電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置

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：2011.12.12 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)之一，電壓高低反映無(wú)功出力與用戶(hù)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(mǎn)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，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(hù)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。由上式可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)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)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(xiàn)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(hù)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(hù)功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶(hù)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(dá)到上述規(guī)定的新用戶(hù)，供電企業(yè)可拒絕接電。對(duì)已送電的用戶(hù)，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(mén)限和切除門(mén)限的值，如果測(cè)量出當(dāng)前的電網(wǎng)功率因數(shù)小于投入門(mén)限則投入電容器，若大于切除門(mén)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(wú)功不平衡時(shí)，電容補(bǔ)償無(wú)法分別滿(mǎn)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)增加到時(shí)，裝1Kvar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(xiàn)路上輸送功率，輸送端電壓為，線(xiàn)路電阻為R，則在線(xiàn)路上的有功損耗 ，即線(xiàn)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(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(xiàn)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：，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(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(chēng)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(xiàn)上傳輸同樣會(huì)增加損耗。如果供電線(xiàn)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)并決定要補(bǔ)償?shù)碾娙萜鳎⑼度腚娙萜餮a(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(chēng)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)要采取限流措施(如采用限流接觸器)。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、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(xiàn)上，也稱(chēng)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?shù)娜萘枯^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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)上的并聯(lián)電容器組的示意圖，每段母線(xiàn)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(huà)出了一組。真空開(kāi)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(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(kāi)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(kāi)后瞬間的電源電壓。當(dāng)電壓在lkV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)lkV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(xiàn)性伏安特性，正常電壓時(shí)電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)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(zhuān)門(mén)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(xiàn)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：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(yùn)行在區(qū)域0。、是電壓上、下限值，、是無(wú)功功率上、下限值，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；(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1.05-1.2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(xiàn)。假設(shè)當(dāng)時(shí)，時(shí)，切除一組電容器；假設(shè)當(dāng)時(shí)，時(shí)，切除另一組電容器；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(xiàn)，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(kāi)關(guān)型補(bǔ)償器的根本原理是利用電力電子開(kāi)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(xiàn)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6。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(lèi)型中的晶閘管投切電容器TSC(Thyristor switched Capacitor)，是電力電子開(kāi)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(kāi)、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0.01-0.02s7。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7。補(bǔ)償裝置主要由柜體、控制器、空氣開(kāi)關(guān)、避雷器、電容器、熔斷器和復(fù)合開(kāi)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8。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(xiàn)。 圖2.4TSC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖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(xiàn)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KZl。KZ8共8組。在圖中畫(huà)出其中的KZl-KZ5的控制部分，其控制安排是KZl控制共補(bǔ)1，KZ2控制共補(bǔ)2，KZ3KZ5分別控制分補(bǔ)1的三個(gè)電容器，KZ6KZ8分別控制分補(bǔ)2(圖中未體現(xiàn)，但同于KZ3KZ5)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(kāi)的開(kāi)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C2，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(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(kāi)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(1)傳感器部分傳感器部分將現(xiàn)場(chǎng)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(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(hù)停/供電以及防竊電功能為一體的前端設(shè)備，安裝于用戶(hù)各單元配電箱中，能實(shí)時(shí)采集用戶(hù)的用電信息，并具有防竊電功能，當(dāng)用電戶(hù)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(xiàn)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(hù)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(kāi)關(guān)組件電力電容器組及可控硅開(kāi)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)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。可以采用觸摸液晶顯示屏，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?？紤]到用戶(hù)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(kāi)關(guān)，采取過(guò)零投切的方式，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(lèi)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(mǎn)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，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。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(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)豯-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(xiàn)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)：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路狀態(tài)。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(mén)限、切除無(wú)功門(mén)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(hù)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，分相功率因素定義為，電容投入設(shè)定門(mén)限定義為(缺省為分補(bǔ)電容容值)，電容切除切除門(mén)限定義為 (缺省為分補(bǔ)電容容值的12)，目標(biāo)功率因數(shù)定義為。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(mén)限Qt相比較進(jìn)行自動(dòng)投切，當(dāng)Q1大于投入門(mén)限，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?，此時(shí)無(wú)功功率為負(fù)值(在下面分析中，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(kāi)始三個(gè)分補(bǔ)的電容器一起切除。當(dāng)某相過(guò)補(bǔ)，則切除該相分補(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(xiàn)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，適當(dāng)改變投入門(mén)限、切除門(mén)限以取得最佳經(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。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)娜萘浚刂粕蟿t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)娜萘浚瑒t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)娜萘浚敲磫?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(hù)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75Kvar,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，如此一次判斷，直到過(guò)補(bǔ)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(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。15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(lèi)似，先切除過(guò)補(bǔ)的共補(bǔ)電容，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)，一分鐘后再次切除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，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(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) ，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(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) ，中任意相；(2) ，中任意相；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。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蛪喝嚯娋W(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，能夠有效