智能无功（共8篇）
智能无功 篇1
近年来随着城乡电网改造的进行, 智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变被广泛应用, 它集低压无功补偿、综合配电监测、配电台区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身, 同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。
(1) 固定补偿与动态补偿相结合;三相共补与分相补偿相结合;稳态补偿与快速跟踪补偿相结合。
(2) 采用先进的投切开关, 主要有以下几种:过零触发固态继电器;机电一体化智能复合开关;机电一体化智能型真空开关。
(3) 电容投切控制采用智能控制理论, 自动及时地投切电容补偿, 实现电容器投切的智能控制。科学的电压限制条件, 可设置为投切延时。
(4) 集成综合配电监测功能。该功能集配电变压器电气参数测量、记忆、通信于一体, 是一套比较完整的配电运行参数测量机构。
(5) 集成电压监测功能, 根据电压检测仪标准进行采样与数据统计处理。
(6) 集成在线谐波监测功能。
(7) 具体通信方式有以下几种:手工抄表;直接通信;与FTU通信。
(8) 将电容器、投切开关、保护集成在一个单元内, 形成标准化单元, 满足不同用户要求, 便于装置在使用现场的维修与调整。
智能无功 篇2
【关键词】配电;无功补偿
随大多数电力负荷是感性负载，异步电动机、感应电炉、交流电焊机、日光灯等设备是无功功率的主要消耗者。另外，无功电源与无功占用不平衡，感应电动机和中小容量配电变压器。一般用电用户的功率因数滞相且较低，一般都会低于0．7以下，滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致电网电压降低。加装无补偿装置，能增加电网中有功功率的比例常数，就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少发，供电设备的设计容量，减少投资，能少在配电网中流失的无功功率，提高发输电设备利用率，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，降低有功网损，效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，最终提高供电企业的经济效益。
1.配电补偿的改进
在配电中，无功补偿的传统模式主要有以下三种型式：①装干配电电动机的单台就地补偿；②装干配电变压器配电侧的补偿箱；③装干企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电间的自动补偿柜(如PGJ柜等)。限于篇幅，对单台补偿问题本文不作讨论。配电补偿箱和补偿柜的技术改进和新技术应用归纳起来主要有以下几方面：由三相共补到分相补偿，以求达到更理想的补偿效果；由单一的无功补偿到同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置；从采用交流接触器进行投切，到选用品闸管开关电路投切，以及发展为等电压投、零电流切的最佳投切模式；智能型自动补偿控制器和配电变压器的运行记录仪相结合；将配电补偿的功能纳入箱式变电站或美式箱变的配电部分；采用不锈钢或航空铝板的箱体，具有防寒．防晒、密封、防潮、防锈的特点；选用干式或充SF6的自愈式并联电容器，提高运行可靠性，延长使用年限。
2.并联电容器的投切开关
2．1交流接触器
20世纪70年代广泛应用的PGJ补偿柜，都是采用交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其缺点是：①投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生火花，烧损触头，②切断电容时，容易粘住触头，造成拉不开，③涌流过大对电容器本身有害，会影响使用寿命。当时采用的措施是：适当选择额定容量较大的接触器，如用额定电流40A的接触器投切15kvar的三相电容器(IC=21．7A)，采用专用的接触器，其型号有CJ16、CJ19、CJ20C、B25C～B75C、CJ4l等系列；每台电容器加装串联小电抗器，用以抑制涌流。
2．2双向晶闸管开关电路
采用双向品闸管的无触点开关电路(又称固态继电器)取代交流接触器用于投切电容器的接线。其优点是过零触发，无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切的场合。但也存在以下缺点：采用双向晶闸管制造成本高，晶闸管开关电路的补偿柜价格要比采用接触器的补偿柜贵70％～80％左右；晶闸管开关电路运行时有较大的压降，运行中的电能损耗和发热问题不可忽视。以BzMJ0.4-15-3并联电容器为例，其额定电流为21.7A，如品闸管开关的电压降为1V时，3个晶闸管开关电路运行时，损耗的功率为：P=3×1×2.7=65.1W，如补偿柜的无功功率为90kvar，则全部投入时，品闸管的功率损耗为65.1×6=390.6W，以每天平均lOh计，日耗电量达3.906kW-h。年耗量约为l 426Kw.h，有功消耗的发热量还会增加整个补偿装置的温升，而需采用相应的散热降温的措施，如采用接触器则基本上不消耗有功；晶闸管电路的本身也是谐波源，大量的应用对配电电网的波形不利。因此，除了对品闸管开关电路加以改进外，还应使之在完成开合闸操作后退出，仍由与之并联的接触器维持电容器的正常运行。
2．3晶闸管和二极管反并联的开关电路
一个晶闸管和一个二极管反并联的接线方案与无触点开关电路的接线方案对比，由于相同容量的二极管的价格低于晶闸管，故用一只晶闸管和一只二极管反并联的无触点开关电路制造成本较低，而技术性能相近，但反应时间则较慢些，切除电容器时，从切除指令的输出到工作任务的完成，可以在半周波内完成，(即时间t≤10ms)。如采用无触点开关电路的接线方案，由于二级管的不可控性，通常其切除时间要在0.5～lHz之间，即切除时间t≤20ms。
2.4等电压投零电流切的新型无触点开关电路
等电压投零电流切的新型无触点开关电路的接线。其运行操作顺序说明如下：当投入电容器时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之在等电压时投入电容器，微电脑的控制器紧接着又发信号给接触器，使其触点也闭合，将品闸管开关电路短路，由于接触器闭合后的接触电阻远小于开关电路导通时的电阻，达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器先发信号给接触器，使接触器触点断开，此时开关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。
3.智能型自动控制器
3．1检测量和控制目标
检测量主要有COSф、无功功率Q和无功电流Iq三种，20世纪80年代中期多选用以COSф为检测量的控制器，执行手段是投切电容器，补偿的最终目的是减少进出电网的无功功率。此方案的主要缺点是：轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿，故新型的控制器已不再选用以COSф为检测量。检测量为Q的控制器，其工作原理是将电压和电流的信号送人霍尔元件或相敏放大器等具有乘法功能的器件，以测出Q=UIsinф，由于检测量和控制目标都是同一物理量，技术上是合理的，但检测难度要大些。检测量为Iq的控制器，利用了相电压u由正到负过零的瞬间，恰好就是A相无功电流最大值Iqmax的原理，用相电压U负过零信号控制，采用开关和简单的保持电路，以完成对Iq实时检测。这种方案的优点是：检测方法简单，不会发生震荡，补偿效果与电网电压的波动无关。
3．2检测点的设置方案
有两种选择方案：①控制器输入电压和电流信号的检测点设在补偿设备的前端A点；②检测点设在补偿设备后端B点。检测点A由于不能直接检测负载的无功功率，不易实现多组电容器的一次快速投切，通常采用逐级渐进的投切方式，较慢地达到应补偿值，因此仅适用于负载运行较平稳，无大容量冲击负载，不需要快速动态补偿的场合。如接于检测点B，其优点是仅根据负载Q和Iq测得值，决定电容器投入组数，是一种只管投切，不控制补偿后实际效果的控制方式，其优点是控制方式简单，可一次快速投切多组电容器，缺点是静态补偿的精度较差。
3.3配电综合测控仪和无功补偿自动控制器一体化
无功补偿自动控制器和配电综合测控仪的一体化问题是城网改造提出的配电网自动化问题，运行单位往往要求在配电变压器的配电侧同时加装无功补偿的配电电容器和配电综合测控仪。以北京首电科技研制的SDPD-2000配电综合测控仪为例，兼具配电变压器运行参数的数据采集．显示和记录以及无功补偿的智能控制和保护等两大功能。数据采集的范围包括：电压、电流、功率因数．有功及无功功率、有功及无功电量、谐波电压、谐波电流，每日电压和负载电流的最大值和最小值，停电时刻、来电时刻及累计停电时间，每相过电压、欠电压及缺相时间等参数，数据储存期为2个月。且具有RS232／485通讯接口，可采用现场或远程采集的方式。显示方面采用液晶显示器，全中文直观显示配电变压器运行的有关参数。无功补偿智能化控制方面取样的物理量为负载的无功功率Q；可对△-Y电容器组的任意组合方式进行调节；防止无功投切震荡及补偿呆区；当电网中发生过电压、欠电压、缺相、谐波或零序电流超标及电容器温升超标时，快速切除补偿电容器。
【参考文献】
［１］严兴畴．继电保护技术极其应用[J]．科技资讯，2007(6)．
无功补偿智能控制研究 篇3
本文讨论采用鲍威尔 (power) 算法优化在当前节点无功补偿容量的确定过程中, 因电压、电流、负载峰值等因素的影响, 会导致GA初始值的生成过程中产生的次优解或非合理解 (或称作“噪声”) , 即该文提到的基于Power-GA算法的无功补偿智能控制算法 (PGA-IRPC算法) 。为方便论述本文将文献[1]中提出的基于power和GA的家庭无功补偿智能控制算法定义为RGA-IRPC算法。
2 补偿装置、节点的确定
为便于比较, 本文选取文献[1]中提到的、相同的补偿装置、节点等基本实验条件。即, 采用MRC和电容组作为本文补偿装置的实验基础装置;采用家庭有源独立补偿方案作为补偿节点选取的依据, 选取配电柜作为补偿节点物理位置。为防止过多的有功损耗, 本文选取的具有无功补偿功能的电容器组和电抗器组均安装在节点位置。即本文设计的无功补偿智能控制流程为:由变电器出发, 至电缆, 至节点位置, 最后至终端用户。
3 补偿容量计算
3.1 算法基本思想
针对鲍威尔算法本身的采用的是共轭向量机制, 属于时间复杂度为O (nn) 的复杂问题, 本文提出采用双重遗传算法来优化遗传算法初始值的选取过程, 降低文献[1]中的RGA-IRPC算法在初始值选取过程中的时间复杂度。并且, 双重遗传算法可以有效地将初始值选取而产生的算法迭代过程与为计算无功补偿容量产生的遗传算法迭代过程整合在一起, 从而一定程度上降低了, RGA-IRPC算法在计算无功补偿容量过程中的时间和空间复杂度。
3.2 无功补偿主要流程
无功补偿智能控制流程主要包括:首先产生初始群体 (即第一重GA算法) ;其次, 采用第二重GA算法进行个体适应度计算;再次, 判断是否满足收敛条件 (即) ;然后, 对上一步不满足条件的依据第二重GA算法依概率进行复制、杂交、变异操作;最后循环判断上述收敛条件, 并最终获取终端无功补偿容量初始值的最优解。
第一重:首先, 将补偿容量上限设定为, 下限设定为 (为方便论述符号选为与文献[1]相同) 。其次, 利用GA算法获取终端无功补偿容量的初始值。再次将节点位置的终端无功补偿无功功率设定为Qci, 且满足如下关系:
3.3 算法对比讨论
但是, 本文算法并不是在所有情况下均优于RGA-IRPC算法。原因有二:一方面, 文献[1]中提出的RGA-IRPC算法是结合了power算法的GA算法, power算法本身采用了穷举策略, 因此在小样本、小影响因子的情况下, 穷举策略的power算法会比第一重GA算法运算速度更快;另一方面, 由于power算法采用了穷举的方式, 因此它获取全局最优解的几率是100%, 而本文提出的第一重GA算法在计算终端无功补偿容量初始值方面是在满足一定阀值的条件下高概率生成局部最优解。
在没有限制条件的前提下, 两种算法不能简单说优劣。但是, 在研究终端无功补偿智能控制的过程中, 不可能总是研究小样本、小影响因子的情况, 对于大数据条件下的研究更具有常态化视野。因此, 本文提出的基于双重GA的终端无功补偿智能控制算法具有更为广阔的普适性。
4 结论
虽然采用鲍威尔算法可以获取无功补偿容量确定过程中初始值的最优解, 但是其O (nn) 级时间复杂度影响了终端无功补偿智能控制过程中的应用范围, 也就是说, 随着电压、电流、负载峰值等因素的复杂程度的提升, 随着用户终端数目的增多, 随着无功补偿容量影响因素数目及数据量的不断扩大, RGA-IRPC算法在初始值选取过程中越来越“乏力”。因此本文提出了基于双重遗传算法的无功补偿智能控制思路, 算法初始值选取既能获取全局最优解而且还能够降低文献[1]中算法在此过程中的时间复杂度。
本文的不足之处还在于:由于篇幅的限制本文没有对文献[1]中已经论述过的“目标函数的确定”、“补偿容量的计算”等重复性内容进行展开论述。
摘要：我国学者有关终端无功补偿智能控制的相关研究主要集中在针对非线性问题的启发式算法的研究过程, 正如文献[1]所言, 通过鲍威尔算法可以规避因电压、电流、负载峰值等因素的影响而导致的无功补偿容量确定时应用遗传算法容易获取局部最优解的问题。但是, 鲍威尔算法本身采用的是共轭向量机制, 属于时间复杂度为O (nn) 的复杂问题, 即使其改进算法也是一个O (n2) 问题, 这并不利于对于大数据的求解。
关键词：遗传算法,鲍威尔算法,无功补偿
参考文献
[1]刘宁宁, 王佐勋.基于遗传算法的家庭无功补偿智能控制与仿真[J].齐鲁工业大学学报 (自然科学版) , 2015, 2:66-70.
[2]吴军, 王深, 吕霞.智能低压无功补偿算法及控制策略的研究[J].农业科技与装备, 2010, 12:40-43.
智能无功补偿装置的研究与应用 篇4
1 现状分析
安溪县是我国著名的乌龙茶产地, 名茶铁观音的故乡。安溪县官桥镇地处山区与工业开发区交界处, 农村用电负荷性质复杂, 公用配电台区有生活照明、作坊加工、季节性制茶、农业灌溉等负荷。感性设备在低压电网中输送大量的无功功率, 引起局部时段末端电能质量不合格现象。
根据“全国少有、福建仅有”的安溪茶乡茶季尖峰负荷特性, 该所打破了原有配电变压器增容、线路改造的做法, 采用低压电容器与继电器等配件相组合的方法, 实现电容器定时且在设定的电压范围内自动投切。
2 设计方案
2.1 主要特点
该无功补偿装置主要特点是自动定时补偿、维护方便、功能简单实用。具体方案:一是使用省公司招标的三相一位表箱, 以便于安装在用户住房墙壁上, 而且维护方便, 随时可以装拆;二是通过电容器与交流接触器、智能时控器、电压继电器、低压断路器等设备相配合, 实现过电压保护以及欠压自动投切功能。
2.2 装置原理
断路器实现过电流、短路保护;电压继电器实现过压、欠压上下限的交流接触器启动和关闭;智能时控器控制电容器的投切时间段, 实现在特定一个或多个时间段内的电容器投切。接线原理图如图1所示。
3 实施效果
3.1 实施前基本情况
QC小组以官桥镇新春村C0424台区为例。该台区配电变压器容量160 kVA, 供电半径420 m, 三相动力71户, 居民179户, 主干线为LGJ-70, 分支线为LGJ-35, 最高负载126 kW。该台区设备在《农村低压电力技术规程》及《架空配电线路设计技术规程》要求之内。但因为制茶设备、空调器等感性负荷设备的规律性投入, 致使台区末端功率因数低, 出现低电压现象。经过对补偿装置投资及负荷发展的考虑, 选择功率因数提高到0.9的方案, 故安装15 kvar电容器3台。智能无功补偿装置台账如表1所示。
3.2 实施效果
实施前后线损率对比如表2所示。
经测量统计, 新春村C0424台区末端线电压在用电高峰期可以提高15～20 V, 可以满足用户用电需求, 且线损率明显下降, 提高了经济效益。
3.3 经济效益
按照工程预算, 新春村C0424台区安装低压综合箱采用无功集中补偿方式需45 289元资金, 而采用无功补偿装置投资只需2 776.2元, 投资差额非常大。
4 无功补偿装置优点
一是安装灵活方便, 对环境要求不高, 配套设备少, 维护检修方便。二是投资少, 见效快, 由于电压等级低, 设备在市场上即可购到。三是目前市场提供的无功补偿装置功能多、价格贵、体积大, 而结合现场实际配备的无功补偿装置价格便宜、体积小, 可用有限的资金来大范围安装无功补偿装置, 提高末端电压。
智能无功 篇5
关键词：农网,低压配电,智能无功补偿系统
1 农村低压配电网及末端用户无功补偿现状
当前我国城乡供电网中, 0.4KV线路为主干线, 尤其是农村配电网, 供电半径大、负荷季节性强、用电时间集中, 所以功率因数非常低, 有的地区的功率因数低于0.6, 整个供电网长期处在无功不足的状态下运行, 造成线路损耗极大, 电压质量极差。根据国家对农村电网的要求, 将对农网进行大规模的技术改造, 其目的是提高农网供电的可靠性, 保证农网供电电压质量, 增加农网的经济效益。而农网技术改造的一项重要内容就是对低压配电线路实施无功补偿。从城网改造的效果看, 并联电容器的无功补偿装置以其性价比高, 稳定可靠, 已成为无功补偿市场的主流产品。
2 无功补偿配置优化思路
2.1 对于低压配电线路的无功补偿
主要采用分段和分散补偿及集中补偿方式, 确定相应的补偿容量, 优化设备的补偿位置, 提高电压质量。对供电半径较长的线路, 由于末端负荷的急剧增加, 补偿的重点也必须向末端移动。同时, 为了解决固定无功补偿装置易欠补或过补的缺点, 降低人员维护操作强度, 根据线路的电压、无功、功率因数等参数, 为多条功率因数低的线路在合理的地点安装智能无功补偿装置, 自动合理地控制并联电容器组的投切, 补偿无功, 从而提高线路的功率因数和电压质量。
2.2 对于用户的无功补偿
对于小用户的用电设备.须进行就地补偿, 如加装随机补偿电容器。改造之前, 大多用户都是用固定电容器组与用电设备的供电回路并联, 来改善电压质量, 提高功率因数的;现在的条件下, 应加装智能电容器来实现自动补偿。同时, 针对大用户也要配置自动无功补偿装置。但自动无功补偿装置中电容器的接线方式和投切策略是决定无功补偿不同侧重效果的关键因数, 须加以认真的分析研究, 才能经济高效地用好无功补偿系统。
3 无功补偿装置简介
无功补偿装置主要有电力电容器及电抗器, 微机控制器, 系统电参数测量模块, 触发控制模块, 通讯模块等五大部件组成。主回路中的电容器组有三角形和星形两种主要连接方式, 也可同时具有三角形和星形的混合连接方式, 还有电容器和电抗器串联组成的滤波器方式。
3.1 三相共补方式
三相共补是依据低压供电系统达到了三相基本平衡, 补偿电容器组采用三角形接法;以晶闸管作电容器组的投切元件, 以目标功率因数作为控制目标, 检测系统网的无功量的大小来控制并联的三相电容器组的投切。三相共补的优势是对三相电容器的单价比三个单相电容器组成的星形接法等效补偿来说, 价格成本要低1/3。
3.2 三相分补方式
该方式分别检测三相电网的无功量, 微机控制器根据各相无功量的大小及目标控制功率因数计算出各相需补偿的电容量, 以使三相的功率因数基本达到目标控制的功率因数。该方式下的单相电容器成星形连接。能将三相不对称负荷的功率因数补偿到基本一致, 因而避免了三相共补时会发生某一相过补或欠补造成的三相电压不平衡, 使供电电压质量得到保证。虽然该方式制造成本相对较高, 但在实际使用中却取得了较好的效果。
3.3 三相共分补混合补偿方式
该方式兼容共补与分补之长, 是目前最常用的补偿方式之一。该方式分别检测三相电网的无功量, 微机控制器根据各相无功量的大小及目标控制功率因数, 先算出3个单相具有的同等大小的补偿容量, 再除以3即为等效三角形接法的电容量, 做共补部分;再算出各相剩余的无功补偿电容量, 做分补部分;在控制器发出投切命令后, 触发控制模块根据“零压投, 零流切”进行一次性投切。
3.4 无源滤波器补偿方式
无源滤波器具有多个滤波支路, 滤波支路由投切元件、电容器、电抗器组成;不但能有效治理谐波, 同时也能进行无功补偿。
4 智能电容器简介
智能电容器集成了智能控制模块、快速投切开关和电容器保护, 设计结构精巧, 可以灵活配置, 特别适合农网用户对无功补偿的需求。智能电容器构成的无功补偿系统与常规电容器产品构成的无功补偿系统有很多的优势。
4.1 模块化结构
智能电容器为模块化结构, 体积小、现场接线简单、维护方便。只需要增加模块数量即可实现无功补偿系统的扩容。
4.2 嵌入投切开关模块
智能电容器内置投切开关模块。投切开关模块由晶闸管、磁保持继电器、过零触发导通电路和晶闸管保护电路构成, 实现电容器“零投切”, 保障投切过程无涌流冲击, 无操作过电压。开关模块动作响应速度快, 可频繁操作。
4.3 控制技术先进
控制物理量为无功功率, 采用无功潮流预测和延时多点采样技术, 确保投切无振荡。重载时, 无功得到充分补偿。
4.4 性价比高
体积更小, 功耗更低, 机箱内温升更低, 价格更廉, 节约成本更多, 使用更加灵活, 维护更加方便, 使用寿命更长, 可靠性更高的特点, 适应现代农网对无功补偿的改造要求。
5 农网无功补偿系统的实时监控
由于农村配电和用户及其分散, 一但无功补偿装置出现故障, 装置将长时间的处于不良工作状态, 无人值守的监控通信功能在农网改造中越发显得重要。所以, 选用的无功补偿装置应能由主站和本地设置、查询和上报无功补偿装置的报警信息功能:
1) 过压报警;
2) 欠压报警;
3) 谐波越限报警;
4) 缺相报警;
5) 轻载报警;
6) 零序电流超限报警;
7) 过温报警:电容器过温时装置能够定位并报警;
8) 电容器开关故障时装置能够定位并报警;
9) 负荷过载报警;并能在报警时的第一时间通过GPRS上传到管理人员的手机上, 便于及时维护。
参考文献
浅析智能型无功动态补偿装置功能 篇6
1 谐波的危害
(1)谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以至损坏。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就使上述(1)和(2)的危害大大增加,甚至引起严重事故。
(4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并会使电气测量仪表计量不准确。
(5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致住处丢失,使通信系统无法正常工作。
该校工科楼变电所、理化变电所就相继发生过多起补偿电容器和投切接触器无端烧毁的事例。究其原因:该两处变电所所管区域内有实验室、计算机机房等大量使用电子设备的负荷,而原功率因数调整系统采用的是常规普通型电容补偿装置,对谐波不能治理反而加大危害程度。
2 常规功率因数补偿装置的缺陷
(1)控制特性差,运行可靠性低,控制器的采样电流仅取一相,不能准确反映三相负荷功率因数的实际情况,(实践中低压配电系统中三相负荷不平衡情况较为严重)装置无法对突变冲击负荷实现动态跟踪补偿,导致误补、欠补。
(2)采用接触器投切电容器投切冲击电流大、易产生操作过电压和合闸浪涌,对电网造成冲击,电容器受冲击,寿命短,接触器触头易烧结,不宜频繁投切等弊病。
(3)由于装置本身缺陷易造成的谐振现象,致使谐波电压、电流再次放大,加重谐波危害程度,损坏供电设备和用电器。
综上所述常规的功率因数补偿装置已不能适应现在日益发展的电力行业的要求,近年来,采用全新高科技,集微电脑、机电一体化、全自动高精度,利用可靠的光电隔离技术,实施对系统无功功率动态跟踪,即时补偿的功率因数调整装置应运而生,已逐渐替代老式的装置。该装置是一种由微电脑控制,集多功能电参数测量,监视、分析、通讯、统计和无功动态补偿融为一体,从而实现低压配电网路优化的自动化管理。
3 装置主要功能及特点
(1)控制物理参量:装置的无功补偿以系统无功功率作为控制物理参量,由系统电压、功率因数和谐波电流超值予以限制,跟踪采样,克服了原先由功率因数取样存在的取样值与控制物理量不能对应,轻载低功率因数条件下容易发生的投切震荡和补偿呆区,使系统能在较高功率因数状态下正常运行,并不受负载影响,补偿效果更为明显。
(2)装置采用无触点大容量半导体器件投切电容器:正确敏捷的可控硅触发技术,以无触点投切电容器替代传统的有触点投切方式,从根本上消除了难免发生的操作过电压、合闸浪涌和触头拉弧等诸多缺陷,电容器投切响应速度特快,可达到≤20ms,解决了采用接触器投切电容器无法实现的快速频繁操作和无法对许多突变冲击负荷进行动态跟踪补偿。
(3)组合方式灵活:当前在低压配电系统中三相不平衡情况较为严重,三相对无功补偿的要求不一样,装置采用分补与共补相结合的方式,根据“填平补齐”原则既可缓和三相不平衡,又能获得最佳的投运效果,经济高效。
(4)完善的保护功能:装置具有过电压、失压、缺相、过电流、谐波电流超值保护和谐波电压监测功能,该装置具有反相序、缺相切除全部电容器功能,并设有过压保护,当母线电压高于410 V时,控制器的软件闭锁,停止投入电容器组。当欠压时,母线电压低于额定电压380 V时,控制器软件闭锁,停止切除电容器组。安全可靠,无需专人值守。
(5)谐波检测监控功能:谐波对系统的影响已经成为配电网络一大污染,装置对系统中存在的基波~25次谐波电压含有率、谐波电流含有量和谐波电压、谐波电流总畸变率进行实时检测、分析、统计,由装置管理软件生成相应的表式和曲线。为用户分析谐波源采取必要措施提供依据,同时装置在参数设置项中有一项设置谐波保护定值,用于防止在谐波超值时投入电容器造成放大谐波电流的危害。
(6)可调投切延时功能:装置具有根据投切延时的不同要求可以设定调节,主要用于保证电容器充分放电,起到保护电容器的作用。
(7)自动化管理功能:装置以有线或无线通讯方式,经数据采集转发器与计算机联网,由系统专用数据分析软件将装置存储数据、浏览、打印成报表和曲线,实现配电网络自动化管理。装置可存储(60)80 d系统运行数据,用户根据数据分析表式和曲线,掌握配电网系统运行情况,找出系统运行薄弱点,予以克服与强化,达到优化网架的目的。
4 效果分析
(1)装置将系统无功补偿设置在低压负载末端,可提高变压器输电线路的利用率,降低设备及线路投资成本,对用户而言可以获得最大的经济效益,变压器及输电线路可得到充分利用。
根据,其中:S为视在功率,P为有效功率,Q为无效功率;
或,其中:I为视在电流,IP为有功电流,IQ为无功电流。
,其中,COSΦ1为补偿前的功率因数,COSΦ2为补偿后的功率因数。
当负荷消耗的无功功率Q(或者无功电流Iq)由装置输出予以补偿,则变压器和输电线路所承担的负荷(视在功率)在补偿效果达最佳状态时(COSΦ≈1),仅为负荷消耗的有效功率。
功率因数每提高一个百分点,变压器、输电线路利用率也提高一个百分点。
(2)改善负荷(电动机)启动特性和运行特性,减少电网污染,延长变压器及输电线路的寿命。
装置实现动态即时跟踪,对突变冲击负载就地采用动态跟踪补偿可消弱冲击负荷(大负荷)启动时对电网的冲击,既改善了负荷(电动机)启动特性和运行特性,又改善了电网污染,同时可延长变压器、负荷受电设备和电容器的使用寿命,使用户获得优化的电能品质。
5 结语
通过以上分析,不难看出采用智能无功动态补偿技术,可以根据系统实际运行情况,进行复杂的综合分析、运算和优化处理(包括对历史记录的分析处理)实现快速、准确、可靠的无功补偿优化控制,加以装置配置有数据采集、传输、控制系统,能使输配电网有效地联调,从而得到更好的无功补偿效果。总之,该装置是目前变配电系统使用的功能较齐备和安全可靠的功率因数调整设备,因而得到了广泛的应用。该校独墅湖校区新建变电所、前述老校区部分变电所自采用更换该装置后,经过几年来的运行实践,结果表明,低压变配电系统中的功率因数指标始终控制在设定值(COSΦ=0.95±0.02)以上范围内,而且设备运行稳定,性能良好。
参考文献
[1]魏玉莉.无功经济当量及其统一计算公式推导[J].信息通信,2013(8):27.
配电网智能无功补偿装置的设计 篇7
关键词：配电网,无功补偿,装置,设计
本文对现有智能无功补偿装置的不足, 结合配电网的特点, 设计包含两组电容器的动态无功补偿装置, 采用计算机技术实现自动控制, 能够有效弥补传统无功补偿装置的不足, 同时两组电容器共用一套保护装置, 采用GPRS进行实时无线通信, 将所采集的数据信号传输给上位机, 有效地解决了长距离新路传输不稳定的问题。
1无功补偿理论及技术评价
无功功率 (reactive power) 主要是指电场中, 用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率, 凡是有导线的电气设备, 要建立磁场都需要消耗无功功率。通常情况下, 用电设备需要从电源侧获取无功功率。一旦电网中的无功功率需求量增加, 用电设备就无法获取足够的无功功率来建立电磁场, 从而影响用电设备的正常运行, 而且还会加大电力线路的电压损失。由此可见, 无功功率对供电系统中有着非常重要的作用, 需要我们借助无功补偿技术可以有效的降低供电变压器及输送线路的损耗, 有助于提升电能的使用效率。在无功补偿技术方面主要采用的是同步调相机和并联电容器, 同步调相机属于旋转设备, 在动态补偿过程中会产生较大的损耗好噪声, 技术方面比较落后, 而并联电容补偿方式则较为灵活, 但是只能补偿固定无功, 目前在我国较为常见。
对于无功功率的补偿原理, 主要是针对感应电动机和变压器, 通过减少无功功率的需求量来提高电气设备的自然功率因素。通常情况下, 感应电动机和变压器在空载或者轻载时具有较低的功率因数和效率, 所以必须要限制或者避免感性负载的空载或者轻载运行。可以通过适当控制运行电压来减小无功用电, 提高功率因数。无功补偿装置是供电企业常用的降低线损措施, 该技术主要借助无功补偿设备提供一定的无功功率, 从而提升配电网系统的功率因数, 降低电能损耗。无功补偿技术投资少, 见效快, 而且能够有效地改善电网电压的质量。
2智能无功补偿技装置的设计
在智能无功补偿装置优化设计过程中, 需要满足高质量的电压, 确保配电线路及用户侧所有的运行电压在额定值附近, 功率因素和各, 对工企业以及用户的功率因素进行考核, 灵敏度满足要求, 在保证电压和功率因素正常的情况下还应该对灵敏度进行校验, 尽量减小网络损耗。本文研究的配电网智能无功补偿装置采用一体化式设计, 具体包括高速主控芯片、快速采集主板、GPRS无线数据传输至上位机控制系统、控制系统需要支持扩展的九区图数据模块。一体化补偿装置可以实现两组并联电容器进行控制。下面就对智能无功补偿装置的设计进行详细分析:
2.1硬件设计
配电网智能无功补偿装置的硬件设计主要以检测和控制为目标, 系统主控制单元以智能单片机为核心, 完成对配电网线路损耗的采样、计算、输出、自检以及通信传输等功能。控制器则主要包括由智能单片机为核心的控制单元, 对电网电压和电流进行采样的数据单元, 数字相位计单元, 执行驱动器单元, 键盘和显示单元以及通信单元组成。其中, 键盘是用来设定智能无功补偿装置控制参数的, 例如电压极限, 功率因数等, 可以选择手段运行或者自动运行方式。控制器带有标准的RS232串行通讯接口, 可以和上位机进行轻松互联。数据采集通道是完成电平转换隔离, 量值检测的输入通道, 来自互感器的交流电压、电流信号经过数字相位仪进行相位比较获取相位差。
2.2软件设计
配电网智能无功补偿装置的软件主要是一种实时功能处理软件, 能够迅速的回复指令和发送控制信号。在该设备中, 智能单片机软件采用C196语言进行编写, 采用模块化设计, 具体包含主程序模块、采集程序模块、各种电量的计算程序模块、键盘显示程序模块以及通信程序模块等。配电网智能无功补偿装置在实际运行过程中, 先进性自检和初始化工作, 然后开放串行中断, 扫描键盘, 进入处理模块, 进行参数设定。最后采集电流、电压数据并进行计算, 并将计算数据上传至控制系统。通过客户端系统界面, 能够准确清晰的反应电网线路以及电气设备的运行状态, 为工作人员提供准确的数据信息。同时, 还实现配电网无功优化补偿以及调度优化、配电网理论损耗、补偿电容器最优配置与运行故障预警功能。
3总结
综上所述, 线损是供电企业技术水平考核的重要指标, 线损水平的好坏能直接反映一个供电企业的技术水平和管理能力, 因此在现代化电网建设过程中, 降低电能损耗就成为人们关注的焦点问题。本文主要分析了配电网智能无功补偿装置的优化设计, 首先就无功补偿的基本原理进行简要阐述, 然后对智能无功补偿装置的软硬件设计进行了详细分析, 为日后的研究提供理论基础。
参考文献
[1]李科丛, 于雪庭.10k V配电网无功补偿优化与应用分析[J].科技创新导报, 2015 (05) .
[2]刘晓松.配电网无功补偿技术及其应用分析[J].电子制作, 2014 (16) .
一种智能无功补偿控制器的设计 篇8
1 使用传统控制器的投切振荡现象
传统的控制器是使用等容量循环投切,而电网所要补偿的容性无功功率的数值往往是连续的不分等级的,受硬件条件的限制,补偿装置提供的容性无功功率通常都是有限的几种等级数值,这是供需矛盾,这对矛盾在系统负载比较小时表现最为突出。
举例说明:某用户有一台315 k V·A的变压器,用20 kvar的电容器组共5只,补偿无功总容量为100 kvar,采用常用的JKG(L)型控制器,此控制器的控制物理量是功率因数,目标功率因数投入设定是滞后(感性)0.92,切除设定是滞后(感性)0.99。在某时刻发现系统视在功率为12.5 k V·A,感性无功功率为10 kvar,功率因数为滞后0.60,控制器出现一直不停的进行投切动作。分析其原因是单组电容器的容量(20 kvar)远远大于系统所需补偿容量(10 kvar)所致,当控制器没有投入电容器组系统功率因数是0.60,根据传统控制器控制原理系统功率因数低于目标功率因数时控制器必须投入电容器组,当20 kvar电容器组投入后因多补偿了10 kvar的容性无功功率,使得补偿后的功率因数从感性的0.60变为容性0.60,由于传统控制器的切除功率因数门限是滞后0.98～0.99,所以使控制器又需要切除刚投入的电容器组,这样就不停的来回重复动作,这就是所谓的投切振荡。其弊端有两点:(1)频繁而无意义的投切动作大大缩短了电容器组和交流接触器的使用寿命;(2)电力系统虽然安装了补偿装置却达不到预期的补偿效果。
2 智能无功补偿控制器的工作原理
以上现象大部分用户都会遇上,不同的只是轻重而已,要解决以上问题,做到以下三点即可:(1)控制器的投切控制物理量必须是无功功率;(2)所有电容器组不能取等容量,应进行大小搭配;(3)控制器应具有自动挑选合适容量电容器的能力。
为了适应电网负载大小变化而进行电容器容量大小搭配的做法,称为输出编码。为解决投切振荡问题智能无功补偿控制器采用了输出编码控制投切电容器。控制器提供12种投切编码方案,采用输出编码方式控制,可通过修改控制参数任意选择。
采用编码方式控制时,电容器容量的大小就不能随意给定,它应符合一定的规则,控制器提供了11种(Pr-1～Pr-11)电容容量比例大小搭配方案分别是:
智能无功补偿控制器原理是以需要补偿的无功功率的大小为目标,通过编码补偿电容计算投切电容容量等于或近似目标无功功率。智能无功补偿控制器根据电容编码方式计算出与补偿需求最相近的容量执行投切动作,实现精确的无功功率的投切,避免投切振荡。
用智能无功补偿控制器来解决上面例子的问题:根据电网参数的特点选Pr-3编码方案并使用了其中的6个回路接补偿电容,剩余的6个回路未使用,根据补偿总容量和Pr-3编码方案的容量比例关系第一回路取5 kvar、第二回路取10 kvar、第三回路取20 kvar、第四回路取20 kvar、第五回路取20 kvar、第六回路取20 kvar,共6只电容器组。这样系统的补偿容量是5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95 kvar共19种补偿容量,由此可见6只电容器可以实现19种容量的补偿,补偿精度为5 kvar。如果采用传统的等容量的接法那么容量将是15 kvar×6,补偿容量分别是15,30,45,60,75,90 kvar共6种容量的补偿,精度为15 kvar,由此可见编码方式投切控制的精度要高于传统投切控制的精度,这样可以有效避免投切振荡。
当智能无功补偿控制器测量到电网无功功率为10 kvar时控制器只要投入第二回路即可,当电网无功功率为15 kvar时只要同时投入第一第二回路,当电网无功功率为20 kvar时只要投入第三回路即20 kvar。再如已投入第一第三组电容(25 kvar)已满足要求,但此时负载发生变化,无功功率增加了15 kvar,控制器计算出总无功功率是40 kvar,控制器马上作出切除第一组并投入第四组电容指令,这时候补偿的是(20+20)kvar,使补偿目标无功功率始终保持在最佳状态。供电系统所需投入、切除容量的选择,由智能无功补偿控制器自动完成。由于智能无功补偿控制器采用无功功率控制电容器组的投切,所以在这过程中,没有投切振荡的问题。而使用传统等容量投切方式解决上面应用时,只有无功功率是15 kvar是不会投切振荡,其他10,20,40 kvar的无功功率下都会引起投切振荡。
3 总体设计
控制器由电源、MCU(微处理器)、CS5463芯片(信号采样集成电路)、显示和输出继电器组成,系统原理框图见图1。
智能无功补偿控制器,采用高速高性能的微处理器为核心器件同时对三相电压和三相电流信号取样,12种投切编码方案,可通过修改控制参数任意选择,控制参数一经修改永久保存,掉电不丢失数据。设计时采用基波功率因数和基波无功功率复合控制电容器组的投切方式,对谐波有一定抵抗功能,不受谐波干扰无投切振荡,保证投切稳定。考虑到控制器安装场合一般谐波比较大,且控制器的投切控制物理量是无功功率,因此选用适合测量无功应用和有谐波的场合的专业芯片CS5463。由于补偿装置需要同时取样三相电压、三相电流信号,因此采样3片CS5463芯片,连接如图2所示。
CS5463芯片带有串行接口和Δ∑模/数转换器,能够进行高速功率(电能)计算的高度集成芯片。其可以通过使用低成本的分压电阻器或电压互感器测量电压,使用分流器或电流互感器测量电流,从而计算出有功功率,还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算,可满足设计者的多方面需求。此外,芯片内还带有温度传感器,有助于设计者调整温度漂移误差,提高测量精度。CS5463芯片的内部结构框图如图3所示,PGA为可编程增益放大器。
4 稳定性和抗干扰性
控制器设计时考虑到系统的稳定性和抗干扰要求比较高,微处理器选择宏晶科技的STC12C5410AD,该MCU能够轻松通过4 k V快速脉冲干扰(EFT)试验,具有超强抗干扰能力;6 k V静电可直接打在芯片管脚上,具有极高的抗静电性(ESD);同时LQPF32脚的芯片封装,在PCB板上的抗干扰性能也要比DIP形式封装的要好。
由于控制器现场干扰比较大,因此设计时充分考虑了EMC问题,电源初级进线部分采用滤波器处理,MCU和CS5463芯片除了每片加100μF电解电容和0.1μF的磁片电容外,还在芯片的下面作了覆铜处理,所有晶振外壳都接地,CS5463芯片模拟地和数字地用磁珠隔离开等措施。
经过上述措施处理后控制器顺利通过EFT(电快速瞬变脉冲群)四级(±4 kV)、ESD(静电)、Surge(浪涌)等测试,达到设计指标。
5 结语
经过现场实际使用,一台智能无功补偿控制器可以完成过去需要的多台控制器组合使用才能实现的功能,非常适合于矿井使用变频器较多、负载不平衡的电力系统作无功补偿控制之用。
参考文献
[1]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.