電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置

1、工業(yè)企業(yè)供電課程報(bào)告電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置學(xué)生姓名：班級(jí)學(xué)號(hào)：任課教師：提交日期：成績(jī)：電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置一、研究背景、現(xiàn)狀和意義1.0 無(wú)功問(wèn)題背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入， 國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)， 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(guó)發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量與輸配電能力的增加速度沒(méi)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(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)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(yùn)行的情況， 嚴(yán)重 制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 也給人民群眾的生活帶來(lái)很大不便。 電壓是電能主要質(zhì) 量指標(biāo)之

2、一， 電壓高低反映無(wú)功出力與用戶無(wú)功負(fù)荷是否平衡。 就我國(guó)來(lái)說(shuō)， 電 力系統(tǒng)的用電負(fù)荷主要為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、 變壓器、 感應(yīng)電爐與電弧爐、 電焊機(jī)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(shí)也在消 耗著大量的無(wú)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(wú)功容量滿足負(fù)載要求， 否則會(huì)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(yùn)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(shí)，無(wú)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(jī)因運(yùn)行電壓降低而減少它的有功功率及無(wú)功功率的輸出，

3、由于定 子電流與轉(zhuǎn)子電流受額定值限制， 因此發(fā)電機(jī)的有功出力及無(wú)功出力近似與運(yùn)行 電壓成正比關(guān)系；(3) 送變電設(shè)備因運(yùn)行降低而增加能耗；(4) 燒毀用戶發(fā)動(dòng)機(jī)；(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(jī)因電壓低而影響有功及無(wú)功出力。P UNIN cos由上式可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù) cos 1 時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓和電流又不能超 過(guò)額定值，顯然這時(shí)發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的有功功率就減小了。 功率因數(shù)低， 發(fā)電機(jī) 所發(fā)出的有功功率就愈低， 而無(wú)功功率卻愈大。 無(wú)功功率愈大即電路中能量互換的規(guī)模愈大，即發(fā)電機(jī)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)

4、載情況合理分配無(wú)功，否則容 易形成大量的無(wú)功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)，降低電網(wǎng)容量，使得電網(wǎng)線路損耗增加， 同時(shí)也增加了電網(wǎng)的運(yùn)行成本， 影響電力系統(tǒng)供電的經(jīng)濟(jì)性。 當(dāng)前國(guó)家要落實(shí)科 學(xué)發(fā)展觀，大力推行節(jié)能降耗，所以研究無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，提高電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)機(jī)，電焊機(jī)，電弧爐及 氣體放電燈， 這些設(shè)備工作時(shí)會(huì)使低壓配電系統(tǒng)的功率因數(shù)很低， 而供電營(yíng)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(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)該達(dá) 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

5、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(dá)到上述規(guī)定的新用戶， 供電企業(yè)可拒絕接電。 對(duì)已送電的用戶， 供電企業(yè)可終止或限制供電。 ”2為此，在進(jìn)行供電配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)考慮功率因數(shù)是否達(dá)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(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀靜止式電容柜是低壓電力配電系統(tǒng)常用的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，無(wú)功補(bǔ)償控制 器是其核心控制部分。老式的無(wú)功補(bǔ)償控制器多數(shù)是以 cos 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 cos 值，如果測(cè)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

6、cos 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(wú)功不平 衡時(shí)，電容補(bǔ)償無(wú)法分別滿足各相的無(wú)功需求；在小電流 (負(fù)荷較輕 )時(shí)，容易出 現(xiàn)電容器振蕩投切等情況。 同時(shí)近年來(lái)， 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(yùn)電容柜的損壞。1.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x ：(1) 補(bǔ)償無(wú)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(chǎng)合， 通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可以平 衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載 3 ；(2) 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資。例如當(dāng)功率因數(shù) cos 0.8增加 到cos 0.95時(shí)，裝IKv

7、ar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之，增加0.52KW。 對(duì)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(duì)新建，改建工程應(yīng)充分考慮無(wú)功補(bǔ)償便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。(3) 裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)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(wèn)題。對(duì)電容器、電纜、電機(jī)、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(guò)熱。(4) 合理地控制電力系統(tǒng)的無(wú)功功率流動(dòng)，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(shí)，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

8、路上輸送功率S P jQ，輸送端電壓為U，線路電阻為R，則在線路上的有功損耗I2RRP2 U 2 cos2，即線路功率損耗 P與cos夠的平方成反比，功率因數(shù)越高，有功功率損耗 P就越小。減少設(shè)計(jì)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(jì)效益。所以， 功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償勢(shì)在必行。二、設(shè)計(jì)方案2.0無(wú)功補(bǔ)償原理45:在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，大部分負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)。包括異步電動(dòng)機(jī)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：RCOSR2 xf，XL wL給R、L電路并聯(lián)接入電容器C

9、之后，電路如圖所示。該電路的電流方程為：? ?I C I RLic7c圖2.0并聯(lián)電容補(bǔ)償無(wú)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(shí)供電電流，的相位滯后于電壓這種情況欠補(bǔ)償。若電容器C的容量過(guò)大，使得供電電流，的相位超前于電壓 U，這種情況稱 補(bǔ)償，其向量圖如圖2.0c）所示。通常并不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@起變 壓器二次側(cè)電壓的升高，而且容性無(wú)功功率在電力線上傳輸同樣會(huì)增加損耗。如果供電線路電壓因此而升高，還會(huì)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(bǔ)償電容柜的控制器測(cè)出電路的功率因數(shù)

10、并決定要補(bǔ)償?shù)碾娙萜?，并投入電容?補(bǔ)償，需要一定的時(shí)間。特別是某個(gè)或幾個(gè)電容器從電路中切除后需要有一定的 時(shí)間間隔進(jìn)行放電，才可以再次投入。有的負(fù)載變化快，這時(shí)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(bǔ)償。靜態(tài)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，初 期的投資成本少，無(wú)漏電流。缺點(diǎn)：涌流大，影響接觸器的使用壽命，應(yīng)用時(shí)要 米取限流措施（如米用限流接觸器）。動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(shí)投入、切除，此時(shí)流過(guò)晶閘管和電容器的電流為零。 解決了電容器投入時(shí)的涌 流問(wèn)題。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：涌流小、無(wú)觸點(diǎn)、使用壽命長(zhǎng)、投切速度快（小于20ms）。 缺點(diǎn)：價(jià)格高

11、、發(fā)熱嚴(yán)重、耗能、有漏電流。并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償方式按照電容 器安裝地點(diǎn)的不同又可分為集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償n1。1.分組補(bǔ)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(bǔ)償。這種方式與集中補(bǔ)償方式有相同的優(yōu)點(diǎn)， 僅無(wú)功補(bǔ)償 的容量較小，但是分組補(bǔ)償效果明顯，使用比較普遍。2集中補(bǔ)償方式：將電容器組直接安裝在變電所的 610KV母線上，用來(lái) 提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使變電所在供電范圍內(nèi)無(wú)功功率基本平衡。 可以減 少高壓線路的無(wú)功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。3.就地補(bǔ)償方式：將電容器組安裝在異步電機(jī)或者電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方

12、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(duì)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(guò)1DL，2DL這些真空斷路器來(lái)控制的。由于每個(gè)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(bǔ)償電容器 時(shí)，總電流的有效值就可能超過(guò)電容器的允許過(guò)電流，使電容器過(guò)熱而損壞。為保護(hù)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1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)XL呂？X

13、l即1X L K戸？Xc，Xc表示電容器的容抗，Xl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(shí)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(shí)，若斷路器在滅 弧過(guò)程中產(chǎn)生重燃，將引起強(qiáng)烈的電磁振蕩而出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓。 為限制過(guò)電壓， 宜選用不重燃的斷路器。圖2.1電容器是儲(chǔ)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IkV以下時(shí)，可采用白熾燈作為電容器組的放電電阻。當(dāng)電壓超過(guò)IkV及以上時(shí)，可用電壓互感器和避雷器作為放電設(shè)備，電壓

14、互感器一次繞組存在電阻和電感，故放電回路是一個(gè) 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(shí)電阻很大，相當(dāng)于開路；當(dāng)過(guò)電壓時(shí)，電阻驟然下降，以 極短的時(shí)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(shí) 未放盡，仍應(yīng)進(jìn)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(duì)電容器導(dǎo)電桿碰撞。在中性點(diǎn)接入電流互感器和相應(yīng)的保護(hù)繼電器， 防止電容 器部分擊穿。2.2無(wú)功控制基本原理目前，控制器大多采用九域圖來(lái)進(jìn)行控制，在傳統(tǒng)的電壓、無(wú)功九域圖控制 的基礎(chǔ)上，根據(jù)“保證電壓合格，無(wú)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：7(強(qiáng)切)圖22控制區(qū)域

15、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(yùn)行在區(qū)域 0o Umax、UMin是 電壓上、下限值，QMax、QMin是無(wú)功功率上、下限值， U是考慮電容器投切對(duì) 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(wú)功功率合格，電容器不投切；(2) 1區(qū)：雖然無(wú)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(qiáng)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(wú)功功率越上限，投入電容器；(4) 4區(qū)：雖然無(wú)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(huì)強(qiáng)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；

16、(5) 5區(qū)、6區(qū)：無(wú)功功率越下限，切除電容器；(6) 7區(qū)：電壓越上限，此時(shí)不管無(wú)功功率大小都應(yīng)強(qiáng)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(shí)不管無(wú)功功率大小都應(yīng)強(qiáng)行投入電容器，以保證電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。無(wú)功功率上、下限的確定(1)無(wú)功功率上、下限之間差值的確定無(wú)功功率的上、下限差值應(yīng)該是最大一組電容器容量的倍之間，這樣可以避免電容器的頻繁動(dòng)作。(2)無(wú)功功率上、下限的確定 無(wú)功功率上、下限是隨電壓大小而變化，無(wú)功功率上、下限是一條斜線。假設(shè)當(dāng)U U Min時(shí)，QMin05Q時(shí)，切除一組電容器；假設(shè)當(dāng)U U Max時(shí)，©Min 05Qc時(shí)，切除另一組電容

17、器；這樣就能根據(jù)電壓和無(wú)功功率的關(guān)系確定無(wú)功功率下限 斜率，無(wú)功功率上、下限斜率相等，斜率的大小和假定條件有關(guān)。無(wú)功功率上、 下限時(shí)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(wú)功補(bǔ)償器設(shè)計(jì)晶閘管投切電容器電力電子開關(guān)型補(bǔ)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(shí)地改變線路等效阻抗或等效的感 性、容性、阻性負(fù)載，達(dá)到補(bǔ)償和控制電力系統(tǒng)中的電壓、電流、有功功率、無(wú) 功功率等電力系統(tǒng)參數(shù)的目的，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。本文所研究的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器屬于靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)這一類型中的晶

18、閘管投切電容器TSC(Thyristor switched Capacitor)，是電力電子開關(guān)型電力補(bǔ)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(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功功率 平衡。TSC與機(jī)械投切電容器相比，晶閘管的開、關(guān)無(wú)觸點(diǎn)，其操作壽命幾乎是 無(wú)限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，可以快速無(wú)沖擊地將電容器接入電網(wǎng)，大大減少了投切時(shí)的沖擊電流和操作困難，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為0.01-0.02S 。TSC系統(tǒng)工作流程TSC的整個(gè)系統(tǒng)工作流程如下圖所示。通過(guò)電壓、電流采樣后對(duì)電壓、電流、無(wú) 功功率等的分析計(jì)算并根據(jù)控制策略的判斷后進(jìn)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

19、各個(gè)參數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)的變化又反饋到電壓、電流的采樣中 。補(bǔ)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(duì)無(wú)功功率的需求變化來(lái)改變投入電容器的容量，使晶閘管投切電容器成為分級(jí)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。如果我們將級(jí)數(shù)分得越細(xì)化，越能實(shí)現(xiàn)接近無(wú)級(jí)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(shí)，電力電容器可以是采用連接，也可以采用Y連接。 如圖2.4所示，為被設(shè)計(jì)采用的三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的接線。1(KV04KV |/空開避雷器CE=J卜FU FU FU HFU11 L二 SCR OSCR OSCR Q SCR圖2.4TSC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A

20、BCla lb k UaUblklh無(wú)功補(bǔ)償控制器*分補(bǔ)共補(bǔ)圖2.5TSC系統(tǒng)電路圖共補(bǔ)：即三相電容器對(duì)ABC三相實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻相同的補(bǔ)償量。由三個(gè)電容 組成，分別補(bǔ)償三相中的AB AC BC兩相。分補(bǔ)：即單相電容器，對(duì) ABC三相 中其中任意一相實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，目的是為了彌補(bǔ)三相不平衡時(shí)，如某相需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú) 功量大于其他兩相時(shí)，對(duì)該相進(jìn)行的單獨(dú)補(bǔ)償，或者是某兩相需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功量 大于剩下一相時(shí)，對(duì)這兩相的分別補(bǔ)償。由于共補(bǔ)和分補(bǔ)在補(bǔ)償方面各具有優(yōu)點(diǎn)，所以我們提出了本次設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電容采 用共補(bǔ)分補(bǔ)相結(jié)合的接線方式。TSC系統(tǒng)電路圖見(jiàn)2.5圖，無(wú)功補(bǔ)償控制器的控制輸出有 KZI。KZ8共8組。 在圖中畫

21、出其中的KZI-KZ5的控制部分，其控制安排是 KZI控制共補(bǔ)1, KZ2控 制共補(bǔ)2, KZ3. KZ5分別控制分補(bǔ)1的三個(gè)電容器，KZ6. KZ8分別控制分補(bǔ)2（圖 中未體現(xiàn)，但同于KZ3-KZ5）的三個(gè)電容器。上圖中的2個(gè)反并聯(lián)晶閘管實(shí)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(shí)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(jí)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)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(wú)功需求來(lái)投切這些電容器， 如果我們將投入電容的級(jí)數(shù)分得越細(xì)化， 那 么就會(huì)越接近于

22、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。TSC的實(shí)質(zhì)就是斷續(xù)的可調(diào)的吸收感性無(wú)功功率的動(dòng) 態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。對(duì)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(shí)現(xiàn)且控制簡(jiǎn)單，但補(bǔ)償級(jí)差大；后者利用較少的分組即可獲得較小的 補(bǔ)償級(jí)差，但控制較為復(fù)雜?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的復(fù)雜性以及經(jīng)濟(jì) 性問(wèn)題，實(shí)際工程上工程師常采用所謂“二進(jìn)制”的方案，即總共采用N個(gè)電容器，其中N-1個(gè)電容值均為C,最后一個(gè)電容值為C/2,通過(guò)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(bǔ)償量的調(diào)節(jié)則有2N級(jí)。最小電容量那一路作為單位電容量，它的大小決定了補(bǔ)償精度。當(dāng)然這樣的做法也有一個(gè)缺點(diǎn)， 即最后一個(gè)電容值為C/2由于使用頻繁，

23、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(cè)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(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置數(shù)據(jù)采集、傳輸控制方案的實(shí)現(xiàn)，主控單元由單片機(jī)或者ARM 構(gòu)成來(lái)控制電容器組的投切。檢測(cè)單元是從電網(wǎng)中檢測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成主控單元能接收的信號(hào)，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(cè)信號(hào)后，將其和目標(biāo)值進(jìn)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(guò)投切開關(guān) （雙向可控硅）控制電 容組的投切，完成補(bǔ)償任務(wù)。2.4新型無(wú)功補(bǔ)償器組成傳感器部分傳感器部分將現(xiàn)場(chǎng)的電流、

24、電壓、溫度、功率等參數(shù)變成采集傳輸控制器所 能識(shí)別的信號(hào)(一般為05 VDC輸入)，以便采集傳輸控制器對(duì)其進(jìn)行分析、 計(jì) 算，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，發(fā)出相對(duì)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(shí)時(shí)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(shí)，能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，通過(guò)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(guò)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(tái)區(qū)內(nèi)的一臺(tái)主控機(jī)，它能同

25、時(shí)采集64路信號(hào)(模擬量或數(shù)字量)，并能與30臺(tái)電量采集傳輸控制器通訊，進(jìn)行電量計(jì)量、 遠(yuǎn)程供/停電控制、竊電報(bào)警等操作。同時(shí)還能與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)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(guò)傳輸媒體傳輸給終端計(jì)算機(jī)， 達(dá)到全局網(wǎng)無(wú)功功率平衡補(bǔ)償?shù)哪康摹?3) 動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器是根據(jù)電網(wǎng)電壓與電流的相位差來(lái)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(guò)改變投切極數(shù)來(lái)改變無(wú)功電流大小 而達(dá)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(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器相配合，完成動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊环N附屬組件，它能根據(jù)動(dòng)態(tài)無(wú)

26、功功率補(bǔ)償裝置所發(fā)出的控 制信息完成相關(guān)的投切動(dòng)作。92.5硬件部分人機(jī)接口及通訊部分考慮到本設(shè)計(jì)需具有數(shù)據(jù)顯示和一定的控制操作，那么設(shè)計(jì)一個(gè)較為人性化的人機(jī)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(wú)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(gè)按鍵，具有靈活的操作顯示菜單，查看、設(shè)置各個(gè)參數(shù)以及手動(dòng)投切電容器等功能。考慮到用戶對(duì)遠(yuǎn)程控制的需求，可以設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程通信功能或者接 入以太網(wǎng)，通過(guò)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(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)控制投切的功能。電容補(bǔ)償部分采用品閘管作為電容投切的開關(guān)，采取過(guò)零投切的方

27、式，可以保證晶閘管在使用 過(guò)程中的不至于因電壓過(guò)大而受到損害， 增加晶閘管的壽命10?？紤]到電容的補(bǔ) 償精度及參考國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的補(bǔ)償電容的數(shù)量， 本設(shè)計(jì)電力電容補(bǔ)償策略采用兩 路共補(bǔ)（投切三相電容器），六路分補(bǔ)的方式（投切單相電容器）?？刂撇呗运悸稵SC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(shí)際補(bǔ)償需求同時(shí)又具有較強(qiáng)的安全可靠性，這一點(diǎn)尤為重要。本文通過(guò)以下幾點(diǎn)從電容補(bǔ)償?shù)母鱾€(gè)方面提出本設(shè)計(jì)的控制策略。16無(wú)功補(bǔ)償策略總述101112我國(guó)常見(jiàn)的老式無(wú)功補(bǔ)償控制器多數(shù)是以 cos作為投切電力電容的唯一判斷依據(jù)，這是一個(gè)很直觀的判斷依據(jù)，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，

28、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。但是cos 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(jì)直接采取以無(wú)功功率為主要的判斷依據(jù)， 根據(jù)電網(wǎng) 每相所缺的無(wú)功容量來(lái)確定該相投入電容數(shù)量，根據(jù)電網(wǎng)富余無(wú)功來(lái)切除電容。本設(shè)計(jì)可對(duì)當(dāng)?shù)豂-8組電容器進(jìn)行循環(huán)投切，并具有當(dāng)出現(xiàn)電壓過(guò)壓、欠壓、缺 相或諧波越限等情況，電容器退出等功能。同時(shí)選擇無(wú)觸點(diǎn)過(guò)零投切、三相共補(bǔ) 和單相分補(bǔ)來(lái)提高系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)目煽啃院途?。在運(yùn)行中既能保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定， 無(wú)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又能兼顧補(bǔ)償效果，將補(bǔ)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(hù)功能1）欠壓保護(hù)

29、：當(dāng)前電壓S設(shè)定下限值時(shí)，欠無(wú)功不投電容，已投的電容全切 （每 6秒切一組）；電壓 （設(shè)定欠電壓值+回差值）時(shí)，欠無(wú)功禁投?；夭钪倒潭?V。2）過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)前電壓 設(shè)定上限值時(shí)，欠無(wú)功不投電容，已投的電容全切 （每6 秒切一組）；電壓 （設(shè)定過(guò)電壓值回差值）時(shí)，欠無(wú)功禁投。3）缺相保護(hù)：當(dāng)相電壓低于65%額定值時(shí)，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(hù)：當(dāng)某相電壓或電流諧波超過(guò)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(hù)：每次復(fù)位后，控制器進(jìn)行自檢并復(fù)歸輸出電容回路使之處于斷

30、路狀態(tài)0防止投切振蕩功能雖然本設(shè)計(jì)以系統(tǒng)需求的無(wú)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(jì)：每次同組電容的正常投入與切除的動(dòng) 作間保持最小5分鐘（300秒）的動(dòng)作間隔，以進(jìn)一步確保補(bǔ)償裝置在負(fù)荷較輕時(shí) 不出現(xiàn)頻繁投切的不良狀態(tài)。延時(shí)功能1）電容器投切延時(shí)：0-255秒（可設(shè)定）2）同一組電容投切時(shí)間間隔：=300秒3）過(guò)壓時(shí)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(wú)功門限、切除無(wú)功門限、目標(biāo)功率因素，過(guò)壓保護(hù)、畸變保護(hù)、電容器容量，投切延時(shí)等，用戶可依據(jù)實(shí)際需要自行調(diào)整。2）手動(dòng)電容器投切：手動(dòng)電容投切沒(méi)有時(shí)間限制。自動(dòng)投切14無(wú)功補(bǔ)償

31、控制器實(shí)時(shí)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(wú)功功率及分相無(wú)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(wú)功功率定義為Q1，分相功率因素定義為cos 1，電容投入設(shè)定門限定 義為Qt（缺省為分補(bǔ)電容容值），電容切除切除門限定義為Qq （缺省為分補(bǔ)電容 容值的1/2），目標(biāo)功率因數(shù)定義為cos。無(wú)功補(bǔ)償控制器根據(jù)分相無(wú)功功率 Ql與電容投入門限Qt相比較進(jìn)行自動(dòng)投切，當(dāng) Q1大于投入門限Qt，某相欠補(bǔ) 就投入某相對(duì)應(yīng)的一個(gè)分補(bǔ)電容器，當(dāng)三相都欠補(bǔ)時(shí)優(yōu)先投一個(gè)共補(bǔ)的電容器 組。當(dāng)出現(xiàn)無(wú)功功率過(guò)補(bǔ)時(shí)（投入電容器補(bǔ)償容量超過(guò)需補(bǔ)償?shù)娜萘浚?，此時(shí)無(wú)功 功率為負(fù)值（在下面

32、分析中，我們將此值取絕對(duì)值）。某相過(guò)補(bǔ)就切除某相對(duì)應(yīng)的 一個(gè)分補(bǔ)電容器，當(dāng)三相都過(guò)補(bǔ)時(shí)切除一個(gè)共補(bǔ)的電容器組，當(dāng)三相共補(bǔ)均切除則開始三個(gè)分補(bǔ)的電容器一起切除。當(dāng)某相過(guò)補(bǔ)，貝U切除該相分補(bǔ)的電容，直到該相脫離過(guò)補(bǔ)狀態(tài)。具體流程見(jiàn)控制流程圖介紹。根據(jù)母線的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，適 當(dāng)改變投入門限Qt、切除門限Qq以取得最佳經(jīng)濟(jì)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(jìn)行2個(gè)三 相共補(bǔ)和2個(gè)單相分補(bǔ)。本文設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電容值設(shè)定為共補(bǔ)電容均為30Kvar,分補(bǔ)電容均為15Kvar?，F(xiàn)以假設(shè)實(shí)際電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的無(wú)功補(bǔ)償狀況來(lái)形象的說(shuō) 明控制流程

33、。投入電容 控制流程見(jiàn)圖2-6，若電網(wǎng)三相無(wú)功平衡，A、B、C三相無(wú)功功率都出現(xiàn)大于共補(bǔ)電容的補(bǔ)償?shù)娜萘?，控制上則先投入一組共補(bǔ)電容，60秒后如果三相無(wú)功功率繼續(xù)出現(xiàn)大于共補(bǔ)電容的補(bǔ)償?shù)娜萘?，則繼續(xù)再投入另一組共補(bǔ)電容。再過(guò)60秒后如果三相無(wú)功功率還出現(xiàn)大于分補(bǔ)電容的補(bǔ)償?shù)娜萘?，那么啟?dòng)分補(bǔ)電容，A、B C相進(jìn)行每相的分別補(bǔ)償，直到達(dá)到補(bǔ)償目的為止。此電容器投切延 時(shí)的60秒的時(shí)間可以由用戶自行設(shè)定。比如 A、B、C三相均需要補(bǔ)償80Kvar 無(wú)功功率，第一時(shí)刻投入共補(bǔ)1電容，60秒后投入共補(bǔ)2電容，再過(guò)60秒后投 入A、B C三相的分補(bǔ)電容。理論上此時(shí)各相分別共補(bǔ)償無(wú)功功率75K、尉，還需要

34、補(bǔ)償5Kvar無(wú)功，但是如果繼續(xù)投入分補(bǔ)電容15Kvar，則出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)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(wú)功小于該相的分 補(bǔ)電容容量為止結(jié)束。 若電網(wǎng)三相無(wú)功不平衡，則控制上安排投入先共補(bǔ)電容，待其中某相的無(wú)功補(bǔ) 償?shù)焦惭a(bǔ)電容值之下后，按三相中哪相還需補(bǔ)償，進(jìn)行單相的分別補(bǔ)償。比如A、 B、C三相無(wú)功功率均分別需要補(bǔ)償 91Kvar，78Kvar,63Kvar。第一時(shí)刻投入共補(bǔ)l電容，60秒后投入共補(bǔ)2電容，此時(shí)A、B、C三相均補(bǔ)償60 Kvar，C相由于 所需無(wú)功小于該相的分補(bǔ)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(bǔ)電容，此時(shí)B相已補(bǔ)償75Kva

35、r,B相電容不再投入。60秒后A相再次 投入一組分補(bǔ)電容?？偼度雱?dòng)作結(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(wú)功三相平衡，若 A、B、C三相無(wú)功功率出現(xiàn) 過(guò)補(bǔ)償，判斷是否三相均超過(guò)共補(bǔ)電容容量的一半， 如果是則先切入的一組共補(bǔ) 電容，一分鐘后再次判斷是否還是三相均超過(guò)過(guò)補(bǔ)電容容量的一半，如果是，再次切除另一組共補(bǔ)電容。一分鐘后在判斷各相過(guò)補(bǔ)是否超過(guò)分補(bǔ)電容， 如此一次假設(shè)三相均過(guò)補(bǔ)20Kvar,即超過(guò)共補(bǔ)電容的一半(15Kvar),則切除最先圖粗的 共補(bǔ)電容30Kvar。此時(shí)三相無(wú)功功率均為10Kvar。詢切除電容動(dòng)作結(jié)束。電網(wǎng)三相無(wú)功不平衡，同三相無(wú)功平衡類似，先切除過(guò)補(bǔ)的共補(bǔ)電

36、容，直到 共補(bǔ)電容全部切除后再分別切除各相的分補(bǔ)電容。直到過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象結(jié)束為止。假設(shè)A、B、C三相無(wú)功功率分別過(guò)補(bǔ) 40Kvar、25Kvar、20 Kvar。則先切除共補(bǔ)電容 (30Kvar)，分鐘后再次切除A相分補(bǔ)電容(15Kvar)。此時(shí)三相無(wú)功分別為5Kvar、 5Kvar、10Kvar。切除電容動(dòng)作結(jié)束。 假設(shè)當(dāng)前各相電壓分別為為 Ua，Ub，Uc,設(shè)定的電壓上限值為Uh，設(shè)定的 電壓下限值為Ul，回差值為5V，設(shè)定的諧波電能百分比值為HW。若測(cè)得以下 的條件之一，未投入的電容禁止投入，同時(shí)切除已投切的共補(bǔ)電容及對(duì)應(yīng)相的分 補(bǔ)電容。(1) Ua，Ub，Uc 中任意相(Uh 5V)；(2)

37、 Ua，Ub，Uc 中任意相(Ul 5V)；(3) 當(dāng)前諧波電能百分比Hw ；投切暫停狀態(tài)若測(cè)得以下的條件之一，對(duì)應(yīng)相保持投切暫停的狀態(tài)，未投入的電容禁止投入。(1) Ua，Ub，Uc 中任意相 Uh ；(2) Ua，Ub，Uc 中任意相 Ul ；上面介紹了新型無(wú)功功率補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)思路，包括其內(nèi)部的原理，結(jié) 構(gòu)及測(cè)量的參量和控制量的分析，并且針對(duì)本論文設(shè)計(jì)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(bǔ)償策略以及投切的控制流程算法。三、結(jié)論無(wú)功補(bǔ)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(dòng)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(bǔ)償方式，如TSC, TCR和靜止調(diào)相機(jī)等。

38、16本文針對(duì)目前電力無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r，從提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)男阅芸煽啃院蛯?shí)用性出發(fā)，對(duì)傳統(tǒng)的TSC型無(wú)功補(bǔ)償控制器進(jìn)行了硬件和控制方式上的改進(jìn)， 設(shè)計(jì)出一款帶有自動(dòng)控制和保護(hù)功能的新型無(wú)功補(bǔ)償控制器。該控制器能夠?qū)Φ?壓三相電網(wǎng)中的無(wú)功功率進(jìn)行及時(shí)、穩(wěn)定的補(bǔ)償(1)研究了 TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?，并?duì)其關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入探 討。重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)常用的老式無(wú)功補(bǔ)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(wú)功補(bǔ)償器主要采用 cos 作為投切的主要判據(jù)的基礎(chǔ)上，根 據(jù)實(shí)際情況，最終制定出以無(wú)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(wú)功補(bǔ)償控制策略，