐振电压就会被明显放大。如母线上接有非线性的负载, 而又需要在母线上接入电容器组时, 一定要避免在系统中产生并联或串连谐振。
4.2 无功倒送问题
无功倒送是电力系统不允许出现的现象, 由于它会造成主网系统调压困难, 变压器的损耗和增加线路, 加重线路的负担。在无功补偿装置中都有防止无功倒送的措施, 但是实际情况并不乐观。
(1) 过去的接触器控制的补偿柜, 补偿量三相可调, 但是产品中只取一相作为采样及无功补偿分析, 在三相不平衡的时候, 就会发生无功返送。
(2) 采用固定补偿方式则在负荷低谷时造成无功返送。
(3) 无功补偿自动装置投入后, 长期运行, 不调试, 装置失灵, 发生无功返送。
4.3 投切开关的选型问题
采用交流接触器投切电容器的冲击电流大, 影响电容器和接触器的使用寿命;用晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题, 但明显缺点是装置存晶闸管功率损耗, 需要安装风扇和散热器来通风与散热, 而散热器会增大装置的体积, 风扇则影响装置的可靠性, 且能耗大。智能低压复合开关是继交流接触器、晶闸管控制器后第三代低压无功补偿电容器的投切器件, 其工作原理是将可控硅开关与磁保持继电器并接, 实现电压过零导通和电流过零切断, 使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅开关的优点, 而在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。无涌流、触点不烧结、能耗小。现场运行及试验表明, 智能低压复合开关体积小、可靠性高, 能满足户外环境、长期工作需要, 应推荐使用。
4.4 补偿量的优化
配电变压器补偿量过大不但不经济, 而且在变压器空载运行时, 负荷较轻时还会造成过补偿, 使得功率因数超前, 导致无功返送。
防止配变过补偿, 补偿容量不能超过配变的无功功率。
变压器总的无功功率:
Qbo为变压器空载无功功率;
Qbh为变压器满载无功功率;
Io为变压器空载电流百分数;
Ud%为变压器短路载电压百分数;
S为变压器实际负荷;
Se为变压器额定容量。
为应用方便, 把变压器负载时总的无功功率与额定容量之比的百分数称作△Qb, 则满负载时:△Qb%=Qb/Sex100%=Io%+Ud%
对于10k V, 空载电流Io%为0.9%~2.8%, Ua%为4%~4.5%, 故配电变压器总的无功功率约占其额定容量的7.3%左右。因此, 配电变压器低压侧集中补偿的容量应该按照配电变压器额定容量的8%配置。
5 实施中应注意的问题和建议
5.1 运行及产品可靠性
对网内设备的联网、监控是以后配网自动化发展的需要。但是, 设备的联网、监控等功能在实际应用中维护量较大, 并且对环境等其他要求也比较严格。低压补偿系统越复杂、功能越多, 维护工作量就越大。因此在产品选配时应慎重考虑。低压补偿装置的可靠性与电容器投切开关、电容器质量、运行工作条件有关, 因此装置中投切开关选型和电容器额定电压选择是关键, 必须高度重视。
5.2 无功倒送和三相不平衡
无功倒送会增加线路和变压器的损耗, 加重线路供电负担。为防止三相不平衡系统的无功倒送, 应要求控制器检测、计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大, 容易出现无功倒送。一般动态补偿能有效避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负荷, 比如机关、学校等单相负荷多的用户, 应考虑采用分相无功补偿装置。并不是所有厂家的控制器都具有分相控制功能, 这是工程中必须考虑的问题。
5.3 电容器保护和谐波影响
谐波影响会使电容器过早损坏或造成控制失灵, 谐波放大会使干扰更加严重。工程中应掌握用户负荷性质, 必要时应对补偿系统的谐波进行测试, 存在谐波但不超标可选抗谐波无功补偿装置, 而谐波超标则应治理谐波。电容器耐压标准为1.1UN, 补偿控制器过压保护一般取1.2UN, 超过必须跳闸。对于谐波问题可采取加装滤波装置的办法解决, 又可分为有源滤波, 无源滤波, 混合滤波 (其实就是有源加无源) 。
6 结语
通过本文对配网进行无功补偿方案及问题分析, 在农村电网中进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡, 是一项建设性的降损技术措施, 但我们要根据对现有负荷分布情况进行一定的理论计算, 把主变、线路、配变和异步电动机都作为一个负荷来补, 来确定无功补偿设备的合理配置和分布, 寻找技术上和经济上的最优方案, 把电能损失降至最低, 将供配电网络建设的更加可靠、经济、有效。
参考文献
无功问题论文 篇10
关键词：电网,无功补偿技术,问题
1 电网动态无功补偿技术的作用
近年来,随着我国到大功率非线性负荷的不断的增加,电网的谐波污染以及无功冲击的不断上升,无功调节手段的缺乏造成母线电压随着运行方式的变化,导致电网系统中稳定性受到严重的影响,电网动态稳定性与无功功率的有效性有很大的关系。电网动态无功补偿技术是一项提高电压稳定性的有效并且经济的措施,也是保证电网安全性稳定性以及战略防御的客观需求[1]。在电网系统中采用这种技术不仅能够提高输电能力以及保证电压的稳定性,而且对提高配电网电能的质量的综合指标,改善系统的静态以及动态的品质具有重要的作用。电网动态无功补偿技术在输电系统中作用主要有以下几点:(1)电网动态无功补偿技术能够提高电力系统的功率因数,减少无功潮流降低网络损坏,从而能够节约电能资源;(2)调节系统的电压,改善电能的质量;(3)动态无功补偿技术对提高配电系统的暂态稳定性和静态稳定性,限制操作过电压具有重要的作用和价值;(4)能够抑制次同步振荡和加强对低频振荡的阻尼;(5)减少电流和电压的不平衡。减少线路的损失等作用。
2 电网动态无功补偿技术发展状况
电网动态无功补偿技术从带旋转的机械方式到目前的电力电子元件的应用,其发展历程可以分为以下几个阶段:(1)同步调相机,这个阶段的无功补偿技术呈现的特点主要是噪声大、响应速度慢、、技术陈旧、能量损耗大等特点;(2)开关投切电容器,这个阶段的动态无功补偿技术补偿方式响应速度慢并且连续可控制性相对比较差;(3)晶闸管投切电容器和晶闸管控制电容器装置,在这个阶段中装置主要采用晶闸管串联控制技术,不仅损耗下、速度快、而且控制灵活、是一种实用性强,并且相对成熟的技术;(4)静止无功发生器,这个阶段主要采用可关断器件串联技术,这种技术速度快、占地面积小、控制灵活方便,这种技术是目前比较先进的一种技术。现在在世界范围内采用的无功补偿装置主要是晶闸管无功补偿设备,这种装置主要有三种类型:一种是晶闸管控制电抗器(Thyristor Control Reactor,TCR);一种是具有饱和电抗器的无功补偿装置(Saturated Reactor,S R);另一种是晶闸管投切电容器装置(Thyri stor switch Capacitor,TSC)。
其中TCR型动态补偿装置主要有一下特点:(1)可以根据电网负荷的情况进行分相调节,并且能够实现从0到1最大功率的连续调节[2];(2)电路相对比较简单,操作以及维护方便,但是相对存在一些缺点,比如在运行的过程中会产生一些谐波,占地面积大设备投资大等缺点。
TSC型动态补偿方式主要有以下特点:(1)设备投资小,如果与TCR相比能够节省25%;(2)结构紧凑,在设计的过程中能够设计为柜体的形式,并且占地面积小;(3)运行能耗小,电容器自身是没有过度过程投切,不会产生谐波的现象,设计合理的谐波还能够吸收谐波。
随着电力电子技术的发展,随着科学技术的研究和发展,静止型无功补偿装置的出现能够进一步实现动态无功补偿的目的。静止型无功补偿装置主要采用换向变流电路的静止无功发生器技术(Static Var Generator,SVG)。与传统的TCR装置相比,SVG技术的运行范围更加广泛、调节速度更快,并且在多重化、PWM技术以及多电平等措施中不仅能够极大地减少补偿电流中谐波的含量,而且还能够极大的缩小装置的投资成本以及体积,但是其价格却比普通的晶闸管高很多,并且这种技术应用于小型的储能元件水平进一步提高。
3 电网动态无功补偿技术的应用
由于国外的SVC技术价格高并且维系以及售后服务不及时,备用件的价格昂贵等存在很多的不利的因素。针对这种状况我国在20世纪80年代开始着重研究SVC技术,在2001年我国推出一项TCR型的SVC技术,这种技术主要采用综合自动化、光电触发以及封闭式纯水冷却和全数字化控制等先进的技术,在电网以及变电站的无功电压控制中以及工业用户中得到成功应用。这种技术的应用不仅有效改善电网电能的质量,保证电网运行的安全性以及稳定性,而且对节能降耗和可靠生产具有重要的作用和价值。
随着电网动态无功补偿技术研究和发展,在2004年TCR型SVC工程投入运行,不仅实现SVC国产化,而且SVC容量调节范围能够达到-53~100Mvar,可以直接应用于35KV的电压等级系统中。从而实现我国输电领域中大容量、高技术水平和高电压的SVC装置在电网中应用。TCR型SVC关键技术主要包括:SVC联网技术,综合自动化技术、电网集成技术以及多位处理器协调控制技术、晶闸管阀电气和结构工艺设计技术,半导体器件的冷却技术等主要技术。TCR型SVC技术在电网中应用具有以下特点:(1)控制系统主要采用DSP的全数字化控制器,动态响应的速度快,时间段,并且编程功能强、控制精度高等优点;(2)控制灵活方便能够实现分相控制、三相控制以及三相平衡化等控制方式[3];(3)具有远方操作,多功能自动化接口以及自动化系统接口功能,而且能够实现无人值班;(4)晶闸管阀体主要采用卧式的晶闸管阀组,运行安全可靠、并且设备紧凑,维护工作量少等特点。
4 结语
随着科学技术的发展电网动态无功技术的研究和发展,在电网系统中采用S V C技术不仅能够给解决电压崩溃和电压稳定的问题,而且对保证电网的安全性、稳定性具有重要的意义和价值。电网动态无功补偿技术不仅能够改善供电系统的安全性和稳定性,而且对抑制过电压以及电压的跌落具有重要的作用和价值。对电提高用电效率和输电能力具有重要的作用和价值。
参考文献
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无功问题论文 篇11
摘要：利用无功功率发生器（SVG）对电网中的无功功率进行补偿，就需要实时动态的检测出电网中的无功电流。在充分比较p-q检测法和ip-iq无功电流检测法后，运用MATLAB7.1仿真软件搭建SVG的仿真模型。仿真结果表明：ip-iq检测法能够更快速的检测出电网中的无功分量。
关键词：SVG 瞬时无功功率 p-q检测法 ip-iq检测法
1 瞬时无功功率理论
新型静止无功功率发生器（SVG）基于其补偿的实时性与准确性的强大优势，在同类功能产品中显示出无可比拟的强大优势。为了对电网中的无功功率进行动态补偿，首先就需要实时的检测出电网中的瞬时无功功率。检测无功功率的方式有很多，目前比较普遍的方法是采用快速傅里叶变换法。但是此种检测方法具有一定的滞后性，一定程度上不能满足SVG对补偿准确性的要求。新兴发展的瞬时无功功率理论，在瞬时值的基础上定义有功功率及无功功率，有效地避免了检测滞后性的影响。日后必将成为无功电流检测领域的首选检测方式。采用瞬时无功功率算法检测电网中的无功电流，在瞬时值的基础上计算p，q或ip，iq并最终计算出电网中的无功电流。由于后期学者对该理论的不断扩展，发展成为两种检测方法，分别称之为p-q检测法和ip-iq检测法。
2 p-q运算方式
■图1 检测法原理图
p-q运算法通过分离出基波的有功功率和基波的无功功率而实现。首先根据定义计算出p，q，经过低通滤波器（LFP）得p，q的直流分量■，■。于是，根据■，■即可推导出ia，ib，ic的基波分量iaf，ibf，icf。
i■i■i■=C■C■■■■=■C■C■■■（1）
将iaf，ibf，icf与ia，ib，ic相减，即可得出ia，ib，ic的无功检测电流iah，ibh，ich。
3 ip-iq运算方式
■
图2中
C=sinwt -coswt-coswt -sinwt（2）
ip-iq检测法是以基波电流为基础而发展起来的一种瞬时检测法。第一步通过锁相环（PLL）即可得到三相电压中某一项的相角，通过正余弦发生器得到此相角的正余弦信号，根据以上所知计算出ip、iq，再经滤波后得到其直流分量 ■、■，此处的■，■是由基波有功分量iaf，ibf，icf产生的，因此由■，■，就能够得到iaf，ibf，icf的值，从而计算出所需的无功电流即iah，ibh，ich。
4 仿真结果分析
利用MATLAB中的电力系统模块库（SimPowerSystems）建立SVG的系统仿真模型，分别用如上的两种检测方法检测电网中的无功电流并进行实时补偿。
■
由仿真结果可以明显看出，采用p-q检测法的补偿装置投入电网中0.18s以后，电网中电流仍然滞后于电压，补偿并未完成；采用ip-iq检测法的补偿装置投入电网中0.18s以后，电网中电流与电压保持相同的相位，补偿完成。
由此可见，采用ip-iq检测法检测电网中的无功电流，更能够满足无功补偿装置对补偿实时性的要求，使补偿更加快速准确。
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电力系统无功补偿相关问题探讨 篇12
1 无功补偿的基本原理
所谓的无功补偿技术便是指无功补偿电源, 主要目的是为了提供必要无功功率, 降低电网能耗、提升电力系统功率因数, 最终实现对整个电网电压质量的提升。而且, 无功功率决不是无用功率, 它的用处其实很大。如果没有无功功率, 则变压器的一次线圈便无法产生磁场, 进而导致二次线圈无法感应出电压。所以, 如果没有无功功率, 变压器便无法进行变压工作、电动机便无法转动。正常情况下, 用电设备不但要从电源取得有功功率, 同时还需要从电源取得无功功率, 如果电网中的无功功率供不应求, 用电设备就没有足够的无功功率糙立正常的电磁场, 这些用电设备就不能维持在额定情况下工作, 用电设备的端电压就要下降, 从而影响用电设备的正常运行。但是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, 所以我们需要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。
随着国民经济的快速发展, 国内的工业用电和生活用电不断增加, 需求的增加对供电系统提出了更高的要求, 无功补偿的运用, 可以有效的降低电力电网的有功损耗, 提高电力电网运行的科学性、经济性。无功补偿设备可以有效提高功率因数, 降低线路中的负荷电流, 进而使有功功率的损耗有所降低, 同时还可以减少电网中电压的损失, 提高电压的质量, 减少设备投资。
由于无功补偿可以减少无功功率在电网中的流动, 降低线路和变压器因为输送无功功率而造成电能损失, 安装无功补偿设备可以有效的降低电力网的损耗。而且无功补偿可以提高功率因数, 相对其他节能措施而言, 是一项收效快、投资少的降损节能措施, 它可以使电力系统少送无功功率, 多送有功功率, 而且可以在电力系统无功功率不足时, 迅速提供无功功率。
2 电力网络系统中常用的无功补偿方式分析
在电力网络系统中, 无功补偿方式有很多种, 下面就对电网中常用的无功补偿方式进行简单分析:
2.1 二次变电站集中补偿
这将电容器安装在变电站的二次母线上, 这种补偿不能减少每一条配电馈线中输送的无功功率, 对配电网络的降损作用不大, 但是在下级补偿不够完善的情况下, 它能保证总受电端功率因数达到标准。这种补偿方式补偿容量大, 管理容易, 维护方便, 但同时由于分组数比较少, 且多为手动方式, 人为因数影响大, 常常导致投切效果比较差。
2.2 线路分布补偿
这种补偿方式是在配电线路上安装电容器来实现无功补偿, 从而达到提高配电网功率因数、降低无功损耗、改善电压质量的目的。但是这类补偿所并联的电容器安装位置远离变电站, 这样在配置保护装置时比较困难, 而且成本高, 维护比较困难。
2.3 随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组经熔断器与电动机并接, 通过控制、保护装置与电机同时投切, 这类补偿可以随电动机启动和停止投入和切除补偿装置, 且根据电动机负载大小和满载的功率因数确定而不需要频繁的调整补偿容量, 安装和维护都方便, 投资和故障率都少, 但是在检修电机或者测试电机相间绝缘时容易损毁电机或者电容器, 且它总的电容器安装容量比其它补偿方式要大, 电容器利用率也低。
2.4 随器补偿
该补偿方式是将电容器接在变压器二次侧, 以补偿变压器空载时的无功消耗。在变压器控制时会产生空载励磁无功, 这部分占供电量增加会增加用户的电费, 同时也降低供用户使用的电能质量。通过无功补偿可以使空载励磁无功得到平衡, 提高变压器的利用率, 提高用户的电能质量, 降低网络损耗。这种补偿方式是目前补偿变压器的最有效的方式之一, 不过由于安装比较分散, 维护比较困难。
2.5 跟踪补偿
该补偿方式是利用无功补偿切换装置作为控制保护装置, 将低压电容器组固定一组安装在变压器的低压侧, 其他组作为备用, 根据实时跟踪到的电网功率因数的变化采用自动或者手动投切这些电容器组。该方式运行比较灵活, 补偿效果也比较好, 不过先期投入大, 保护装置比较复杂, 且只能进行有级调节。
3 电力系统无功补偿应该注意的几个问题
3.1 电力系统的无功补偿装置顺序控制要合乎科学
在电力系统的无功功率补偿基本方案确立下来之后, 无功补偿装置的的投切便要开始进行。在实际的操作过程中, 不止有一个调压装置, 在众多的调压装置中, 必然会有先后顺序的不同, 不可能同时同步完成。与此同时, 不同的控制动作之间, 也会互相影响。在配电网中, 某个节点的电压控制器发生变化, 会致使相邻节点的电压水平产生相应的变化, 相邻节点的电压水平变化, 又会对与它邻近的节点产生影响。在无功补偿装置投切操作过程中, 不是一次性完成, 而是需要反复进行投切, 这样, 必然会导致电网系统的电压波动, 甚至是控制振荡。继而对配电网的供电质量和供电可靠性都产生影响。所以, 调压装置的投切要科学合理, 有先有后地进行, 尽量照顾到每个节点的供电工作, 把电网电压的改变控制在最小的波动范围中。
3.2 要防止产生谐振
谐振是指电网系统中强迫振荡的频率很接近自由振荡频率而产生的振荡现象。对于供电线路中有谐波源的, 要增设电抗器, 尽量把谐波的影响降下来, 防止谐振现象发生带来的电容器损坏。
3.3 无功功率补偿因数要控制在合理的范围
不要强求高补偿度, 那样会带来无谓的损失。根据实践, 功率因数从0.8提高到0.9, 在实际效果上, 与把功率因数从0.9提高到1.0, 补偿容量是差不多的。具体实施起来, 应该根据投资与实际功效综合来考虑。
3.4 要防止产生过分补偿的问题
若采用单台电动机使用地补偿的方式, 一定要防止过分补偿。因为电动机在切断电源之后, 因为惯性作用, 还会继续运行一段时间, 其磁场会因为得到自励产生电压, 而反向系统输送无功, 多余的无功功率会使系统电压升高, 使设备安全受到威胁。
3.5 防止电压过大
电容器的补偿容量不可过大, 否则, 易引起电网电压的升高、电容器自身的损坏。实际电压值不得超过额定电压的1.1倍。
除以上问题以外, 在无功补偿中, 经常会出现以下几个方面的问题: (1) 电容器频繁损坏; (2) 电容器外熔断器在运行中发生熔断; (3) 电容器组使用率低、经常投入。对于这几个问题, 电网建设和运营企业应当进行专门的研究, 通过对无功补偿设备综合整治, 使无功功率补偿设备实现正常、有效的使用。
4 结语
由于国民经济飞速发展, 各个行业快速成长, 用电量也在猛增, 电网系统的经济运行就逐步成了现在受重视的问题, 如何使得电网消耗最低, 提高整体电力系统运行的经济性就成了现代电力部门最主要的研究方向了。无功补偿可以提高电网的功率因数, 对电网的节能降损, 安全可靠运行有着极为重要的意义。因此, 根据具体情况合理进行无功补偿, 确保电力系统的稳定性, 有效地降低电网损耗, 推动电力系统实现安全经济的运行具有十分重要的现实意义。
摘要：近年来, 随着国民经济的跨越式发展, 电力行业也得到快速发展, 特别是电网建设, 负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升, 即使电网无功功率不平衡, 也导致大量无功功率存在。因此, 对电力系统进行无功补偿已成为一个输电、变电、供电不可缺少的环节, 也是提高功率因数、节约电能、提高运行质量的重要保证。
关键词：电力系统,无功补偿,原理,方式,注意问题
参考文献
[1]阳丽, 蒋正忠, 韦佳祥.电力系统无功补偿的研究[J].电气开关, 2012 (3) .