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工業(yè)企業(yè)供電課程報告電網(wǎng)無功補償裝置 學(xué)生姓名: 班級學(xué)號: 任課教師: 提交日期:2011.12.12 成績: 電網(wǎng)無功補償裝置一、研究背景、現(xiàn)狀和意義1.0無功問題背景隨著我國經(jīng)濟改革的不斷深入,國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長,工業(yè)企業(yè)的數(shù)量不斷增加,人們生活水平不斷提高,這些都導(dǎo)致電量的需求大大增加。相比較而言,我國發(fā)電機的裝機容量與輸配電能力的增加速度沒有需求快,致使我們一些省份出現(xiàn)“電荒”的情況,尤其一些經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)和用電負(fù)荷較大的大中城市。更有甚者,部分城市在用電高峰期出現(xiàn)拉閘限電以使電網(wǎng)正常運行的情況,嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟的發(fā)展,也給人民群眾的生活帶來很大不便。電壓是電能主要質(zhì)量指標(biāo)之一,電壓高低反映無功出力與用戶無功負(fù)荷是否平衡。就我國來說,電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷主要為感應(yīng)電動機、變壓器、感應(yīng)電爐與電弧爐、電焊機與電焊變壓器、整流設(shè)備等感性負(fù)載。這些負(fù)載在消耗著大量有功功率的同時也在消耗著大量的無功功率,造成電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。大量感性負(fù)載的使用使得必須提供足夠的無功容量滿足負(fù)載要求,否則會造成電網(wǎng)電壓降低,電網(wǎng)供電質(zhì)量下降的不良后果。當(dāng)電網(wǎng)低電壓運行的危害可以歸納為以下6種1:(1) 當(dāng)電壓下降到額定電壓65-70時,無功靜態(tài)穩(wěn)定破壞,發(fā)生電壓崩潰,造成大面積停電事故;(2) 發(fā)電機因運行電壓降低而減少它的有功功率及無功功率的輸出,由于定子電流與轉(zhuǎn)子電流受額定值限制,因此發(fā)電機的有功出力及無功出力近似與運行電壓成正比關(guān)系;(3) 送變電設(shè)備因運行降低而增加能耗;(4) 燒毀用戶發(fā)動機;(5) 由于電源電壓下降,引起電燈功率下降、光通量減小和照度的降低。(6)發(fā)電機因電壓低而影響有功及無功出力。由上式可見,當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)時,發(fā)電機的電壓和電流又不能超過額定值,顯然這時發(fā)電機所能發(fā)出的有功功率就減小了。功率因數(shù)低,發(fā)電機所發(fā)出的有功功率就愈低,而無功功率卻愈大。無功功率愈大即電路中能量互換的規(guī)模愈大,即發(fā)電機發(fā)出的能量就不能充分利用。感性負(fù)載分布的不規(guī)律性也要求電網(wǎng)根據(jù)負(fù)載情況合理分配無功,否則容易形成大量的無功功率在電網(wǎng)中流動,降低電網(wǎng)容量,使得電網(wǎng)線路損耗增加,同時也增加了電網(wǎng)的運行成本,影響電力系統(tǒng)供電的經(jīng)濟性。當(dāng)前國家要落實科學(xué)發(fā)展觀,大力推行節(jié)能降耗,所以研究無功補償技術(shù),提高電網(wǎng)運行質(zhì)量,具有很重要的意義。低壓配電系統(tǒng)中,接有大量的感性負(fù)載,如感應(yīng)電動機,電焊機,電弧爐及氣體放電燈,這些設(shè)備工作時會使低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)很低,而供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定:“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時的功率因數(shù),應(yīng)該達到以下規(guī)定,100kv及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、功率因數(shù)為0.85以上。農(nóng)業(yè)用電,功率因數(shù)為0.80.凡功率因數(shù)不能達到上述規(guī)定的新用戶,供電企業(yè)可拒絕接電。對已送電的用戶,供電企業(yè)可終止或限制供電?!?為此,在進行供電配電系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)考慮功率因數(shù)是否達到規(guī)定值,否則,應(yīng)考慮采取措施,提高低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。1.1無功補償現(xiàn)狀靜止式電容柜是低壓電力配電系統(tǒng)常用的無功功率補償裝置,無功補償控制器是其核心控制部分。老式的無功補償控制器多數(shù)是以作為投切電力電容的唯一判斷依據(jù),即分別設(shè)定投入門限和切除門限的值,如果測量出當(dāng)前的電網(wǎng)功率因數(shù)小于投入門限則投入電容器,若大于切除門限則切除電容器。但是作為投切電力電容的唯一判據(jù),有很多不足之處。比如當(dāng)三相無功不平衡時,電容補償無法分別滿足各相的無功需求;在小電流(負(fù)荷較輕)時,容易出現(xiàn)電容器振蕩投切等情況。同時近年來,隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用,引發(fā)電力配電系統(tǒng)的諧波分量增多,也直接造成投運電容柜的損壞。1.2無功補償?shù)囊饬x:(1)補償無功功率,可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù),從而提高電工設(shè)備的利用率,在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場合,通過適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載3;(2)減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計容量,減少投資。例如當(dāng)功率因數(shù)增加到時,裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之,增加0.52KW。對原有設(shè)備而言,相當(dāng)于增大了發(fā)供電設(shè)備容量。因此,對新建,改建工程應(yīng)充分考慮無功補償便可以減少設(shè)計容量,從而減少投資。(3)裝設(shè)靜止無功補償器(SVS)還能改善電網(wǎng)的電壓波形,減小諧波分量和解決負(fù)序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等,還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。(4)合理地控制電力系統(tǒng)的無功功率流動,從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平,改善電能質(zhì)量,提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力。(5) 降低功率損耗和電能損耗,當(dāng)有功負(fù)荷不變時,功率因數(shù)越高,負(fù)荷電流越小,而電力設(shè)備的損耗與負(fù)荷電流的平方成正比。若輸配電線路上輸送功率,輸送端電壓為,線路電阻為R,則在線路上的有功損耗 ,即線路功率損耗與夠的平方成反比,功率因數(shù)越高,有功功率損耗就越小。減少設(shè)計容量,減少投資,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以,功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標(biāo),規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。二、設(shè)計方案2.0無功補償原理45:在實際的電力系統(tǒng)中,大部分負(fù)載為異步電動機。包括異步電動機在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作是電阻R和電感L串聯(lián)的電路,其功率因數(shù)為:,給R、L電路并聯(lián)接入電容器C之后,電路如圖2.0.0所示。該電路的電流方程為:圖2.0并聯(lián)電容補償無功功率的電路和向量圖由上圖的向量圖可知,并聯(lián)電容器后電壓U與電流J的相位差變小了,即供電回路的功率因數(shù)提高了。此時供電電流,的相位滯后于電壓這種情況欠補償。若電容器C的容量過大,使得供電電流,的相位超前于電壓U,這種情況稱補償,其向量圖如圖2.0c)所示。通常并不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r,因為這起變壓器二次側(cè)電壓的升高,而且容性無功功率在電力線上傳輸同樣會增加損耗。如果供電線路電壓因此而升高,還會增大電容器本身的功率損耗,使增大,影響電容器的使用壽命n1。靜態(tài)補償電容柜的控制器測出電路的功率因數(shù)并決定要補償?shù)碾娙萜?,并投入電容器補償,需要一定的時間。特別是某個或幾個電容器從電路中切除后需要有一定的時間間隔進行放電,才可以再次投入。有的負(fù)載變化快,這時電容器的切除、投入的速度跟不上負(fù)載的變化,所以稱為靜態(tài)補償。靜態(tài)補償?shù)膬?yōu)點:價格低,初期的投資成本少,無漏電流。缺點:涌流大,影響接觸器的使用壽命,應(yīng)用時要采取限流措施(如采用限流接觸器)。動態(tài)補償采用晶閘管控制電容器的接入和切除,選擇電路上電壓和電容器上電壓相等時投入、切除,此時流過晶閘管和電容器的電流為零。解決了電容器投入時的涌流問題。動態(tài)補償?shù)膬?yōu)點:涌流小、無觸點、使用壽命長、投切速度快(小于20ms)。缺點:價格高、發(fā)熱嚴(yán)重、耗能、有漏電流。并聯(lián)電容器無功補償方式按照電容器安裝地點的不同又可分為集中補償、分組補償和就地補償n1。1分組補償方式:將電容器組安裝在功率因數(shù)較低的終端配電所高壓或低壓母線上,也稱作分散補償。這種方式與集中補償方式有相同的優(yōu)點,僅無功補償?shù)娜萘枯^小,但是分組補償效果明顯,使用比較普遍。2集中補償方式:將電容器組直接安裝在變電所的610KV母線上,用來提高整個變電所的功率因數(shù),使變電所在供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡??梢詼p少高壓線路的無功損耗,而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。3就地補償方式:將電容器組安裝在異步電機或者電感性用電設(shè)備附近,就地進行無功功率補償。這種補償方式既能夠提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù),又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量,對中小型設(shè)備十分適用。2.1并聯(lián)電容器組:下圖為變壓器低壓母線上的并聯(lián)電容器組的示意圖,每段母線根據(jù)的情況不同并聯(lián)的電容器組數(shù)是不同的。電容器的投切是通過1DL,2DL這些真空斷路器來控制的。由于每個真空斷路器下的電路圖都是相同的,所以只畫出了一組。真空開關(guān)下的電抗器主要是抑制五次諧波,當(dāng)電網(wǎng)中的高次諧波流入補償電容器時,總電流的有效值就可能超過電容器的允許過電流,使電容器過熱而損壞。為保護電容器免受高次諧波的損害需在回路中串聯(lián)一組電抗器,使其總阻抗在各次諧波下均呈感性,這就消除了諧振的可能性,電抗值可以根據(jù)即,表示電容器的容抗,表示電抗器的感抗,n表示接入電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的最低次諧波次數(shù),K是靠系數(shù),一般取1.21.5。同時電抗器可以減少合閘涌流,抑制斷路器重燃以利熄弧。在切斷電容器時,若斷路器在滅弧過程中產(chǎn)生重燃,將引起強烈的電磁振蕩而出現(xiàn)危險的過電壓。為限制過電壓,宜選用不重燃的斷路器。 圖2.1 電容器是儲能元件,當(dāng)電容器從電源上斷開后,極板上蓄有電荷,因此兩極板之間仍有電壓存在,而且這一電壓的起始值等于電路斷開后瞬間的電源電壓。當(dāng)電壓在lkV以下時,可采用白熾燈作為電容器組的放電電阻。當(dāng)電壓超過lkV及以上時,可用電壓互感器和避雷器作為放電設(shè)備,電壓互感器一次繞組存在電阻和電感,故放電回路是一個RLC回路。氧化鋅避雷針具有非常理想的非線性伏安特性,正常電壓時電阻很大,相當(dāng)于開路;當(dāng)過電壓時,電阻驟然下降,以極短的時間將大量電荷泄入大地。經(jīng)專門的放電設(shè)備后,由于部分殘存電荷一時未放盡,仍應(yīng)進行一次人工放電,先將接地線端與大地固定,再用接地棒多次對電容器導(dǎo)電桿碰撞。在中性點接入電流互感器和相應(yīng)的保護繼電器,防止電容器部分擊穿。2.2無功控制基本原理目前,控制器大多采用九域圖來進行控制,在傳統(tǒng)的電壓、無功九域圖控制的基礎(chǔ)上,根據(jù)“保證電壓合格,無功基本平衡,盡量減少控制次數(shù)的原則”得到改善的控制區(qū)域圖:圖2.2控制區(qū)域圖控制原理:調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭及投切電容器,使系統(tǒng)盡量運行在區(qū)域0。、是電壓上、下限值,、是無功功率上、下限值,是考慮電容器投切對電壓影響的控制確定值,各區(qū)域的控制規(guī)則如下:(1)0區(qū)、8區(qū)、9區(qū):電壓和無功功率合格,電容器不投切;(2)1區(qū):雖然無功功率越上限,電容器投入以后有可能到7區(qū),在7區(qū)電容器強行切除,造成電容器的頻繁投切,因此本區(qū)域電容器不再投入;(3)2區(qū)、3區(qū):無功功率越上限,投入電容器;(4)4區(qū):雖然無功功率越下限,電容器切除以后有可能到10區(qū),在10區(qū)電容器又會強行投入,造成電容器的頻繁投切,因此本區(qū)域電容器不再切除;(5)5區(qū)、6區(qū):無功功率越下限,切除電容器;(6)7區(qū):電壓越上限,此時不管無功功率大小都應(yīng)強行切除電容器,以保證電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。(7)10區(qū):電壓越下限,此時不管無功功率大小都應(yīng)強行投入電容器,以保證電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。無功功率上、下限的確定(1)無功功率上、下限之間差值的確定無功功率的上、下限差值應(yīng)該是最大一組電容器容量的1.05-1.2倍之間,這樣可以避免電容器的頻繁動作。(2)無功功率上、下限的確定無功功率上、下限是隨電壓大小而變化,無功功率上、下限是一條斜線。假設(shè)當(dāng)時,時,切除一組電容器;假設(shè)當(dāng)時,時,切除另一組電容器;這樣就能根據(jù)電壓和無功功率的關(guān)系確定無功功率下限斜率,無功功率上、下限斜率相等,斜率的大小和假定條件有關(guān)。無功功率上、下限時采用斜線,可以有效保證電壓質(zhì)量,提高電容器的投切效率,減少變壓器不必要的調(diào)壓。2.3新型無功補償器設(shè)計晶閘管投切電容器電力電子開關(guān)型補償器的根本原理是利用電力電子開關(guān)在電路中并聯(lián)地或串聯(lián)地接入或切除電感、電容、電阻,從而瞬時地改變線路等效阻抗或等效的感性、容性、阻性負(fù)載,達到補償和控制電力系統(tǒng)中的電壓、電流、有功功率、無功功率等電力系統(tǒng)參數(shù)的目的,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、有效地運行6。本文所研究的低壓動態(tài)無功補償器屬于靜止無功補償器(svc)這一類型中的晶閘管投切電容器TSC(Thyristor switched Capacitor),是電力電子開關(guān)型電力補償控制器中的一種,它是利用在電路中并聯(lián)地接入或切除電容來實現(xiàn)系統(tǒng)無功功率平衡。TSC與機械投切電容器相比,晶閘管的開、關(guān)無觸點,其操作壽命幾乎是無限的,而且晶閘管的投切時刻可以精確控制,可以快速無沖擊地將電容器接入電網(wǎng),大大減少了投切時的沖擊電流和操作困難,動態(tài)響應(yīng)時間約為0.01-0.02s7。TSC系統(tǒng)工作流程TSC的整個系統(tǒng)工作流程如下圖所示。通過電壓、電流采樣后對電壓、電流、無功功率等的分析計算并根據(jù)控制策略的判斷后進行電容投切,投切電容后所在電圖2.3TSC系統(tǒng)工作流程圖 網(wǎng)的各個參數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)的變化又反饋到電壓、電流的采樣中7。補償裝置主要由柜體、控制器、空氣開關(guān)、避雷器、電容器、熔斷器和復(fù)合開關(guān)等組成。我們根據(jù)電網(wǎng)對無功功率的需求變化來改變投入電容器的容量,使晶閘管投切電容器成為分級可調(diào)的動態(tài)無功功率補償裝置。如果我們將級數(shù)分得越細(xì)化,越能實現(xiàn)接近無級調(diào)節(jié)。當(dāng)然這必然將增大投資成本及控制復(fù)雜性。當(dāng)TSC用于三相電路時,電力電容器可以是采用連接,也可以采用Y連接8。如圖2.4所示,為被設(shè)計采用的三相共補與三相分補相結(jié)合的接線。 圖2.4TSC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.5TSC系統(tǒng)電路圖共補:即三相電容器對ABC三相實現(xiàn)同一時刻相同的補償量。由三個電容組成,分別補償三相中的AB、AC、BC兩相。分補:即單相電容器,對ABC三相中其中任意一相實現(xiàn)補償,目的是為了彌補三相不平衡時,如某相需要補償?shù)臒o功量大于其他兩相時,對該相進行的單獨補償,或者是某兩相需要補償?shù)臒o功量大于剩下一相時,對這兩相的分別補償。由于共補和分補在補償方面各具有優(yōu)點,所以我們提出了本次設(shè)計的補償電容采用共補分補相結(jié)合的接線方式。TSC系統(tǒng)電路圖見2.5圖,無功補償控制器的控制輸出有KZl。KZ8共8組。在圖中畫出其中的KZl-KZ5的控制部分,其控制安排是KZl控制共補1,KZ2控制共補2,KZ3KZ5分別控制分補1的三個電容器,KZ6KZ8分別控制分補2(圖中未體現(xiàn),但同于KZ3KZ5)的三個電容器。上圖中的2個反并聯(lián)晶閘管實際就是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的開關(guān)作用。在實際工程應(yīng)用中,我們一般將電容器分成幾組(6組、8組等),這種做法可以使晶閘管投切電容器成為分級可調(diào)的動態(tài)無功功率補償裝置。如圖所示(圖2.5右為單相3組電容器),其每組都可以由晶閘管控制投切。這樣,可根據(jù)電網(wǎng)的無功需求來投切這些電容器,如果我們將投入電容的級數(shù)分得越細(xì)化,那么就會越接近于無級調(diào)節(jié)。TSC的實質(zhì)就是斷續(xù)的可調(diào)的吸收感性無功功率的動態(tài)無功功率補償器。對于多組電容器的分組可以有等容分組和不等容分組2種。前者易于實現(xiàn)且控制簡單,但補償級差大;后者利用較少的分組即可獲得較小的補償級差,但控制較為復(fù)雜??紤]到實際應(yīng)用中無功補償系統(tǒng)的復(fù)雜性以及經(jīng)濟性問題,實際工程上工程師常采用所謂“二進制”的方案,即總共采用N個電容器,其中N-1個電容值均為C,最后一個電容值為C2,通過容值不同的兩者電容的配合投切,這樣系統(tǒng)從零到最大補償量的調(diào)節(jié)則有2N級。最小電容量那一路作為單位電容量,它的大小決定了補償精度。當(dāng)然這樣的做法也有一個缺點,即最后一個電容值為C2由于使用頻繁,壽命較短。與其它控制裝置的結(jié)構(gòu)一樣,本系統(tǒng)也由檢測單元、主控單元、執(zhí)行單元、電源四部分組成。如下圖所示:圖2.6裝置的基本結(jié)構(gòu)動態(tài)補償裝置數(shù)據(jù)采集、傳輸控制方案的實現(xiàn),主控單元由單片機或者ARM構(gòu)成來控制電容器組的投切。檢測單元是從電網(wǎng)中檢測到和網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)直接或間接相關(guān)的參數(shù),并將此參數(shù)信號轉(zhuǎn)換成主控單元能接收的信號,傳送給主控單元,由主控單元作出投切決策。主控單元接收到檢測信號后,將其和目標(biāo)值進行比較,并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出命令,送給執(zhí)行單元。執(zhí)行單元接到命令后,通過投切開關(guān)(雙向可控硅)控制電容組的投切,完成補償任務(wù)。2.4新型無功補償器組成(1)傳感器部分傳感器部分將現(xiàn)場的電流、電壓、溫度、功率等參數(shù)變成采集傳輸控制器所能識別的信號(一般為05 VDC輸入) ,以便采集傳輸控制器對其進行分析、計算,根據(jù)分析計算結(jié)果,發(fā)出相對應(yīng)的控制信息,控制系統(tǒng)正常工作。電量采集控制器是集電量采集、傳輸、控制用戶停/供電以及防竊電功能為一體的前端設(shè)備,安裝于用戶各單元配電箱中,能實時采集用戶的用電信息,并具有防竊電功能,當(dāng)用電戶有竊電現(xiàn)象發(fā)生時,能及時發(fā)出報警信息,通過低壓電力線載波傳輸給采集傳輸集中控制器,采集傳輸集中控制器再將信息通過傳輸媒體發(fā)送給終端接收控制設(shè)備(或控制竊電戶停電) 。(2)采集傳輸集中控制器采集傳輸集中控制器是裝于變壓器臺區(qū)內(nèi)的一臺主控機,它能同時采集64 路信號(模擬量或數(shù)字量) ,并能與30 臺電量采集傳輸控制器通訊,進行電量計量、遠程供/ 停電控制、竊電報警等操作。同時還能與現(xiàn)有的動態(tài)無功功率自動補償裝置相配合,將該裝置的工作狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)通過傳輸媒體傳輸給終端計算機,達到全局網(wǎng)無功功率平衡補償?shù)哪康摹?3)動態(tài)功率因數(shù)補償控制器動態(tài)功率因數(shù)補償控制器是根據(jù)電網(wǎng)電壓與電流的相位差來控制電力電容器組是否投切、投切極數(shù)的一種控制器,通過改變投切極數(shù)來改變無功電流大小而達到改變的目的。(4)電力電容器組及可控硅開關(guān)組件電力電容器組及可控硅開關(guān)組件是與動態(tài)功率因數(shù)補償控制器相配合,完成動態(tài)功率因數(shù)補償?shù)囊环N附屬組件,它能根據(jù)動態(tài)無功功率補償裝置所發(fā)出的控制信息完成相關(guān)的投切動作。92.5硬件部分人機接口及通訊部分考慮到本設(shè)計需具有數(shù)據(jù)顯示和一定的控制操作,那么設(shè)計一個較為人性化的人機接口部分顯的尤為重要??梢圆捎糜|摸液晶顯示屏,顯示相應(yīng)的電壓、電流、無功功率、有功功率、功率因素等電參量。在按鍵方面,采用分別為上,下,確認(rèn),菜單四個按鍵,具有靈活的操作顯示菜單,查看、設(shè)置各個參數(shù)以及手動投切電容器等功能??紤]到用戶對遠程控制的需求,可以設(shè)計遠程通信功能或者接入以太網(wǎng),通過其他設(shè)備可以清楚的查看目前各種電參量和電容投切的狀態(tài),并且具有遠程實現(xiàn)控制投切的功能。電容補償部分采用品閘管作為電容投切的開關(guān),采取過零投切的方式,可以保證晶閘管在使用過程中的不至于因電壓過大而受到損害,增加晶閘管的壽命10??紤]到電容的補償精度及參考國內(nèi)同類產(chǎn)品的補償電容的數(shù)量,本設(shè)計電力電容補償策略采用兩路共補(投切三相電容器),六路分補的方式(投切單相電容器)。控制策略思路TSC系統(tǒng)中最重要的部分即其控制電容投切的策略。以什么樣的判據(jù)作為電容投切的標(biāo)準(zhǔn)才能滿足實際補償需求同時又具有較強的安全可靠性,這一點尤為重要。本文通過以下幾點從電容補償?shù)母鱾€方面提出本設(shè)計的控制策略。16無功補償策略總述101112我國常見的老式無功補償控制器多數(shù)是以作為投切電力電容的唯一判斷依據(jù),這是一個很直觀的判斷依據(jù),具有設(shè)計簡單,控制方便等優(yōu)點。但是作為投切電力電容的唯一判據(jù),如前言所述存有精度不高、容易振蕩等不足之處。所以在控制策略方面,本設(shè)計直接采取以無功功率為主要的判斷依據(jù),根據(jù)電網(wǎng)每相所缺的無功容量來確定該相投入電容數(shù)量,根據(jù)電網(wǎng)富余無功來切除電容。本設(shè)計可對當(dāng)?shù)豯-8組電容器進行循環(huán)投切,并具有當(dāng)出現(xiàn)電壓過壓、欠壓、缺相或諧波越限等情況,電容器退出等功能。同時選擇無觸點過零投切、三相共補和單相分補來提高系統(tǒng)補償?shù)目煽啃院途?。在運行中既能保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定,無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),又能兼顧補償效果,將補償裝置是效果發(fā)揮到最佳,較為完善的解決了目前功率因數(shù)型控制器的缺陷。13電容保護功能1)欠壓保護:當(dāng)前電壓S設(shè)定下限值時,欠無功不投電容,已投的電容全切(每6秒切一組);電壓設(shè)定上限值時,欠無功不投電容,已投的電容全切(每6秒切一組);電壓(設(shè)定過電壓值回差值)時,欠無功禁投。3)缺相保護:當(dāng)相電壓低于65額定值時,視為該相斷相,由控制器發(fā)出指令切除該相已投入的電容器逐組退出(每6秒切一組)。4)諧波保護:當(dāng)某相電壓或電流諧波超過電壓或電流諧波畸變率上限值(可設(shè)定)后,控制器發(fā)出指令將該相己投入電容器逐組退出(每6秒切一組)。5)復(fù)位保護:每次復(fù)位后,控制器進行自檢并復(fù)歸輸出電容回路使之處于斷路狀態(tài)。防止投切振蕩功能雖然本設(shè)計以系統(tǒng)需求的無功功率為判據(jù),理論上可以消除輕載下電容的投切振蕩。但在控制上,我們還做下面的設(shè)計:每次同組電容的正常投入與切除的動作間保持最小5分鐘(300秒)的動作間隔,以進一步確保補償裝置在負(fù)荷較輕時不出現(xiàn)頻繁投切的不良狀態(tài)。延時功能1)電容器投切延時:0-255秒(可設(shè)定)2)同一組電容投切時間間隔:=300秒3)過壓時在60秒內(nèi)將所有電容器組切除參數(shù)設(shè)置1)參數(shù)設(shè)置包括:投入無功門限、切除無功門限、目標(biāo)功率因素,過壓保護、畸變保護、電容器容量,投切延時等,用戶可依據(jù)實際需要自行調(diào)整。2)手動電容器投切:手動電容投切沒有時間限制。自動投切14無功補償控制器實時采樣的數(shù)據(jù)有:交流三相總有功功率及分相有功功率、三相總無功功率及分相無功功率、三相總功率因素及分相功率因素等。我們將采樣的分相無功功率定義為,分相功率因素定義為,電容投入設(shè)定門限定義為(缺省為分補電容容值),電容切除切除門限定義為 (缺省為分補電容容值的12),目標(biāo)功率因數(shù)定義為。無功補償控制器根據(jù)分相無功功率Ql與電容投入門限Qt相比較進行自動投切,當(dāng)Q1大于投入門限,某相欠補就投入某相對應(yīng)的一個分補電容器,當(dāng)三相都欠補時優(yōu)先投一個共補的電容器組。當(dāng)出現(xiàn)無功功率過補時(投入電容器補償容量超過需補償?shù)娜萘?,此時無功功率為負(fù)值(在下面分析中,我們將此值取絕對值)。某相過補就切除某相對應(yīng)的一個分補電容器,當(dāng)三相都過補時切除一個共補的電容器組,當(dāng)三相共補均切除則開始三個分補的電容器一起切除。當(dāng)某相過補,則切除該相分補的電容,直到該相脫離過補狀態(tài)。具體流程見控制流程圖介紹。根據(jù)母線的實際運行參數(shù),適當(dāng)改變投入門限、切除門限以取得最佳經(jīng)濟效益,且保證裝置不發(fā)生投切振蕩。2.6控制流程圖本控制器輸出控制為2組三相電容器及6組單相電容器。分別為電網(wǎng)進行2個三相共補和2個單相分補。本文設(shè)計的補償電容值設(shè)定為共補電容均為30Kvar,分補電容均為15Kvar?,F(xiàn)以假設(shè)實際電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的無功補償狀況來形象的說明控制流程。投入電容控制流程見圖2-6,若電網(wǎng)三相無功平衡,A、B、C三相無功功率都出現(xiàn)大于共補電容的補償?shù)娜萘浚刂粕蟿t先投入一組共補電容,60秒后如果三相無功功率繼續(xù)出現(xiàn)大于共補電容的補償?shù)娜萘浚瑒t繼續(xù)再投入另一組共補電容。再過60秒后如果三相無功功率還出現(xiàn)大于分補電容的補償?shù)娜萘?,那么啟動分補電容,A、B、C相進行每相的分別補償,直到達到補償目的為止。此電容器投切延時的60秒的時間可以由用戶自行設(shè)定。比如A、B、C三相均需要補償80Kvar無功功率,第一時刻投入共補1電容,60秒后投入共補2電容,再過60秒后投入A、B、C三相的分補電容。理論上此時各相分別共補償無功功率75K、尉,還需要補償5Kvar無功,但是如果繼續(xù)投入分補電容15Kvar,則出現(xiàn)過補現(xiàn)象,所以在控制策略上,電容不再不投入。也就是電容投入到每相無功小于該相的分補電容容量為止結(jié)束。若電網(wǎng)三相無功不平衡,則控制上安排投入先共補電容,待其中某相的無功補償?shù)焦惭a電容值之下后,按三相中哪相還需補償,進行單相的分別補償。比如A、B、C三相無功功率均分別需要補償91Kvar,78Kvar,63Kvar。第一時刻投入共補l電容,60秒后投入共補2電容,此時A、B、C三相均補償60 Kvar,C相由于所需無功小于該相的分補電容容量,C相電容不再投入。60秒后A、B相分別投入一組分補電容,此時B相已補償75Kvar,B相電容不再投入。60秒后A相再次投入一組分補電容??偼度雱幼鹘Y(jié)束。圖2.7投入控制流程圖 控制流程圖如下圖,若電網(wǎng)無功三相平衡,若A、B、C三相無功功率出現(xiàn)過補償,判斷是否三相均超過共補電容容量的一半,如果是則先切入的一組共補電容,一分鐘后再次判斷是否還是三相均超過過補電容容量的一半,如果是,再次切除另一組共補電容。一分鐘后在判斷各相過補是否超過分補電容,如此一次判斷,直到過補現(xiàn)象結(jié)束為止。圖2.8切除控制流程圖假設(shè)三相均過補20Kvar,即超過共補電容的一半(15Kvar),則切除最先圖粗的共補電容30Kvar。此時三相無功功率均為10Kvar。15切除電容動作結(jié)束。電網(wǎng)三相無功不平衡,同三相無功平衡類似,先切除過補的共補電容,直到共補電容全部切除后再分別切除各相的分補電容。直到過補現(xiàn)象結(jié)束為止。假設(shè)A、B、C三相無功功率分別過補40Kvar、25Kvar、20 Kvar。則先切除共補電容(30Kvar),一分鐘后再次切除A相分補電容(15Kvar)。此時三相無功分別為5Kvar、5Kvar、10Kvar。切除電容動作結(jié)束。假設(shè)當(dāng)前各相電壓分別為為,設(shè)定的電壓上限值為,設(shè)定的電壓下限值為,回差值為5V,設(shè)定的諧波電能百分比值為。若測得以下的條件之一,未投入的電容禁止投入,同時切除已投切的共補電容及對應(yīng)相的分補電容。(1) ,中任意相;(2) ,中任意相;(3)當(dāng)前諧波電能百分比;投切暫停狀態(tài)若測得以下的條件之一,對應(yīng)相保持投切暫停的狀態(tài),未投入的電容禁止投入。(1) ,中任意相;(2) ,中任意相;上面介紹了新型無功功率補償控制器的設(shè)計思路,包括其內(nèi)部的原理,結(jié)構(gòu)及測量的參量和控制量的分析,并且針對本論文設(shè)計所處的三相低壓交流電網(wǎng)的環(huán)境提出了一套合理的電力電容器補償策略以及投切的控制流程算法。三、結(jié)論 無功補償技術(shù)在電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)學(xué)科發(fā)展的推動下,在電力系統(tǒng)領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展,形成了多種補償方式,如TSC, TCR和靜止調(diào)相機等。16本文針對目前電力無功補償設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r,從提高無功補償?shù)男阅芸煽啃院蛯嵱眯猿霭l(fā),對傳統(tǒng)的TSC型無功補償控制器進行了硬件和控制方式上的改進,設(shè)計出一款帶有自動控制和保護功能的新型無功補償控制器。該控制器能夠?qū)Φ蛪喝嚯娋W(wǎng)中的無功功率進行及時、穩(wěn)定的補償。 (1)研究了TSC動態(tài)無功補償?shù)脑?,并對其關(guān)鍵性技術(shù)問題進行了深入探討。重點分析了國內(nèi)常用的老式無功補償控制器的存在的精度不高、容易振蕩投切以及電容柜在諧波狀況下電容支路易損壞等現(xiàn)象的原因。(2)在分析老式無功補償器主要采用作為投切的主要判據(jù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)實際情況,最終制定出以無功功率為主判據(jù)和電壓和諧波為輔助判據(jù)的復(fù)合判據(jù)的綜合無功補償控制策略,能夠有效
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