无功平衡补偿（精选10篇）
无功平衡补偿 篇1
摘要：电力系统的运行电压水平与无功功率的平衡密切相关, 系统的无功功率充足, 系统就有较高的运行电压, 反之运行电压就偏低, 为了保证供给用户的电压与其额定值不超过规定值, 合理的配置无功补偿容量, 不仅可以改变网络通过的无功功率, 减少网络中的电压损耗, 降低线损提高经济效益, 因其电力系统应力求实现在额定电压下的系统无功功率的平衡, 对电力系统的稳定性, 安全性, 和有效可靠的运行有着重要的意义。
关键词：发电机,同步调相机,静电电容器,静止补偿器,无功补偿
随着我国电力工业的迅猛壮大, 电网逐步扩张, 电力负荷增长很快, 电压等级越来越高, 电网、发电厂以及单机容量也越来越大, 电网覆盖的地理面积在不断扩大。但是, 由于地理环境、燃料运输、水资源及经济发展规模等诸多因素的影响, 致使电源分布不均衡, 要保证系统的稳定和优良的电能质量, 就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。
1 电力系统无功功率不足的危害及平衡的作用, 原则, 要求和补偿方式
1.1 无功功率不足的危害
交流电力系统需要两部分能量:一部分将用于做功而被消耗掉, 这部分称为“有功功率”;另一部分能量是用来建立磁场, 用于交换能量使用的, 对于外部电路它并没有做功, 称为“无功功率”, 无功是相对于有功而言, 不能说无功是无用之功, 没有这部分功率, 就不能建立磁场, 电动机, 变压器等设备就不能运转。无功功率不足, 无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态, 将给电力系统带来诸如出力不足, 电力系统损耗增加, 设备损坏等一系列的损害, 甚至可能引起电压崩溃事故, 造成电网大面积停电。
1.2 无功补偿的作用
其一, 提高供用电系统及负载的功率因数, 降低设备容量, 减少功率损耗。其二, 稳定受电端及电网的电压, 提高供电质量。在长距离输电线路合适的地点设置动态无功补偿装置, 还可以改善输系统的稳定性, 提高输电能力。其三, 三相负载不平衡的场合, 通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
1.3 无功功率平衡补偿原则
总体平衡与局部平衡相结合;电力补偿与用户补偿相结合;分散补偿与集中补偿相结合;降损与调压相结合, 以降损为主。
1.4 电力系统无功功率平衡的基本要求
电力系统的无功电源和无功负荷, 在正常及事故运行时, 都应实行分层分区、就地平衡的原则, 并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事故备用。在正常运行方式时, 突然跳开一条线路, 或一定容量的无功补偿设备, 或一台一定容量的发电机 (或失磁) 之后, 系统无功电源事故备用的容量及配置方式, 应能保持电压稳定和正常供电, 避免出现电压崩溃;在正常检修运行方式时, 若发生上述事故, 应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等措施, 以维持电压稳定
1.5 电力系统无功功率平衡的方式
1.5.1 个别补偿。
个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法, 把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路, 用同一台开关控制, 同时投运或断开, 俗称随机补偿。这种补偿方法的效果最好, 它能实现就地平衡无功电流, 又能避免无负荷时的过补偿, 是农网中对异步电动机进行补偿的常用方法。
1.5.2 分散补偿。
分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所个分路的出线上, 形成低压电网内部的多组分散补偿方式, 它能与工厂部分负荷的变动同时投切, 适合负荷比较分散的补偿场合, 这种补偿方式效果较好, 且补偿方式灵活, 易于控制。
1.5.3 集中补偿。
集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母线上或配电变压器低压母线上, 这种补偿方式, 安装简便, 运行可靠, 利用率高, 但当电气设备不连续运转或轻负荷时, 又无自动控制装置时, 会造成过补偿, 使运行电压升高, 电压质量变坏。季节性用电较强, 空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。
2 系统中各类无功电源的调节特性
2.1 发电机
发电机即使有功电源, 同事也是最基本的无功电源, 在不影响有功功率平衡的前提下, 通过改变发电机的励磁电流也就是调节发电机的功率因数, 就可以调节无功功率的输出, 从而调整运行电压, 发电机在额定状态下运行时各参数如图1所示。
纵轴表示有功功率, 横轴表示无功功率, OA表示发电机的额定电压, ICN为定子电流, Φ为额定功率因数, AB表示ICN在电抗Xd上的电压降, AB在纵轴上的投影表示有功功率, 在横轴上的投影表示无功功率, OB表示额定状态下的电势, 其长度正比于转子的额定励磁电流。由图可知, 发电机在额定状态下运行时, 发出的无功功率为QCN=SCNSinΦN=PCNtanΦN。。在改变发电机运行中的功率因数是, 要注意发电机运行的受约束的条件, 从图中可以看出, 发电机只有在额定状态B点下运行时, 其有功功率, 无功功率和视在功率才能达到额定值, 容量得到最充分的利用, 当发电机发出的有功功率低于额定功率时, 可发出的无功功率虽比额定状态运行时大, 但视在功率却较额定值小。任何时刻发电机运行电都不能超出图中阴影线的范围。
2.2 同步调相机
同步调相机实际上是只发无功功率的同步发电机, 而不发有功, 因其改变同步调相机的励磁电流, 可以平滑的改变同步调相机输出的无功功率, 从而调节所在地区的电压, 由于同步调相机的有功功率损耗较大, 并且小容量的调相机投资费用也较大, 所以同步调相机宜大容量集中使用, 常安装于大型枢纽变电所。
2.3 静电电容器
静电电容器只能想系统供给感性的无功功率, 而不能吸收无功功率, 它所输出的感性无功功率与所在节点的电压平方成正比。即, XC为电容器容抗。
静电电容器的优点:静电电容器可根据用户需要由多个电容器连接组成, 容量大小可根据需求选择;运行时功率损耗小, 约为额定容量的0.3%——0.5%;维护比较方便。
静电电容器的不足:无功功率的调节性能比较差, 投入切出过程比连续, 不能连续平滑的调节电压。
2.4 静止补偿器
它由静止电容器和电抗器组成, 电容器可发出无功功率, 电抗器可吸收无功功率, 两者结合起来再配以调控电抗器的电力电子调节装置, 就成为能够平滑改变输出或吸收无功功率的静止补偿器, 与静止电容器相比, 静止补偿器能平滑调节无功功率, 克服了电容器作为无功补偿调节不连续的缺点, 与调相机相比它功率损耗小, 还能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化, 对冲击性负荷有较强的适应性, 在电力系统中得到越来越广泛的应用。
3 利用并联电容器进行无功补偿的计算方法
按跳调压要求选择并联电容器的补偿容量。一简单电力网如图2所示, 供电电压U1和负荷功率P+JQ已给定, 线路电容和变压励磁功率略去不计, 包括高压侧变压器阻抗在内的线路总阻抗为R+JX。在未加补偿装置前若不计电压降落的横分量, 便有, 为归算到高压侧的变压器低压母线电压。
在变压器低压侧设置容量为QC的无功补偿设备后网络传送到负荷电的无功功率为Q-QC, 这是变压器低压母线归算到高压侧的电压也相应的变为,
故有, 如果补偿前后U1保持不变, 则
由此可解得式变压器低压母线的归算电压, 电压从改变所需的无功补偿容量为
由于上式后面项数值很小可以忽略, 上式简化为:
如果变压器的变比为K补偿后变压器低压侧要求保持电压为U2C, 则=KU2C, 带人上式可得
由上式可知, 补偿容量与调压要求, 变压器变比由关系, 变比的选择原则是:在满足调压要求的基础上, 使无功补偿容量最小, 由于电容器只能发出感性无功功率, 所以在变压器母线电压偏低时可以提高电压, 但电压偏高是不能降压, 通常降压变电所在打负荷时电压偏低, 小负荷时电压偏高, 为了充分利用电容器的补偿容量, 在大负荷时电容器应全部投入, 在最小负荷时退出, 从而并联电容器补偿容量的计算可归纳为:根据调压要求, 按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器分接头;按最大负荷时的调压要求计算补偿容量;根据确定的变比和选的补偿容量校验实际的电压变化。
应当指出的是在无功功率不足的电力系统中应当采用并联电容器对系统进行就地无功平衡, 而不能用改变变压器变比进行调压, 因为改变变压器的变比并没有增加系统的无功功率, 这就有可能在采用改变变压器变比改善一个地区电压水平的同时, 恶化其它地区的无功功率的不足, 导致电压进一步下降, 因其在无功功率不足的电力系统中, 首先采用装设无功功率补偿装置, 来补偿无功功率的不足。在无功功率充足和无功能得到有效的平衡的电力系统中, 选择改变变压器分接头的方法来实现调压。
无功平衡补偿 篇2
【关键词】低压配网;无功补偿;应用智能装置
众所周知，农村配电线路分布范围广，线损较高功率因数较低。而目前公司虽然采取了集中补偿为主和分散补偿为辅的管理方式，分别在110kV城关变装设补偿电容4200kvar、110kV岩前变装设补偿电容4800kvar、110kV始通变装设补偿电容4800kvar;另在10kV湘店线装设补偿电容210kvar以及其他部分厂矿补偿装置。
但这些装置投切除部分厂矿补偿装置外均无分组投切和自动投切功能且为集中装置，往往造成过补偿太多或欠补偿不足现象，且无法实时监控无功补偿情况。为此，在配置原则上应实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，满足电网安全、经济运行的需要。
事实上原则易把握，但过补偿太多或欠补偿不足现象难控制！同时公司10kV线路补偿太少，特别是35kV变电站馈线。为此，建议应用智能化无功补偿装置及自动分组投切无功补偿装置，就能实现无功补偿装置自投切，同时实现无功补偿装置的运行监控：
一、充分利用现有变电站“五遙”装置，研发改造变电站集中补偿装置遥测、遙控及自动分组投切功能，尽量避免过补偿太多或欠补偿不足现象。
二、配电网的無功补偿按照无功就地平衡的原则，以配电变压器低压侧集中补偿为主，以高压补偿为辅。
其容量（包括用户）一般按线路上配电变压器总容量的7%～10%配置（或经计算确定），但不应在低谷负荷时向系统倒送无功。高压补偿装置应具备分组自动投切功能，安装点宜靠近负荷中心。在10kV配电网内恰当选择布点，合理配置补偿电容，应用推荐广东茂名“配电线路无功补偿设备群远程组网管理”先进方法，实现配网无功补偿循环自动投切，实现在调度中心实时监测、管理无功补偿设备群的运行状况和供电质量，实现快速准确的生产调度指挥。
⑴该系统采用目前广泛使用的GSM数字移动网络公用平台，在无功功率自动补偿设备群的每一台设备上配置分组无线业务GPRS无线通讯模快，通过移动公司配置到APN专线接入点，接入到公司计算机局域网和扩建的无功功率自动补偿远程后台监视管理系统。
⑵10kV配电线路无功自补偿监视管理系统由GPRS数据服务器数据库服务器和10kV配电线路无功自动补偿监视管理软件三部分组成。
⑶公司网内配置相应的GPRS数据服务器，主要用于数据的采集和转发。数据库系统软件可使用微软公司RQL系列，主要完成历史数据的存储和数据管理。
三、对纯居民住宅（如居民小区）用电的配电变压器，配置的无功补偿装置容量可按配电变压器容量的20%～30%配置。对农村用电的配电变压器，配置的无功补偿装置容量可按配电变压器容量的30%～40%配置。低压无功补偿装置应具备分补和共补相结合的补偿功能，其分组数量和最小分组容量应考虑峰、平、谷负荷水平的无功需求，满足不同负荷时段不倒送无功的要求。
配电变压器的电容器组应装设以电压为约束条件，根据无功功率（或无功电流）进行分组自动投切的控制装置。对于35kV及以上供电的电力用户，任何时候都不应向电网倒送无功，在高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。
100kVA及以上10kV供电的电力用户，在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95，低谷负荷时不应向电网倒送无功。
电力用户的无功补偿装置应采用自动控制/投切方式的成套装置，具备抑制谐波或涌流的功能，因此，在厂矿企业、0.4kV低压用户或居住区以及电弧炉、中频炉、电焊、大电机、变频空调等用户可推广应用江苏金坛地区应用的“SVC可控硅动态无动补偿装置”，该装置是一个TCS电路结构，通过电容C、电感元件L、双向导通的晶闸管T1和T2组成一个动态的无功补偿系统，可根据负荷变化，自动投切并实现无级调节无功功率动态补偿，效果明显。
不平衡系统下无功补偿的策略研究 篇3
在科技与经济快速发展的今天,随着现代电力电子技术的发展,其占有率在现代工业与电子行业已经有举足轻重的地位,大量不平衡和冲击性负载的存在对现代电网造成了越来越严重的电流污染, 大量无功电流在电网中现实存在,影响电力企业的经济效益,准确实时地检测无功电流至关重要。本文介绍了基于瞬时无功功率理论的无功检测方法, 但这是在负载是平衡时的方法,在三相负载不平衡环境下使电网中产生大量负序电流,针对三相不平衡的负载则要采用正负双序控制策略对不对称负载进行平衡化,以三电平空间矢量控制为手段,对检测出来的电流信号进行矢量变化,不仅能为电网提供大量的无功电流的传输量,而且能更好地提高电网的功率因数,对不对称负载能起到很好的平衡作用。 本文是以二极管钳位型三电平逆变器为控制方式产生脉冲信号,此方法较之前的载波调制和两电平逆变器,产生的谐波更少,对直流侧电压利用率更高, 降低电网中负载的不平衡度,无功补偿效果更佳。
2 SVG系统整体概述
SVG补偿装置的工作原理如图1所示,整个系统相当于SVG通过连接电抗器与电网相来调节吸收无功功率的大小。
设三相系统电网电压是对称且平衡状态下,三相电压有如下表示形式[1]:
由图1的等效电路知,补偿装置的输出电压的形式为:
式中,K值表示的是逆变器的变压比; δ 表示SVG装置经过逆变的输出电压与电网电压的相位角的差值,根据基尔霍夫原理可以表示出三相动态的方程:
对电容电压原理进行分析得到动态数学方程:
将上几个方程经Park变换整理得到以下矩阵:
对上面的SVG数学模型矩阵分析[2],当电网平衡时,只考虑基波分量,只有正序分量的变化,但只能实现正序无功补偿,对于在三相不平衡系统中,三相电路中将产生负序电流,并会在直流侧处产生特征谐波电流对系统有害; 电路中存在负序电流,这样对SVG的分析就不能只是在正序状态下搭建数学模型, 在三相不对称时,会导致电网电压出现负序分量,所以既有正序也会有负序电压,此时电网电压usa为upsa+ unsa,其中,p、n分别表示电压的正序和负序。
本文设计了正序、负序双序同步的控制策略,将复平面中三相电压和电流矢量通过d-q旋转坐标变换,但会出现谐波分量,控制时采用陷波器加以滤除,这样经过转换处理后的电压电流信号中只含有相应直流分量,经过d-q变换就是为了使正序分量为直流量,而负序分量则为二次谐波分量,正序分量以 ω 为角频率旋转,负序分量则以- ω 的角频率旋转,采用PI调节器即可实现正、负双序电流的无静差控制。
3正负双序叠加同步控制策略
本系统是采用电流与电压双闭环控制,即电压外环和电流内环解耦控制,通过外环控制直流电压稳定,内环对电流进行正负序解耦控制[3，4],如图2所示。
图2所用到的基于 ω 的坐标变换Cpabc -dq是三相到两相旋转坐标之间的变换,表示为正序坐标变换公式:
同理采用电流负序控制的运算方式时,三相到两相旋转坐标的运算矩阵为:
这样经过旋转坐标变换之后,SVG输出的正序和负序电压分量的反馈量与参考值都是直流量,对于正负双序同时控制方案,电流内环控制采用两组控制器,分别为建立在正序d-q坐标系上的PI控制器,为正序控制器,另一组为建立在负序d-q上的PI控制器,为负序控制器,在负载不平衡时,进行对正序和负序分量控制,这样双序控制就能实现同时对信号正序和负序的同步补偿控制,整体的设计方案采用前馈解耦控制,电流调节器采用PI控制时,同时对外环直流侧的电容电压和内环的电流进行跟踪控制,对于电流正序控制方程算法为:
电流负序控制同样道理可以得到:
具体的双序叠加控制变换如下[5]:
( 1) 电流的正序控制是指将系统的三相电流信号进行坐标变换,经过滤波器得到正序无功分量指令,与SVG输出的电流信号经过同样正序坐标变换得到的正负序电流值i*dp和i*qp相比较,再经过PI调节和内环解耦就能得到正序电压信号u*dp和u*qp。
( 2) 电流内环负序解耦控制,是指三相电流信号经过坐标变换再经过滤波器之后得到负序的有功和无功电流指令i*dn和i*qn,同样与SVG输出的电流经过相同的负序坐标变换得到的电流信号idn和iqn相比较作差,然后经过PI调节器和内环解耦控制得到负序的电压输出信号,然后将求取的正负序电流信号相加得到实际的需要补偿的信号:
通过三电平空间矢量变换生成IGBT的开关脉冲信号,通过正序与负序叠加控制能够同时补偿电流的正序与负序,经过信号处理后也会是直流信号, 经过PI调节器的调节实现信号的跟踪控制。
4三电平拓扑结构与调制原理
三电平逆变器相对于传统的两电平来说,主开关其间的电压会降低一半,具有输出容量大,谐波含量大为降低,在同样谐波含量的情况下,开关频率下降一半,采取相同调制比来提高电网的工作效率,这就是多电平通过增加电平数目来增大容量和抑制谐波产生的原因。三相三电平逆变器的每一相的输出三种情况对应等效电压矢量有27个开关状态,如图1所示,三电平NPC型逆变器拓扑Cd1和Cd2来为变换电路提供两个相同的直流电压,VT11和VT12用来电平钳位[6，7]。
4. 1扇区的判断
根据坐标变换把三相电压信号由坐标变换计算出Uα和Uβ,据此就能计算出扇区,下面以参考向量在第一扇区下的六个小扇区为例介绍小扇区的判断。小扇区的判断如图4所示。
4. 2矢量时间的计算
判断出了参考矢量所在的区域,则可根据NTV法则,找到合成参考矢量的三个基本矢量,把这三个基本矢量一起代入伏·秒平衡方程组,解得( A,B区域) 基本矢量的作用时间:
其中,,根据已经求出的参考矢量的扇区号,各个扇区的合成基本矢量的作用时间可以根据参考矢量所在的扇区号进行时间分配就可得到各区域的作用时间,再根据扇区的转换公式theta = π /3 + θ - ( π /3) N,可以把其余扇区转化为在第一扇区内的角度。
4. 3确定开关矢量作用顺序
在三电平逆变器正常运行过程中,逆变器的三种状态只能在1和0,0和- 1之间连续的相互转换,而不能在1和-1状态之间突变,在每个小的三角形中至少含有一对小矢量,在本系统中所提出的空间矢量算法中,所输出的矢量都是正小矢量,因为每相邻的两个正小矢量是只相差一个不同的状态, 即根据这些时序图就能得到三个桥臂IGBT开关器件的驱动信号,图5所示为其中两个小扇区的时序图。
5仿真与实验结果分析
采用正负双序同步控制与三电平的空间矢量技术可以实现对电网的无功功率补偿,同时输出的电压波形进一步较之前的补偿技术有了更高一层的提高[8]。
( 1) 平衡负载的仿真( 突变负载)
仿真过程持续0. 3s,初始为三相平衡的阻感性负载,三相电阻为3Ω、电感为0. 008H的阻感负载, 电压超前电流,时间一开始就加入补偿装置完成了很好的补偿,在0. 14s时突变阻容性负载,电压滞后电流,三相电阻为2Ω、电容为600μF的阻容性负载。
直流侧电压波形如图7所示,在整个仿真过程中电容电压稳定在600V,在对直流侧电压进行外环PI控制后能够很好地控制电容电压的稳定。
( 2) 不平衡负载仿真结果
为了模拟负载不平衡情况下的负载,此次仿真设计了三相不平衡的负载参数,负载参数分别为A相负载参数为电阻2Ω,电感0. 008H,B、C相负载参数电阻3Ω,电感0. 008H,这样就模拟了三相不平衡负载的环境。
通过采用正负双序同步控制之后,对比图8( a) 和图8( b) 补偿前后三相负载电流的波形图,可以看出,采用双序控制之后三相电流明显得到平衡控制, 三相不平衡的负序检测电流如图9所示,网侧电流运用正负双序控制策略后稳定输出,对不平衡负载的电流补偿效果明显,对负序电流的补偿控制方法而得到了验证,通过图10可以看出能够稳定直流侧电压,仿真补偿效果良好,实时性与功能性得到了验证。
整个系统实验的主控部分是由目前控制领域最先进的微处理器之一的32位定点DSP控制器TMS320F2812为主要芯片的控制板、测量和电源板、信号调理板等构成,由于应用高性能的DSP专用信号处理芯片使得控制系统本身的反应时间在5 ms以内。本文在实验室对实际的三相平衡阻感负载系统进行了算法的实际验证,对实际阻感负载进行在线补偿,由图11( a) 可以看出负载的电压与电流有一定的相位差。本次实验是在实验室条件下针对三相平衡阻感负载引起的功率因数低的情况下, 来对理论进行实际验证与测试,本次实验的实验数据为: 三相电网相电压为53V,ADCLK =15MHz,其中针对相应的IGBT的死区时间为Tdelay= 4μs,逆变器直流侧电容进行并串联组合,为了防止高次谐波进入电网就加入电感值为5mH的滤波电感,具体的PI参数为kp= 0. 06,ki= 0. 001,输出的滤波电容数值为600μF,实验过程分为两部分来做:
一是针对无功提取的算法设计,通过瞬时无功理论的支持,对三相电网电流经过d-q轴坐标变换提取到电网中的无功电流成分; 二是针对空间矢量的PWM脉冲波的调制,通过对提取的三相无功电流,首先要根据Clark变换,将三相坐标系转换成两相直角坐标系,在直角坐标系下进行算法的运算,然后再进行时间的求取,再分配,最后由求得到基本矢量的作用时间与三角载波比较产生脉冲响应去控制主电路开关器件IGBT的通断。
通过对实验结果的分析得到电网的功率因数提高到接近1的数值,从图11可以得到一定的结论, 针对平衡阻感性负载通过SVG的实时补偿和借助瞬时无功理论的理论支持可以实现补偿,效果比较接近理想数值。
6结论
农网无功优化补偿问题探讨 篇4
［关键词］无功补偿 功率因数容量 配置原则
农村电网大多数负荷是感性负载，如感应电动机和配电变压器，占农村电力负荷40％～60％。而且较为分散，季节性很强，配电线路供电半径大，分支线也较多，部分季节轻载运行。导致农村电网功率因数偏低、电压质量不高，并引起功率损耗和电能损耗增加。
1 农村电网无功补偿的重要性
做好农村电网无功负荷的优化补偿，可以提高负荷的功率因数，减少电网输送的无功功率，达到降低线损，改善电压质量及增加设备出力的目的。
(1)使用无功补偿设备，提高功率因数，可以降低线损
有功功率损耗计算公式为
由公式可以看出，有功功率损耗与功率因数的平方成反比。
所以提高功率因数与降低线损的关系式当功率因数由0.7提高到0.9时，线损可以降低39.5％。
(2)使用无功补偿设备，提高功率因数，改善电压质量
电压损失的计算公式为：△U＝(PR＋QX)／U2×100，当配电线路有功功率一定时，输送的无功越多，其电网电压损失越大，线路末端电压较低。如果使用无功补偿装置，可以提高功率因数，降低电压损失，提高用户末端电压质量。
(3)合理补偿无功，可以提高配电变压器的带负荷能力
由公式S=P/cosφ可以看出，当变压器的视在功率S一定时，合理使用无功补偿设备，有效提高了功率因数，可以大大增加变压器的有功出力。
由公式P=Scosφ，得出变压器增加有功功率的计算公式：△P=S(cosφ2=cosφ1)。实践证明一台S9－800kVA配电变压器，功率因数由0，8提高到0，95时，可以增加有功出力△P=120kW，大大提高了供电能力。
2农村电网无功补偿的配置原则及容量配置
(1)配置原则 农村电网无功补偿采取按分层分区和就地平衡原则考虑，集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，高压补偿与低压补偿相结合，确保无功平衡，以取得最大的补偿效益。
(2)无功补偿容量配置
35-110kV变电站按照主变容量的20％～30％考虑配置无功电容器组，采用电容器自动投切装置，根据电网功率因数、电压高低、无功缺额及负荷的变化自动投入或退出电容器。
农村配电网的无功补偿主要以降损为主，考虑分散补偿。容量400kVA及以上配变，建议采用高压补偿装置，补偿容量按配电变压器容量的10％～15％装设无功补偿设备，提高用户配变出力，减少电能损耗。
对于负荷分布较为均匀的配电线路，可以按照线路分段进行补偿，采用固定补偿与自动补偿相结合的方式，第一组装设在该线路2／5处为固定补偿：第二组为自动补偿，装设在该线路的3／5处，也是负荷较为集中地段；第三组为固定补偿，装设在该线路的4／5处。
无功平衡补偿 篇5
由于电气化铁道采用单相工频交流供电方式,通常使用牵引变压器将三相电力系统变成两相通过换相供电。两相负荷的不平衡,必然造成三相系统存在负序分量,同时现有的机车负荷属于整流型负载,含有大量的无功和谐波分量。为此人们采取多种措施对电气化铁道牵引变电所进行补偿。
由于平衡变压器有较好的减弱负序分量的能力,近年来结合平衡变压器的动态补偿方法在国内外受到广泛关注,如日本新干线投入使用的动态电压补偿装置(RPC)[1,2],同时平衡变压器两臂电流的综合补偿结构和控制策略方法也得到广泛研究。文献[3-4]提出了基于FBD理论的电流补偿方法,文献[5-6]分别分析了基于电流有功分离和三相瞬时无功理论的补偿方法,文献[7-14]提出同相供电模式对两供电臂电流进行综合补偿。这些方法都是基于单相电路的谐波和无功检测方法,在提取基波分量的过程中由于需要进行单相到两相或三相的延时构造等,至少有一个电源周期的延时,响应慢。
本文根据牵引供电系统的特点,将平衡变压器两供电臂电流当作一个整体,使用类似三相瞬时无功理论进行两相电流的瞬时无功检测,能够分别检测出有功、无功和谐波分量,并具有实时性的特点。特别在两臂电流对称的情况下,检测延时不超过1/4电源周期。在此基础上提出了直流侧电压和两变流器电流的控制策略。最后结合工况进行仿真分析和验证,仿真结果表明,在本文提出的检测方法和控制策略下,系统具有良好的补偿性能。
1 平衡变压器的特点
平衡变压器是一种实现三相对称系统到两相对称系统变化的特殊变压器,广泛应用于电气化铁道牵引变电所。该变压器包括斯科特变压器(scott)、伍德桥变压器、阻抗匹配变压器等多种类型及其变形组合形式。
以常见的scott变压器为例,一次侧三相系统不含零序分量,一、二次侧电压大小相等、相位相差90°。一、二次侧电流变换关系为
其中,K为变压器变比。
文献[15]已推导出任意接线牵引变压器的正序电流和负序电流的表达式。由此可知当平衡变压器二次侧两相电流对称(大小相等,相位相差90°)时,一次侧三相电流完全对称;否则一次侧三相电流不对称,将产生负序电流注入电力系统。
2 变电所平衡补偿系统结构与工作原理
基于平衡变压器和瞬时无功检测理论的电流综合补偿方法是针对两供电臂存在大量无功和谐波电流、两臂电流可能不相等引起负序电流等电能质量问题而提出的。该方法通过实时补偿两供电臂供电电流,从而达到使两供电臂电流大小相等、各臂电流与电压同相位的目的,此时原边三相系统完全平衡,两相负载相对于三相系统为三相对称负载,消除了三相系统中的负序电流分量和谐波。
2.1 系统结构
系统结构见图1,系统由作为电源的三相-两相平衡变压器和作为补偿回路的综合补偿器组成。
三相电力系统经过平衡变压器变成两相牵引端口系统,分别接两相供电回路。两相牵引端口之间通过背靠背的四象限变流器连接在一起,中间直流回路作为能量交换的通道,需要接耦合电容。两相端口之间可以交换有功功率和无功功率,并且可以对谐波进行补偿。
平衡变压器副边电压为27.5 k V,为了与电力电子开关器件耐压水平相匹配,采用变比为10:1的降压变压器,并将中间直流电压设定为5 k V左右。
2.2 工作原理与两相瞬时无功理论检测方法
由于牵引变压器采用两相供电方式,传统的补偿方式常将两相看作2个独立的单相电路来处理,使用单相电路的谐波和无功检测方法。但是到目前为止,单相电路还没有完善的检测方法。
鉴于平衡变压器能够将三相对称系统转换成两相对称系统,且不含零序分量。式(1)和三相-两相系统的Clarke变换式除系数外有相同的表达形式,这可以理解为平衡变压器从物理结构上实现了三相-两相系统的Clarke变换。由此将两相供电系统联系在一起,组成类似三相瞬时无功功率的两相瞬时无功功率检测方法。
实际中两臂负荷电力机车功率因数相差不大,假定两臂功率因数大小相等,基于瞬时无功理论具体检测原理分析如下。
设两供电臂电压瞬时值分别为
经过锁相环后得到同步正弦、余弦信号:
设两供电臂电流瞬时值分别为
于是根据瞬时无功定义可以计算出瞬时有功、无功功率的大小:
其中,n=4k-1取负号;n=4k+1取正号;k=0时,只取正号,即只取n=1;分别为瞬时有功、无功功率直流分量;分别为瞬时有功、无功功率谐波分量。显然瞬时有功、无功功率直流分量是两臂的功率和的瞬时平均值。经过低通滤波器(LPF),瞬时有功、无功功率谐波分量被滤除,只剩下瞬时有功、无功平均功率直流分量。
至此很容易得到两相补偿电流的大小:
显然在两臂电流不相等的情况下,补偿电流将包含各相不平衡电流和谐波电流分量。
综上所述,图2给出了基于瞬时无功理论的补偿电流检测原理图。由平衡牵引变压器得到两相正交信号,使用基于瞬时无功理论构造出两相谐波和无功电流检测方法。当需要补偿无功分量时,断开计算瞬时无功的通道即可。
2.3 两相瞬时无功检测方法的延时特性分析
根据两供电臂负荷随机变化的特点,在不同时刻两臂电流大小有差异。由于机车负荷功率因数差异不大,通过铁路部门合理调度使得两臂电流对称(大小相等,相位相差90°)时,两相瞬时无功检测方法有自身的检测延时特点。
令两臂电流有效值为
则易知瞬时平均有功、无功功率直流分量为
瞬时有功、无功功率谐波分量为
其中,n=4k+1取上符号;n=4k-1取下符号;k=0时,只取正号,即只取n=1。
由式(12)可得出如下结论。
a.两臂电流不对称时见式(8),此时p軉、q軉中最低谐波次数为2次,低通滤波器需要一个电源周期的延迟才能分离出有功量,这和有功分离法或FBD等其他检测方法相同。
b.两臂电流对称时,补偿量不包含电流不平衡分量,只补偿两臂谐波或无功分量,补偿容量小。
c.对于电力机车这一类单相整流负载,最低谐波次数为3次时,p軉、q軉中最低谐波次数为4次。若采用在一个最低谐波次数内求平均值的数字滤波方法,可在1/4个电源周期内得到稳定准确的直流输出。这时低通滤波器的延时为90°,和基于有功分离法或FBD等其他检测方法一个电源周期的延迟相比,响应极大加快。
2.4 系统控制策略
要实现变电所电流的平衡补偿,两变流器应跟踪电流补偿参考量。两变流器要正常工作,必须获得一个稳定的直流侧电压。因此,实际的补偿参考电流为在原来谐波和无功等补偿电流基础上再叠加一个直流侧电压控制得到的有功电流分量,对两变流器均采用电流滞环比较跟踪控制,控制原理图如图3所示。
直流侧电压的跟踪误差经PI调节后,叠加到两相变流器的有功指令,得到两变流器的实际补偿指令电流i*cα和i*cβ。直流侧电压由两变流器共同控制维持的方法,保证了两变流器两侧功率平衡,功率模块损耗由两供电臂分担。两变流器采取滞环比较控制方法,变流器输出电流icα和icβ分别跟踪补偿指令电流i*cα和i*cβ,保证两变流器具有较快的响应速度。
3 仿真分析与验证
为了验证检测补偿方法的正确性和有效性,使用Matlab/Simulink对该补偿方法进行仿真验证。经过平衡变压器变换后的两相牵引端口采用两相电压幅值为27.5 k V、相位相差90°的理想电压源表示,假定两相负载机车功率因数为0.86,综合平衡控制器中间直流电容取30m F,变流器开关频率为1200 Hz。下面就两臂负载电流不对称和对称2种情况进行仿真验证。
3.1 两臂负载电流不对称时
假定只有一相有机车负荷,此时三相电流中负序电流最大,电流不平衡度达到1,设定机车负荷功率为4800 k W,利用平衡补偿系统进行综合补偿,仿真结果如图4所示。
由图4(a)可知,当两臂机车负荷电流不对称时,原边三相电流不对称,且含有畸变量。两相瞬时无功理论检测方法在分离有功过程中需要一个电源周期的延迟,才能准确地分离出两臂有功电流分量。补偿后三相电流波形如图4(b)所示,可见补偿后三相侧电流基本对称。
3.2 两臂负载电流对称时
假设两臂均有机车负载,且机车负荷工况相同。不考虑线路差异,两臂机车负荷功率均为4800 k W,此时两臂负荷电流对称,利用平衡补偿系统进行综合补偿,仿真结果如图5所示。
由图5(a)可知,当两臂负荷电流对称时,原边三相电流对称,但仍含有畸变量。经过两相瞬时无功理论检测后如图5(b)所示,在1/4个电源周期内准确地分离出两臂有功电流分量,补偿后三相侧电流达到基本对称。
4 结论
针对带平衡变压器的牵引变电所供电系统的特点,将平衡变压器二次侧两相联系在一起,构成两相瞬时无功检测的电流综合补偿方法。其具有以下特点:
a.该检测方法可分别检测出有功、无功、谐波及不平衡电流,便于根据实际情况灵活选取补偿;
b.该检测方法有较好的实时性,尤其在两臂负荷电流相同的情况下,在不超过1/4电源周期内就能分离出补偿量;
c.该检测方法不需要进行单相电路检测中的单相到两相或三相的构造,省去了单相电路谐波和无功等检测的构造延迟环节,电路简单可行。
浅谈无功补偿和几种无功补偿设备 篇6
电力网在运行时, 电源供给的无功功率是电能转换为其他形式能的前提, 它为电能的输送、转换创造了条件。但是, 长距离输送无功电力, 又会造成有功功率的损耗和电压质量的降低, 这不仅影响电力网的安全经济运行, 而且也影响产品的质量。因此, 如何减少无功电力的长距离输送, 已成为电力部门和用电企业必不可少的研究课题。
1 配电网无功补偿理论基础
无功补偿就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率, 以提高系统的功率因数, 降低能耗, 改善电网电压质量。
1.1 无功补偿的合理配置原则
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) 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。
1.2 无功补偿的作用
(1) 提高供电系统及负载的功率因数, 降低设备容量, 减少功率损耗。
(2) 稳定受电端及电网的电压, 提高供电质量。在长距离输电线路合适的设置动态无功补偿装置, 还可以改善输电系统稳定性, 提高输电能力。
(3) 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合, 通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
2 几种无功补偿设备
2.1 同步调相机补偿
同步调相机是最早采用的一种无功补偿设备, 在静电电容器发展后, 它退居次要地位。其主要缺点是投资大, 运行维护复杂。因此, 许多国家不再新增同步调相机作为无功补偿设备。但是同步调相机也有自身的优点:同步调相机能够提供短路电流, 因而又是一种重要的提高系统稳定的手段。同步调相机作为一般无功补偿设备早已过时, 但为了适应电网稳定以及直流输电的需要, 在一些情况下仍然具有它的特定作用。
2.2 并联电容器补偿
并联电容器是指并联在电网上向电力系统提供无功功率的电容器。根据电极形式不同, 并联电容器可以根据需要由若干个电容器串并联组成, 容量可大可小, 既可以集中使用, 又可以分散使用, 且可分相补偿, 可随时投切部分或全部电容器, 具有运行灵活、有功损耗小、维护方便、投资少等优点, 因此是目前使用最多的一种无功补偿装置。
按电容器安装的位置不同, 电容器无功补偿通常有三种方式。
(1) 集中补偿。
电容器组集中装设在企业或地方总降压变电所的6~10kV母线上, 用来提高整个变电所的功率因数, 使该变电所在供电范围内无功功率基本平衡。可减少高压线路的无功损耗, 而且能够提、高本变电所的供电电压质量。
(2) 分组补偿。
将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所高压或低压母线上, 也成为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点, 但无功补偿容量和范围小些, 效果比较明显, 因此采用的比较普遍。
(3) 就地补偿。
将电容器或电容器组装设在异步电动机或电感性用电设备附近, 就地进行无功补偿, 也称为单独补偿或个别补偿方式。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数, 又能改善用电设备的电压质量, 其中小型设备一部分使用。近年来随着我国逐步具备生产低压自愈式并联电容器的能力, 且型号规格日渐齐全, 为就地补偿方式的推广创造了有利条件, 并已有许多成功应用的实例。若能将三种补偿方式统筹考虑、合理布局, 将可取得很好的技术经济效益。
2.3 并联电抗器
并联电抗器是一种感性吸收无功补偿设备, 避免电网运行电压过高。在许多国家中已经广泛使用, 今后还将得到进一步的推广采用。
并联电抗器可以直接接到超高压 (275k V及以上) 线路上, 其优点是:可以限制高压线路的过电压, 与中性点小电抗配合, 有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧, 从而提高单相重合闸的成功率。高压电抗器本身损耗小, 但造价较高。并联电抗器也可以接到低压侧或变压器三次侧, 有干式的和油浸的两种, 这种方式的优点是造价较低, 操作方便。从发展趋势看, 更多的将采用高压电抗器。
一般来说, 装设高压电抗器的作用是综合性的, 特别值得强调的两点:
(1) 高压电抗器加中性点适当的小电抗是行之有效在单相故障两侧将故障相切开后的故障点的消弧措施。
(2) 在500k V线路上装设高压电抗器有一种好处, 是当系统全停后可以加速500k V电网的恢复, 避免因出现过电压拖延系统的恢复时间和可能引起过电压损坏重大设备事故。
2.4 静止补偿器
静止补偿器是近年来新发展的一种无功功率补偿与电压调节设备。它的特点是调节速度, 运行维护量较小, 可靠性较高。用切换电容器方式使有功损耗也较小, 这些都为同步调相机所不及。静止补偿器有多种结构方式, 例如:晶闸管控制电抗器与固定电容器组合方式;晶闸管切换电容器与晶闸管控制电抗器方式;饱和电抗器方式等。各种方式各有不同的效能、优点及缺点, 需要按反应速度、灵活性、损耗与费用等综合比较后进行选择。但现在一般认为晶闸管控制电抗器和晶闸管切换电容器方式是一种最快速、灵活与低损耗的静止补偿器。
静止补偿器在供电系统中的特殊用处是抑制电弧炉、轧钢机等冲击负荷引起的闪变, 并采用相适应的控制方式。多年来的广泛使用取得了丰富的现场运行经验, 证实了它的可靠性, 因而逐步推广于高压送电系统的各领域:安装在长距离重负荷超高压线路的中间站, 提高中间点的电压支持, 以增高正常时的线路传输能力和提高系统的暂态稳定性;安装在系统联络线上, 在送电功率发生波动时, 提供正的阻尼效应, 以解决送电系统原来的动态失稳问题;晶闸管控制的静止补偿器用一平衡随时间变化的非对称负荷;用以改善异常情况与恢复情况HVDC换流站的运行性能;用以提高事件后的无功紧急备用能力, 以保障故障后短瞬间的关键母线电压水平。
从本质上说, 静止补偿器主要是一种反应迅速无功功率调节手段。和同步调相机比较, 虽然造价相当, 但静止补偿器的调节远为快速, 这是一个突出的优点。而为了能发挥它在需要时的无功功率快速调节能力, 在正常情况下则应使其经常运行在接近零功率水平。因而只有在电网无功功率处于基本平衡的前提下, 静止补偿器才能充分发挥它的独特作用。至于因正常负荷变动引起的电压变化, 过程比较缓慢, 用一般的便宜的多的电容器电抗器投切等, 完全可以满足要求, 没有必要选用这种高性能的设备。
结语
在无功功率不足的系统中, 首要的问题是增加无功功率补偿设备, 通常, 大量采用并联电容器作为无功补偿设备, 其突出的优点是投资低, 安装维护方便。只是在有特殊要求的场合下, 才需要采用静止补偿器或同步调相机。而静止补偿器是一种性能良好, 维护方便的新型补偿装置, 在价格相当的条件下, 应优先选用。
参考文献
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无功平衡补偿 篇7
随着高速电气化铁路的不断发展,短时集中负荷对牵引网产生较大的冲击,使牵引网无功功率不足[1]。目前,多数牵引变电所采用投切并联电容器组的方法对牵引供电系统进行无功补偿。虽然成本低廉,但该方法响应速度慢、动态性能较差,容易发生过补偿或欠补偿,越来越不适应电气化铁路的快速发展。本文采用的晶闸管控制电抗器(TCR)和固定电容器(FC)的混合型静止无功补偿器既可以经济运行,同时也达到了良好的补偿效果。
1 基于TCR和FC的动态无功补偿
大量的阻感性负载需要吸收无功功率建立所需的磁场,使牵引网无功功率不足[2]。在牵引变电所装设静止无功补偿器SVC,可以补偿无功功率,调节节点电压,改善系统静态和暂态稳定性,降低系统过电压。TCR和FC型SVC是目前应用较为广泛的无功补偿装置。通过控制反并联晶闸管的导通角来无级调节与牵引负荷并联的电抗器电流的大小,与固定电容器(FC)配合使用,其结构如图1所示。
在牵引供电系统中,TCR和FC补偿装置与牵引负荷并联。设固定电容器组提供容性无功补偿功率QC,系统无功功率为Q,负载无功功率为QL,晶闸管控制的电抗器在计算单元的控制下,输出的感性无功功率为QTCR,通过调节QTCR,可以实现无功功率的实时调节,为了保证SVC装置与用电负荷并联后,其并联阻抗呈阻感负载以利于系统稳定而添加了一个ΔQ,如下式所示[3,4]:
在实际运行中,Q不断变化,只要通过改变QTCR与之相匹配,就能使Q为一常数或零,同时也可以使功率因数保持恒定,系统电压几乎不波动。
u为交流电压,两个晶闸管反并联,控制这两个晶闸管在一定范围内导通,就可控制电抗器的电流i。
通过控制触发延迟角α,就可以控制支路上的电流连续变化,电感电流iL变化波形如图2所示。
2 基于TCR和FC型SVC的仿真
运用MATLAB建立了TCR和FC型SVC对电气化铁路牵引网动态无功补偿的仿真模型。牵引供电系统采用自耦变压器AT供电方式,单相工频交流27.5 k V,牵引变压器50 MVA采用YNd11接线、自耦变压器12 MVA、仿真时间0.5 s。
仿真前功率因数如图3所示,仿真后功率因数如图4所示。
图3描述了投入TCR和FC补偿前0.1～0.26 s内的功率因数值,显而易见,牵引网功率因数较低,仅为0.64,严重降低了用电设备的有功出力。图4描述了投入TCR和FC补偿后0.1～0.26 s内的功率因数值,牵引网电压和电流相位基本重合,功率因数接近1。
3 实验验证
使用牵引供电系统模拟实验平台进行实验分析,交直型负载为额定功率1 kW的直流电机。把单独投切电容器组补偿方法与TCR与FC补偿方法进行比较,验证了TCR和FC动态无功补偿方法的优越性。投入补偿前牵引网功率因数如图5所示。
投入电容器组牵引网功率因数如图6所示。
投入TCR补偿后的牵引网功率因数如图7所示。
图5反映了投入补偿前牵引网功率因数仅为0.69。图6反映了投入并联电容器组后功率因数降低为0.58,出现严重的过补偿现象。图7反映了投入TCR补偿后牵引网功率因数接近于1。实验分析有效地说明了两种补偿方法的补偿效果,TCR和FC补偿方法可以平滑无级地调节功率因数,避免了固定并联电容器组投切产生的过补偿现象。
4 结语
多数牵引变电所采用的投切固定并联电容器组的方法响应速度慢、动态性能较差,供电臂负荷与电容补偿容量不匹配,达不到良好的补偿效果。晶闸管控制电抗器和固定电容器的混合型静止无功补偿器可以实时跟踪牵引负荷无功变化情况,自动跟踪系统改善功率因数。因此,该方法在电气化铁路牵引网无功补偿中具有良好的应用前景。
摘要：对晶闸管控制电抗器TCR和固定电容器FC的混合型静止无功补偿器在电气化铁路牵引网无功补偿中的应用进行了研究,并构建了仿真模型。仿真和实验结果表明:该方法可平滑无级地调节牵引网功率因数,有效抑制电压闪变和电压波动,弥补了供电臂负荷与电容器组补偿容量不匹配的问题,在电气化铁路牵引网无功补偿方面具有较好的优越性。
关键词：无功补偿,静止无功补偿器,MATLAB仿真
参考文献
[1]王宁之.电气化铁路动态无功补偿(SVC)方案探讨及可控电抗器的应用[J].电力电容器与无功补偿,2009,30(4):5-7.
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电力系统无功优化与无功补偿研究 篇8
关键词：无功优化,无功补偿,分散补偿,电压质量
1 概述
随着现代化进程的加快, 城市低压配电网正在迅猛发展。由于负荷的不断增加, 以及电源的大幅增加, 不但改变了电力系统的网络结构, 也改变了系统的电源分布, 造成系统的无功分布不尽合理, 大量的无功在低压线路中流动。这不仅导致电网功率因数降低, 线损增大, 引起末端电压低, 使客户的用电质量受到影响, 而且使配电变压器和配电线路的供电能力降低。因此, 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。
2 无功优化
2.1 无功源最佳配置
无功电源规划是一个非线性的混合整数规划问题, 它的特点是既保持了原变量的整数性质, 又完整地包括了对潮流的物理模拟, 可以在对电网投资进行优化的同时优化运行方式。
广义Bender分解法改变了以往无功电源规划中采用的对每种预想方式分别求解, 并选取最大值作为最终解的方法, 而是将所考虑的各种预想方式同列于一个模型中, 然后用分解法进行求解。该方法对各种负荷方式、故障方式进行综合求解, 所得出的无功电源配置能满足系统运行要求, 并使系统拥有一个合理的电压水平。
先导节点的概念应用于电力系统无功配置, 该方法可使无功源得到最有效地配置, 通过对少量先导节点的监测和控制, 无需建立复杂的系统监视全网所有节点的电压, 即可实现对系统电压的控制。使得从全网的角度看, 各节点电压偏移最小。
2.2 无功优化
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。无功优化能使电能质量、系统运行的安全性和经济性很好的结合在一起。
无功优化常见的模型有经典的数学模型和电力市场下的数学模型。经典的数学模型可以表示如下:
其中:u为控制变量, 它包括可人为调节的变量包括发电机节点无功功率、可调变压器的抽头位置、无功补偿设备的容量及PV和平衡节点的电压模值;x为状态变量。
无功优化仍有以下一些问题需要解决:
2.2.1 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。
2.2.2 由于以网损为最小的目标函数, 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。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。
2.2.3 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。
3 无功补偿
无功补偿可看作是无功优化中的应用实例部分, 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。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定, 能够有效地维持系统的电压水平, 提高系统的电压稳定性, 避免大量无功的远距离传输。
现有的配电网无功补偿方案有4种:a.变电站集中补偿方式;b.低压集中补偿方式;c.杆上无功补偿方式;d.用户终端补偿方式。
3.1 变电站集中补偿:
其主要目的是改善输电网的功率因素、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗, 这些补偿装置一般连接在变电站的10KV母线上, 因此具有管理容易、维护方便等优点, 但是这种方案对配电网的降损作用很小。
3.2 低压集中补偿:
它是目前国内比较普遍采用的一种方式, 它是在配电变压器380V侧进行集中补偿, 其主要目的是提高专用变压器用户的功率因素, 实现无功就地平衡。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量, 但对电力系统并不可取, 因为虽然线路的电压的波动主要由无功量的变化引起, 但线路的电压水平是由系统线路的电压等级决定的, 当线路电压基准偏高或偏低时, 无功的投切量可能与实际需求相差甚远, 出现无功过补偿或欠补偿。
3.3 杆上无功补偿:
主要是针对10k V馈线上沿线的公用变压器所需无功进行补偿, 因其具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理和维护等优点, 适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路, 但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿, 故其适应能力较差, 主要是补偿了无功基荷, 在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。
3.4 用户终端分散补偿就是在用户负荷所
在的位置就地补偿, 这种方式较前三种方式能大大的减少线损、改善电压质量、提高系统供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压所低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量电容器在较轻载时的闲置, 设备利用率不高。
4 配电网无功补偿遇到的问题
4.1 优化问题:
无功优化配置的目标是在保证配网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化, 计算过程相当复杂。为此曾采取了许多的假设, 比如固定负荷水平、统一线径、把树状配电网简化成梳状网, 显然这样的结果并不理想。
4.2 量测问题:
目前10KV配电网的线路上的负荷点一般无表计, 且人员的技术水平和管理水平参差不齐, 表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。
4.3 谐波问题:
由于电容器有放大谐波的副作用, 当谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响, 甚至造成电容器的过早损坏且将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理, 在有较大谐波干扰、又需要补偿无功的地点, 应考虑增加滤波装置。
4.4 无功倒送问题:
无功倒送会增加配电网的损耗, 加重配电线路的负担, 是电力系统所不允许的。很多厂家为了节约成本, 往往只选择一相做采样和无功分析。于是在三相负荷不平衡的时候, 就有可能造成无功倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户, 则可能在负荷低谷时造成无功倒送, 这应引起充分考虑。
4结论
试论低压无功补偿技术 篇9
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.
无功补偿技术综述 篇10
1基于柔性交流输电系统的无功补偿技术
柔性交流输电系统在我国电网中的应用最为广泛,也是经济价值较高的一种电力系统,应用静止无功补偿器能够并联多种电容器,通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角 , 既可以向系统输送感性无功电流 , 又可以向系统输送容性无功电流。这是由于补偿器的响应周期很短,并且具有极强的灵活性,能够连续不间断的输出功率,在其运行的过程中技术人员应当根据输出电流的大小来判断应当安装的电容数值,并且通过实验确保整个电网的安全运行和最大输出功率的实现,一旦发生用电安全问题可以采用消除电容组数的方式缓解,减轻大量电容对补偿器运行的负担,还可以采取协调配合的方式,也就是将电容器的切换时间调整开来,尽可能的减少冲突的发生。
2无功补偿技术的相应功能
2.1信号检测技术
目前对电网系统的检测方法包括区域控制实时分析法、频域分析分解法以及瞬时无功功率检测法等,这些方法都有各自的优缺点,技术人员应该根据实际的用电状况和电网的配置综合考虑选择。目前备受关注的基于广义瞬时无功功率检测法可以在电网电压不对称或畸变的情况下 , 仍能精确地分离出基波正序瞬时无功电流和不对称及高次谐波瞬时无功功率电流 , 并对它们进行有选择性的补偿或完全补偿,该方法以其快速精确的优点成为目前研究的热点。
2.2装置自身谐波消除技术
无功补偿设备具有自身的谐波消除功能,这是一种在消除电网谐波电流的同时不损伤自身功能的技术,一些做法是安装过滤器,但这样会极大的提高电力系统的运行成本,而采用电子电力逆变技术却能够很好的消除电流中的谐波。首先,由于逆变器所输出的电流形状是呈现不规则的脉冲状态,需要根据不同的逆变器测量出波峰之间的差值,并绘制出正弦曲线,以便于更好的分析用电高峰期电网的输出功率和安全指标,需要注意的是防止出现波形的叠加,这样不仅会影响谐波的消除效果,还会对电网的运行安全造成严重的威胁。其次,无功补偿技术中的正弦脉宽调制技术能够制作出我们期望中的正弦曲线,通过期望值与实际值的对比,找出电网设计中需要改进的地方,实现无功补偿的正弦化,也就是实现对补偿电流相位及大小的控制,对电网系统的动态补偿提供科学的技术支持。最后,就是组合相移技术,这种技术能够帮助无功补偿装置输出更好的波形,便于技术人员的研究和整个电网的输出量的控制,利用组合相移技术还可以提高开关器件的使用频率,但是对于大容量的开关控制还是有限的,但在原则上可以通过改进单元三角波载的相位提升相差的固定角度,也就是避免无功补偿器的输出波形的重叠,因此,将相移技术与多重化的脉宽调制技术结合在一起能够极大的减少电流的输出,不仅节省了电力资源,也为电网的用电安全和使用效率提供了极大的保障。
3应用无功补偿及时实现供用电双方共赢
3.1无功补偿与节能降耗的关系
无功补偿在电网的运行中起着至关重要的作用,这是由于在电源的供应过程中涉及到电能的转换问题,变压器也要依托于无功补偿的原理进行工作,并且,如果变电站距离供电区域较远,使用无功功率将电能输送到制定位置就能够极大的节约能源,并减少电网中有用功的消耗,提升用电质量。另一方面,电网中会有很多电能损失,尤其是三相交流系统更需要大容量的传输设备,确保在电阻和电抗之间不会有大量的电能损失,其中,管理线损是由于计量数据的误差而引起的,或者是管理过程中出现失误和疏忽导致抄表核算的遗漏和错误,因此,一定要加强无功补偿器的管理。而技术线损也是电网中耗能较大的环节,技术线损包括可变损耗和不变损耗,其受到电压高低和运输距离远近的影响,通过理论的分析和实地的调查能够找出电能损失的原因,从而采取有效措施解决。
3.2低压配电网无功补偿的方法
低压配电网的无功补偿方法首先包括随机补偿法,这种方法消耗的成本很低,但是不能够针对具体的问题进行解决,随机补偿是将低压电容器与保护装置的电机连接在一起,从而很好的限制用电单位的无功负荷 [3]。其次,随器补偿法是根据低压电容器的型号以及保险的连接位置而进行无功补偿的,通过降低保险配电器的两侧的电压使配变在轻载或空载是可以达到无功负荷,其优点是接线简单,管理和维护也非常方便,因此能够有效的提升补偿配变器的空载功率。最后就是跟踪补偿方法,这种方式与随机补偿正好相反,其能够对电网中的实际问题进行调查分析,从而制定最佳的、有针对性的解决方案,此法运用灵活,还可以极大的减轻维护工作量,使电网系统运作的更加长久。
3.3无功功率补偿容量的选择
无功功率补偿容量的选择方法首先包括单负荷的就地补偿,其主要应用于电动机当中,笔者通过查阅相关数据得出,受制于负载率及异步电动机的极对数不相同等因素,会出现负载过度补偿现象,尤其是在电动机的负载率很高的情况下。其次是对多负荷容量的选择,这种情况比较特殊,需要根据补偿前后的功率因素确定,但多负荷集中补偿的电容器装置安装极为方便,且运行的效率和质量都很高,因此被很多电力企业多采纳,由此可见,无功补偿技术应当根据电力系统中设备的负荷大小来确定需要投入多少无功补偿量,尤其注意高压变电器的补偿防御措施。
4结语
综上所述,本研究对电力系统中电网的无功补偿技术进行了阐述,与传统的无功补偿装置相比,具有自身谐波少、损耗电能少的优点,但是与西方发达国家先进的无功补偿技术相比还存在较大的差距,此技术还需要不断的研究与完善,尤其是集中控制的策略方面,相信通过不断的努力,无功补偿技术一定能够将我国的电网系统维护的更好,从而促进我国电力事业的蓬勃发展。
摘要：伴随着我国经济的发展与科学技术水平的提升,我国的电力事业也有很大的进步,笔者依据实际的工作经验,对无功补偿技术的相关问题进行了阐述,希望本研究能够为我国电网的安全稳定运行提供一定的借鉴意义。