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一种新型智能低压无功补偿装置设计pdf

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  ● j IIIII I II III IIIIII ll UI {Y1 B凝:;汐f0;.7 B凝汐,7I钾.1矿\ 蓄籍产;骂力u誓翥葛琴?彳 /1 嚣嚣萝名:钏J 指点教师签名: 勺弹 日期:矽t?L参刁 的川lj. / 西华大学硕士学位论文 摘要 无功功率是影响电力系统电压不变的主要要素,无功功率正在电网中传输会加大网 络损耗,降低电能操纵率,影响供电质量。因而正在线的恰当对电网进行无功补 偿是系统高效靠得住运转的无效办法之一。 本文阐述了无功弥补的根基道理以及对电网机能的改善感化,给出了节制安拆的 设想方案。节制器采用新型的电能参数计量芯片ATT7022A及时采集电网运转数据, 制器比拟运算速度高,及时性好。 本论文中电容器组以二进制编码体例分组,优化了电容器的投切阈值,从而最大 限度地提高了弥补效率和持续性。通过采用“电压一无功功率”分析节制思惟,对原 有的“九区图”节制策略进行了改良,使得电容器组可以或许精确投切到位,避免了电容 器组正在临界区域的屡次投切。同时,电容器组采用永磁实空同步开关节制,实现了无 涌流切换。本文还引见了安拆次要电器元件的选型方案,而且充实考虑了电容器组等 内部器件的。 为了实现该安拆的功能,本文设想了较为完整的节制器硬件电及系统的从电, 次要包罗采样电、触发电、电、电源电等。软件设想采用了C言语模块 化编程思惟,提高了系统的通用性和可性。论文同时给出了系统软件的次要法式 流程图。 最初对系统进行了机能测试,测试成果验证了本设想方案的合和可行性。 环节词:无功弥补;节制器;数字信号处置器;电容器组 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 Abstract Reactiveisan ctorwhich powerimportant affectsthe powersystem voRagestability. Thetransmissionofreactiveinelectricnetworkcanleadtonetwork power lOSS.resultedin reductionof of and affectsthe usingefficiencypowerenergy seriously power supplyquality. iSoneofthe Therefore,reactive effectivemeasurestoassurereliable powercompensation and efficient of high operationpowersystem. This introducesthebasic ofreactive mainly principle powercompensation,the ofthe the hardwareandsoftware performanceimprovementpowergrids.Then design schemeis the ATT7022Atocollectthe given.Using controller powergirddatas,this mainly be based designedon32一bitfixed 12 pointdigitalsignal producedbyTI withthe controllerthiscontrollercan Corporation.Comparedmicrochip ster. operate Inthis banksare tothe ,thecapacitor code groupedaccordingbinarymode,the thresholdsofthe arealso allocated.Inthis the switching capacitorsoptimal way efficiency and ofthe is raised.Anewcontrol was continuitycompensationgreatly strategy forward put through method.The canbecontrolled the“Voltage-Var’control capacitors accurately. theseeffectivemeasuresthe in Adopted critical areavoided.The frequentlyswitching regions vacuum circuitbreakers permanentmagnetic synchronous ensurethe banks capacitor inthe best is switching realized.The canbe phase,inrush—current—freeswitching capacitors and the of andother operatedsafelystably.Protection electricalelementsarealso capacitors considered. seriously Inordertorealizethefunctionofthis hardwarecircuitofthe device,the controllerand the maincircuitare designed,includingsampling circuit,triggercircuit,protectioncircuit, circuit etc.Inthe ofthesoft C andmodularizationmethod power aspect design,the language areusedto the and improve ofthesoftware generalization maintainability system.The flowchartsare as procedure meanwhile. given hardwareand softwareistestedandthe Finally,thesystem resultsare given.The resultsshowthe and ofthe experiment rationality feasibilitydesignproject. Words:Var bank Key compensation;Controller;Digitalsignal Processor;Capacitor II 西华大学硕士学位论文 目 录 摘要…………………………………………………………………………………………………………………。I Abstract……………………………………………………………………………………………………………..II 1绪论………………………………………………………………………………………………………………一1 1.1课题布景以及研究意义………………………………………………………。l 1.2无功弥补手艺的研究现状以及成长趋向…………………………………….1 1.3论文的次要内容……………………………………………………………….3 2电力系统无功弥补的根基道理………………………………………………………4 2.1无功功率的发生和感化……………………………………………………….4 2.2并联电容器组无功弥补的道理……………………………………………….5 2.3电容器组的投切对系统电压和无功的影响………………………………….5 2.4电力电容器组的接线类型……………………………………………………..7 2.5弥补简直定………………………………………………………………..8 3并联电容器组无功弥补安拆环节手艺研究…………………………………………9 3.1最佳方针功率因数简直定……………………………………………………..9 3.2无功弥补容量简直定…………………………………………………………10 3.3并联电容器组的同步投切手艺………………………………………………11 1 3.3.1电容器组投切暂态过程以及投入时辰的拔取……………………….1 3.3.2三相电容器组的同步投切手艺……………………………………….12 3.4电容器组的分组体例以及电容器组的投切阈值简直定……………………14 3.5节制方针的拔取以及节制策略简直定………………………………………16 3.6电容器组分补取共补的共同问题……………………………………………18 4安拆从回设想及次要电气元件的拔取…………………………………………..19 4.1并联电容器组的选定…………………………………………………………19 4.2电抗器的拔取……………………………………………………………20 4.2.1电抗器的根基选用准绳…………………………………………20 4.2.2电抗率简直定…………………………………………………………2l 4.3放电线圈接线的设想…………………………………………………………21 4.4电容器组投切安拆的选用……………………………………………………22 4.4.1永磁实空同步开关的选用及节制道理………………………………22 4.4.2磁连结继电器的选用及节制道理……………………………………25 4.5从回的设想…………………………………………………………………26 4.5.1从回设想方案一……………………………………………………26 m 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 4.5.2从回设想方案二……………………………………………………27 4.5.3方案评述及方案选择…………………………………………………28 5无功弥补安拆部门的研究……………………………………………………..29 5.1电容器组…………………一……………………………………………29 5.1.1过电压……………………………………………………………29 5.1.2欠电压……………………………………………………………29 5.1.3失电压……………………………………………………………。29 5.1.4电压缺相:…………………………………………………………30 5.1.5电流………………………………………………………………30 5.1.6温度………………………………………………………………一30 5.2从节制器…………………………………………………………………31 5.2.1节制器供电非常………………………………………………………3l 5.2.2触发信号的………………………………………………………..3l 6节制器硬件设想……………………………………………………………………..32 6.1节制器设想方案………………………………………………………………32 6.2电网数据采集处置模块………………………………………………………33 6.3电容器组单位…………………………………………………………….35 6.3.1电容器组电流信号采集电………………………………………….35 6.3.2电容器组温度丈量模块……………………………………………….36 6.4电压、电流过零点检测………………………………………………………38 6.5电容器组投切形态检测电…………………………………………………39 6.6永磁实空同步开关的节制电源模块…………………………………………39 6.7磁连结继电器节制电源电…………………………………………………4l 6.8继电器输出接口电…………………………………………………………42 6.9电源模块………………………………………………………………………。43 6.10硬件抗干扰办法……………………………………………………………。44 7系统软件设想………………………………………………………………………..46 7.1软件总体布局…………………………………………………………………46 7.2系统的初始化…………………………………………………………………46 7.3数据读取取处置模块…………………………………………………………49 7.4“九区图”节制策略的软件实现……………………………………………49 7.5磁连结继电器取永磁实空同步开关的动做时序节制模块…………………50 7.6中缀子法式……………………………………………………………………53 TV 西华大学硕士学位论文 8安拆调试及试验成果………………………………………………………………..54 8.1节制器硬件电调试…………………………………………………………54 8.1.1电网信号采集模块调试………………………………………………54 8.1.2电网信号过零点检测模块调试………………………………………55 8.1.3永磁开关电源节制电输出波形……………………………………55 8.2节制器部门软件调试…………………………………………………………56 8.2.1cmd文件的设置装备摆设………………………………………………………一56 结 参 攻 攻 致 西华大学硕士学位论文 1绪论 1.1课题布景以及研究意义 正在国平易近经济高速成长的今天,电力曾经成为人平易近出产糊口中不成贫乏的主要部门, 并且用户对供电的靠得住性和质量的要求也不竭提高。近年来跟着电力电子安拆的普遍应 用,电力线、电力变压器以及用户用电设备的快速添加,电力系统中先天存正在着大量 的无功负荷。电能正在线输送过程中大量无功功率的存正在使得系统的功率因数大大降 低,无功电流的存正在加沉了线的电能损耗,影响了电网结尾的电压程度,加大了供电 成本。 世界都将无功功率优化做为电网规划中不成贫乏的一部门。我国正在1983年就 由原水利电力部、国度物价局结合公布了《功率因数调整电费法子》,文件明白:“客 户的无功电力应当场均衡。为提高电能利用效率,削减电能损耗,客户应正在提高用电自 然功率因数的根本上,按相关尺度设想和安拆无功弥补设备,并做到随其负荷和电压变 动及时投入或切除。”并且还对分歧用户的最低用电效率即功率因数做了细致申明,电 力公司按照计较的功率因数,以客户当月的根基电费取电度电费之合为电费调整基数, 按照功率因数调整电费表所的百分数添加或削减电费…。 虽然如斯,我国和欧美等发财国度比拟,无论从电网功率因数仍是弥补深度来看都 有较大差距。目前发财国度的无功弥补度曾经达到了0.5以上,电网功率因数接近1.0, 而我国的弥补度仅为0.45。我国电别是泛博农村电网,遍及存正在功率因数低,电网 损耗较大的现象。存正在这种现象的次要缘由是电网中浩繁设想掉队、运转功率因数很低 的感性用电设备的存正在【2】。而保守的无功弥补安拆因为功能简单、联网能力亏弱、抗干 扰能力差、节制精度低等缺陷也使得现实的弥补结果远远低于预驯31。 目前全国范畴内的配电网和顽强智能电网扶植曾经全面展开,正在2010年3月 由国度电网公司编制的《国度电网智能化规划总演讲》中明白提出“推广使用串补、静 止无功弥补器(SVC)等先辈输电手艺,建成顺应智能化FACTS设备通用节制平台”。 并对无功弥补安拆弥补的精确性、运转的平安性、动做的靠得住性、以及量、利用寿 命等也提出了更高的要求。 本课题就是正在这种布景下提出来的,从当前限制无功弥补安拆弥补结果和利用寿命 的环节问题入手,但愿就高机能、多功能的智能低压无功弥补安拆的研究进行无益切磋。 1.2无功弥补手艺的研究现状以及成长趋向 晚期的无功弥补安拆次要有同步伐相机和电力电容器。同步伐相机就是一台同步 l 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 电动机,能够通过调理励磁电流而持续的改变其无功输出【4】。调相机同电容器弥补比拟 价钱较高、运转损耗比力大、复杂,这使得它难以被普遍利用。并联电容器组的补 偿体例简单,经济,矫捷,目前仍是使用最普遍的无功弥补体例【51。 近年来,正在并联电容器组弥补方面进行的研究次要集中正在: (1)高智能、高精度无功弥补节制器的研究:节制器能及时、精确的检测系统的运 行形态,判断系统能否需要投入或者切除电容器组,正在惹起电网波动最小的时辰精确的 节制电容器组的投切16】。 (2)电容器组同步投切手艺的研究以及投切开关的研制:电容器组的投切开关发生 了严沉变化。从晚期的手动节制,到后来的交换接触器节制、机电一体化负荷开关节制、 晶闸管节制。一曲到近年来新呈现的永磁实空同步开关,曾经越来越切确靠得住的实现电 容器组的同步投切I,1。 (3)科学合理的设置装备摆设电容器组的分组体例:设置尽量多的电容器组弥补品级,最大 限度满脚系统分歧的无功需求,减小过弥补、欠弥补形态的呈现【81。 正在保守的无功弥补体例不竭改良的同时,一种调集了电力电子手艺取相控手艺、脉 管(GTO)形成自换相变流器,通过电源逆变手艺供给超前或者畅后于电压的无功电流。 91。 河南电力局配合研制出我国首台做为工业级尝试安拆的±300Mvar的SVGt SVG的根基道理就是将自换相桥式电通过电抗器或者间接并联正在电网上,恰当的 调理桥式电交换侧输出电压的相位和幅值,或者间接节制其交换侧电流,就能够使该 电接收或者发出满脚要求的无功电流,实现动态无功弥补的目标Ⅲ10】。 SVG严酷意义上能够分为电流型桥式电和电压型桥式电两种。其根基的电结 构如图1.1所示,电流型桥式SVG其曲流侧储能元件为电感,正在交换侧需要并联上接收 换相发生过电压的电容器组;而电压型桥式SVG其曲流侧储能元件则为电容,并入电 网需要上毗连电抗器。 因为运转效率的缘由迄今投入利用的SVG大都采用图1.1(b)所示的电压型桥式布局 电。 目宿世界良多出名的电力公司和科研院所均正在此范畴竞相成长,虽然国表里对 SVG的建模、节制模式、布局设想和不合错误称节制等范畴做了诸多研究,可是SVG正在理 论和现实使用中仍有良多问题尚待处理。因为其节制算法复杂,采用的电力电子全控器 件高贵,决定了这种弥补体例正在短时间内难以普遍利用。 PowerFlowController 别的美国电力研究院还研制出了同一潮水节制器(Unified _I巾FC),它集并联弥补、弥补和移相等多种功能于一身,能够并很是快速的 西华大学硕士学位论文 节制输电线的有功功率和无功功率。可是因其制价高,节制很是复杂,目前仅有美国 Inez变电坐安拆了这一安拆【ll】。 、 !本 j!丕 , 。玉3j√J V讥 AA^ VV’ ]___—— ] 、 !态 ! !本 j!杰 √ , I, (a)电流型桥式电布局 (b)电压型桥式电布局 circuitstructure circuitstructure (b)Voltage-modetype (a)Current—modebridgetype bridge 图1.1SVG根基布局 structureof Thebasic SVG Fig.1.1 能够预见正在将来很长一段时间内,并联电容器组无功弥补体例因其体积小、分量轻、 道理布局简单、易于等长处,仍然会被普遍的使用。而SVG凭仗其调理速度快、 弥补精度高、谐波含量低等诸多优胜性必将会成为将来无功弥补安拆的支流成长标的目的m。 1.3论文的次要内容 本文次要引见了以下内容: 第2章以无功功率的发生为切入点,引见了并联电容器组无功弥补的根基道理。 第3章通过对并联电容器组无功弥补若干环节手艺的研究,分析考虑电压、无功之 间的关系,提出了一种新型的电容器组节制策略,使得电容器组能精确的投切到位,减 少了电容器组正在临界区域的屡次投切,提高了无功弥补的精度和效率。 第4章次要引见了本安拆的从回设想方案,而且对从回次要元器件的拔取、使 用做了申明。 第5章引见了本安拆所采纳的办法。次要是针对电力电容器组的,通过采 取这些办法,了电容器组持久平安不变运转。 第6、7章引见了本弥补节制器的硬件和软件部门的设想。节制器的硬件部门次要 从检测、节制、施行以及电源部门来阐述,而且对硬件电的抗干扰设想做了引见。软 件部门对数据采集处置、投切节制等模块做了申明。 第8章别离对节制器的调试和安拆的投切试验成果做了申明,验证了本设想的结果。 结论部门对本设想做了全面总结,对课题后续工做的开展提了。 3 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 2电力系统无功弥补的根基道理 2.1无功功率的发生和感化 正在交换电网中运转的感性电力设备(如变压器、电抗器、电动机和电子镇流器等)将 来自觉电机的电能成机械能和热能,这个过程中耗损的电能被成为“有功”电能。 而这些感性设备为了实现这种改变必需颠末电磁过程,正在这个过程中耗损的电能被 称为“无功”电能。之所以被称做“无功”,是由于这些感性设备正在进行电磁的过 程中轮回的从电力系统中接收能量然后再将能量送回系统,每个工频周期两次。这些能 量正在发电机上发生的平均负荷最终为零阳,。 雷同的环境呈现正在电力系统的并联电容性元件上,如电缆电容或电力电容器组等。 这种环境下能量被以静电体例存储。电容性设备的轮回充电和放电也像电感设备一样, 可是流入和流出电容性设备的电流取电感性设备正在相位上恰是相反的。这种特征恰是功 率因数改善方案的根本¨2I。 虽然从理论上讲无功功率只是描述了能量互换的幅度并不耗损功率,但正在现实的电 力输送过程中负荷电流的无功分量会导致传输和配电系统中的功率丧失。 (a) (b) (c) 图2.1无功弥补根基电和弥补相量图 circuit Thebasic ofreactive and Fi92.1 compensation power phasorgraph 西华大学硕士学位论文 2.2并联电容器组无功弥补的道理 并联电容器组进行无功弥补的根基道理就是用并联电容器发生的容性无功电流(超 前系统电压90’)去抵消由感性负载发生的感性无功电流(畅后于系统电压90‘),使得补 偿后的无功电流趋近于零,以此提高弥补点的功率因数。电力系统中感性负载的遍及存 正在使得这种弥补体例得以普遍的使用。 图2.1(a)为单个电容器无功弥补的电图,当未接电容C时,电源所供给的电流 供给的电流由,。减小为,:,厶=厶+/(t—L),相角由仍减小到仍,功率因数则由cos(p, 提高到cosf02。图2.1(c)显示了这个过程中接入点功率的变化环境。 2.3电容器组的投切对系统电压和无功的影响 第2.2节正在电抱负化形态F阐述了并联电答器组无功弥补的根基道理,本节将以 集中电力负荷间接从电力线受电为例阐发电力电容器的投切对于接入点系统的影响。 图2.2所示即为集中电力负荷从电力线间接受电的典型接线和向量图。 没有接入电容器时,用户侧线电压降△Ul为: △UI-丁PR+QX (2.1) 式中P、Q别离为负荷有功和无功功率;R、X别离为线等值电阻和电抗;U为线 额定电压。 安拆无功弥补电容器组Qc后,线—PR+](Qr-Q一,)X (2.2) 比力式(2.1)、式(2.2)能够获得:AU2AUI。一般环境下因为大量感性无功的存正在, 因而XR,QXPR。故弥补电容器Qc投入后母线稳态电压升高△U为: △u=△u一△%=丛U (2·3) 5 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 设电容器组接入处系统母线三相短容量为ssc,则x=西U2,代入(2.3)式得: AU:U.立 (2.4) S∞ 或 绞=等·& (2.5) 式中:△U一并联电容器投切后母线电压的改变值(投电容为升高,切电容为降低),KV; UL并联电容器组未动做前的母线电压,KV;Qc一并联电容器组的容量,Mvar; Ssc_并联电容器安拆接入点母线三相短容量,MVA。 IR Qc P+jQ (a) (b) 图2.2集中供电系统和弥补向量图 Thecentralized andthe Fig.2.2 powersupplysystem phasorgraph 由式(2.4)能够得出以下结论:投入(切除)同样容量的电容器组,安拆接入点的短 容量越小,电容器组升压(降压)结果越显著。因而系统短容量Ssc越小的场所,好比越 接近线结尾,安拆并联电容器安拆的结果愈显著【l31。 通过度析式(2.4)、式(2.5)能够得出:对于统一接入点或者说接入点短容量不异的 无功弥补安拆,投入电容器的容量取接入点电压的变化是成比例的,这一点正在本设想中 有很主要的使用。 西华大学硕士学位论文 2.4电力电容器组的接线所示,正在低压电网中单组电容器能够采纳角型、星形中性点不接地、星形 中性点接地以及星角混接的接线体例。 ..-\...j..jL 图2.2电容器组的接线Theconnectionmethodofthe bank Fig capacitor 按照上述电容器组的毗连体例,并联电容器组无功弥补的弥补类型分为【14】【”1: (1)三相共补型弥补安拆:这类弥补安拆利用图2.2(a)的接线体例,通过检测某一相 的电流来进行计较并节制电容器的投入量来达到弥补目标。因为角形接法的电容器组对 于三相供给的容性无功相等,因而该类弥补安拆只合用于三相无功功率根基均衡的负荷 环境。此类弥补安拆因为布局简单、价钱低廉而用量最大。 (2)三相分补型弥补安拆:这类弥补安拆利用图2.2(c)的毗连体例,通过检测三相无 功来进行别离计较并节制各项电容器的投入数量来达到弥补目标。这类弥补安拆能够使 各相的无功功率均获得优良的弥补,可是对不均衡有功电流为力。用于三相无功不 均衡的负荷环境时,比三相电容器同时投切型弥补安拆的无功弥补结果要好,凡是取三 角形电容器共同形成“混补安拆。 (3)调整不均衡电流型弥补拆型№】:这类安拆利用单相电力电容器进行弥补,通过 检测三相电流来分析计较并节制各相电容器的投入体例和数量来达到弥补无功而且调 整不均衡电流的目标。取分相弥补安拆分歧的是,这类弥补安拆使用了正在相间跨接的电 容器能够正在相间转移有功电流的道理。通过正在相取相之间以及相取零线之间接入分歧数 量电容器的方式,不单能够使各相的无功均获得优良的弥补,还能够将三相间的不均衡 有功电流调整值均衡。这类弥补安拆用于三相电流不均衡时的负荷环境,具有很好的效 果。 7 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 2.5弥补简直定 正在一个电气系统中电容器的决定了弥补模式。抱负的弥补使用正在耗损处并正在任 意时辰都能供给系统所需的弥补。可是正在现实使用中,手艺和经济要素决定了弥补的方 式。按照弥补电容器组安拆的分歧,能够分为三种弥补体例【101: (1)集中弥补。将电容器组毗连到电气系统的低压从配电柜的母线上,并正在负荷正 常期间使其连结投入形态。一般用正在负荷持续而不变的处所。 (2)分组弥补。将电容器组毗连到每个当地配电柜母线上。这种设置装备摆设有益于正在电气 系统的次要部门,出格是从从配电柜到每一个分派电柜的馈出电缆处进行弥补的丈量。 合用于电气系统比力分离且系统的一部门设备取另一部门正在负荷/时间模式上不尽不异 的处所。 (3)当场弥补。将电容器间接连正在感性设备端(出格是电动机)。当电动机功率相对 于电气系统所要求的标称视正在功率曾经很大的环境下该当考虑当场弥补。 西华大学硕士学位论文 3并联电容器组无功弥补安拆环节手艺研究 本章次要从最佳功率因数、最佳弥补容量简直定以及电容器组的投切算法、投切开 关的拔取等间接影响安拆的节制精度和弥补结果的环节问题进行深切的阐发研究。 3.1最佳方针功率因数简直定 无功弥补最曲不雅、最简单的目标就是提高功率因数,可是若何确定~个合适的方针 功率因数间接关系到弥补的经济性。本节从数学角度阐发了若何确定最佳的方针功率因 数。 如图2.1(c)所示,假设系统输送的有功功率Pl连结不变时的功率三角形,Q1、S1分 别对应系统的无功功率和视正在功率。 安拆无功弥补电容器组Qc后,系统输送的无功功率降为Q2,正在有功功率连结不变 的环境下: Qc=Q1一Q2=pltanq5一Pltano:=Pl(tanq、-tan讫) (3.1) 为了获得方针功率因数取弥补效率之间的对应关系,设比例系数∥, ∥普=咖仍一tan讫=《争一≤争 B2, 1 3『, ——一 一 ,逐个 ,/ O #,/ ——, ——, ,/ ——, ,/ .内、- // O∞钙∞ 箩, 彳 沙 / / / / / ’7 O 哆 夕 少 / / 少 O:8∞ coc / / / ^b / { 7 / n / 毋j V/ / f9啡ou n / / 念, / / 剁1/ O c( / / O / / / O / / O碍:己∞∞:{}∞ / 声 图3.1p-cos‘p2曲线 Fig p—cos啦Curves 由式(3.2),对应于分歧的cos。可计较获得取之对应的一系列p值。以p为横座 标轴,cos:为纵座标轴成立曲角坐标系,可获得一组p-cos仍曲线 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 后,该曲线的斜率大大减小,即跟着Qc容量添加,cos·p:增加率减小。IN此cos(o:越接 近l所需的弥补容量Qc越大、投资愈高,但所获得的弥补效益却愈小。 和1,所对应的13值。 表3.113-cos‘102对应表 Tab3.1 table 13-cosq02 mapping ∞ L獬8 m酣 仉535 m蜥 % L弼3 L∞ m69l O触 ∞ l膨mu L驺 L020 n瑚 通过本节的阐发可得以下结论:方针功率因数COS c,o,值的设定不克不及盲目求高,大多 数环境下cos(02定为1是不经济的,一般环境下不宜跨越0.96,具体环境需按照供电负 荷的具体环境确定。 正因如斯,原国度能源部所的电费按功率因数的惩处法中将方针功率因数的 上限由过去的上不封顶更正在O.95封顶,如许的从提高弥补经济的角度、弥补结果的 角度来评价都是很合适的。由于盲目提高方针功率因数不只不经济,并且容易形成无功 倒送影响系统的不变性。 3.2无功弥补容量简直定 按照安拆安拆地址电网的运转情况以及用户的需求确定合理的无弥补容量,是关系 到弥补结果和经济性的环节。额定弥补容量过大,将会导致资本华侈;弥补容量过小, 71。 将不克不及满脚弥补的需求形成欠补【1 假设弥补安拆安点缀电网最大负荷平均有功功率为P,设弥补前的功率因数为cosq)l, 10 西华大学硕士学位论文 弥补前无功功率为Q1,弥补后的功率因数为eOS(p2,则按照功率因数的定义得出: P P ∞叩l2丽~Si (3·3) (3.4) Q=肝2√(去2逐个,vco/(s1--!--仍)2-1 并联电容器进行弥补后,无功功率变为 Q2=PI(去r-1 (3.5) 故需要投入的无功电容容量为: Q廿c仁1。仍1一后南。, (3.6) 式(3.6)即为常用简直定无功弥补容量的根基式。 3.3并联电容器组的同步投切手艺 ’ 电力系统中,并联电容器组投入系统发生的涌流一般为额定电流的几十倍,会对电 力系统形成很大的影响,如【18’: (1)投切过程发生的涌流可能会导致电力开关的触头熔焊和烧损; (2)过大的涌流还可能电流互感器和电抗器绝缘层; (3)涌流发生的电动力可能导致变压器绕组变形或损坏; (4)若是涌流的幅值很高,可能导致继电安拆误动做,影响电力系统的平安性 和靠得住性。 可见若是电容器组随便投切不单不克不及对系统进行合理弥补,并且还有可能电力 系统的不变性。因而确定电容器组从电网中投入和切除的时辰关系到最终的弥补结果。 3.3.1电容器组投切暂态过程以及投入时辰的拔取 以图2.1(a)所示单相电容器接线图为例,获得KMl关应时电的方程【19】: £c万d2uc+“。=‰sin(耐+口) (3.7) 一般电中coL1/coC,式(3.7)的解为 sin国of (3.8) 材。=Um$in(纠+口)·丽1/coC+口lcoSCOot+a2 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 式中‰=1/√万,口l、口:为由初始前提决定。 假设开关关合前电容器上有电荷, 电压为Uo.则t=0时,Uc=Uo。由于线有 感性负载,故电流不克不及突变。因而t=0时, i。=O,将上述初始前提代入式(3.8)得: 口l:U。一Umsin口,口2:一—(oU=—coso! (3.9) ‰ 同时因为上础,则式(3.8)能够简化为 翻C (3.10) 甜0 因为coo缈,则电容器上呈现的过电压值为%=2u=一砜,若‰取%极性不异 则电容器上呈现的过电压小于2乩。反之若极性相反,则可能呈现大于两倍的过电压。 由式(3.10)可获得关应时的合闸涌流为 sincoot-a2cos(_oo力 ic=c警=CoM=cos(ca+功--C0)0(aI =C[coU。cos(ox+口)一cooAsin(coof一日)】(3.11) 式中A=、/a卜口;,目=arctana2/al。 由式(3.11)可知,涌流峰值取电容器容量、系统固有参数,电容器上的预充电压以 A的值f191。 1)qb 及合闸时辰电源电压的相位角口相关。降低涌流峰值‘,即降低式(3.1 一般通过正在电容器组上拆设放电线圈,电容器组投切时辰之前电容器的端电压 为0,关应时辰选正在系统电压为零时辰,切除时辰选正在系统电流为零时辰,此时电容器 组投切惹起的过电压最小近似为零。 3.3.2三相电容器组的同步投切手艺 电容器组的同步投切是指正在系统电压或电流的指定相角处投入和切除电容器组。对 于预充电压为零的电容器组,同步关合的最佳相位是电压过零点。分歧接法的电容器组 的投切策略也分歧,具体环境如下【20】: 电容器组的同步关合步调:三角形接法的电容器组,同步关合的最佳时辰是每相电 容器对应的线电压过零点时辰。星形中性点接地的电容器组,同步关合的最佳时辰是三 西华大学硕士学位论文 相电压别离过零点时辰。 电容器组的同步切除步调:星形中性点接地和三角形毗连的电容组采纳不异的节制 策略,即各相电流过零点别离切除。 投、 ‘ 投入电容器组,系统电压升高 . ∥ r切 一 ,1 ,1 1,7j-。’㈠·fi j!j㈠1。 0jhf f\+ ,H。¨。i\。。~?\。¨。3一八一?j卜j, 1i f f. .’㈠’『1j㈠ff3‘ j’?Ij¨ ,\ 卜! 』_。 ,..f ;7。 :』\ 1 。j—F?’,A j,卜i、\j.of‘\f』 fl 。0’、』。■/,一\ j i 』t j l; I 7 l}’㈠7I ㈠ f ¨Ifj\㈠ i/V‘、,。u f i j f’.!f l f.j V‘√、√V、/V j,l I『_i -一、/.j.\/:,,\/:./\/。:。/V,,k s/t 图3.2△电容器组同步投切对系统电压的影响 3.2TheeffectoftheA·modeconnectionbank On Fig capacitorsynchronousswitchingpowersystem · voltagestability 中进行了仿线成果表白三不异步过零投切电容器 组暂态过程短,对系统冲击小。可是电容器组投入系统后惹起的系统电压升高需要留意, 正在节制策略中必需分析考虑电容器组投切对电压和无功的影响,将这个电压波动节制正在 合理的范畴之内。 i{\iji’\《1. i“、 f、、(、1 ,n- 广 j fV\‘:/…j f. ‘Ⅲ/…\Ⅲ’\\ /、 , j\l/.I\\ f. f,\I?,f\j j¨\ f ,\\ …\I …\J ∥.\!f f j j 1 ;” f㈠’.\f ㈠\I…!\j/. I\ff .V7 1\y7㈠ ㈠\ \v ㈠\y7/\ 《 、.y√/ \¨/f l\I/ i…/…、//\ 8 V姒/j埘W/i删iⅥ 图3.3△电容器同步投切后电容器端电压的变化 3.3The aftertheA-modeconnectionbank capacitorsynchronous Fig capacitorvoltage switching 图3.3仿实成果显示了拆设了放电模块的电容器组正在同步投切过程中电容器端电压 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 的变化。 3.4电容器组的分组体例以及电容器组的投切阈值简直定 正在确定弥补安拆的弥补容量之后,若何对电容器组进行分组也是一个环节,由于电 容器组分歧的分组体例间接决定了每个电容器投投切次数以及运转时间。因而电容器组 的分组体例不单间接影响了它的寿命,也决定了弥补的效率和精度。 近年来很多专家和学者针对并联电容器组的分级问题进行了研究和阐发,分级体例 从最后的单一固定电容投切到电容器组分组投切,再到基于分歧编码体例的电容器组分 组投切体例,这些都大大提高了无功弥补的持续性。本设想连系最新的研究采用了 基于二进制编码体例的电容器组分组体例,而且对电容器组的投切阈值进行了优化。 通过图3.4能够曲旁不雅到并联电容器组无功弥补分品级的,因而不成能对所有的无 功需量都能进行切确的弥补。若是要对系统进行最合理的弥补,必需对每组电容器的补 偿容量值进行合理的设置装备摆设,而且为各级电容器组确定合理的投切阈值,使得电容弥补效 果达到最优。 正在总弥补容量必然、弥补电容个数必然的环境下,要使无功弥补的级数尽量多,编 码体例最优,必需满脚两个准绳:①每级的弥补容量由独一的电容组合体例发生,用最 少的电容器组数实现最多的无功弥补级数;②相邻弥补品级间的切换精度最高,合 理的切换步长,提高无功弥补率。一正在电容器分组n必然的环境下,反复度为0且切换精 度最高的编码体例为最佳【211。 表3.2以n=4为例列举了几种最常见的电容器组的分组编码体例. 表3.2常见的电容器分组体例 Tab3.2Thecommon schemeof the grouping capacitors 编码体例 弥补品级 1 248 {O,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, 1l,12,13,14,15) 1 1 1 l {0,1,1,I,1,2,2,2,2,2,2,3,3,3,3,4) 1 222 {0,1,2,2,2,3,3,3,4,4,4,5,5,5,6,7} 1 234 {O,1,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,9,lo} 1 4 2 6 {O,1,2,3,4,5,6,7,6,7,8,9,10,1l,12,13} 电容器组的分级投切决定了它能供给的弥补也是有“品级”的,也就是电容器组的 投切阈值是成立正在过补或欠补的根本上的。为了完成这个过程每个弥补品级需要~个回 14 西华大学硕士学位论文 差来电容器组的一般投切。其投入闽和切除阈的和必需大于该级电容器的容量,否 则系统会频频投切电容器,发生投切震动,导致系统解体。 4421编码 I 、 1246编码 —-j J l \ L l 、—●L t 麓 一12;4编碍一· 求 栅 .,j一』 套搴 .工≤-.…乞l 厂一 1222编码‘≮…… 广_ ……‘f……}…………· ......逐个. I ’. …...j..…. 1 I ‘、11tl编码 ●-- I 图3.4几种分组体例对比 由文 式中鲸、 值范畴均 住f22】 I士 。 一种新型智能低压无功弥补安拆的设想 图3.5为基于二进制编码体例的电容器组最优投切闽值算法的流程图,数组 的十进制编号的数组。最终输出的要投(切)的现实容量的编号加上(减去)编码寄放器中 的编号,获得当前投入总容量的对应编号,并将其更新存储到编码寄放器。把编码寄放 器的新编号进行二进制译码后,向响应的施行单位发出节制指令,一次弥补到位。l表 示投,0暗示切12…。 3.5节制方针的拔取以及节制策略简直定 弥补电容器的投切判据目前并无同一的原则,但因为无功弥补点的环境及调控方针 分歧凡是有六种节制体例Ⅲ23】【24】: (1)“电压”节制体例:一般环境下,有功功率的变化对系统电压的影响较小,对电 压影响较大的是无功功率,因而并联电容器组也是常用的调压手段。正在对电压要求比力 严酷的地域有时仅以电压的凹凸做为电容器组投切的独一判据。正在电压低于下限时投入 电容器,电压高于上限时切除电容器【2引。 (2)“时间”节制体例:按照弥补点近期的日负荷曲线将每天划分为若干负荷时段, 按照负荷时段的环境投切电容器组。该节制体例合用于弥补对象负荷较不变的环境,负 荷时段的划分必需随季候和负荷的变化做及时的调整。 (3)“电压.时问”分析节制体例:正在时间节制的根本大将电压也做为判断参数。正在各 个负荷时段内若是电压越限也对电容器进行投切。该方式能及时监测电压,并能预测每 天各个时段的节制。 (4)“无功电流”节制体例:操纵微处置器和硬件电检测或计较出电网中的无功电 流分量,根据无功电流分量的大小决定电容器组的投切,使得电容器供给合适的容性无 功电流对电网中的感性无功电流进行弥补。这是一种较为抱负的设想方案,其长处曲直 不雅,弥补切确,但若何精确、快速检测无功电流是个难题。 (5)“功率因数”节制体例:功率因数节制是一种保守的无功弥补节制策略。按照功 率因数从动投切并联电容器组。当功率因数大于上限或者无功功率小于零时切除电容 器;当功率因数低于下限且无功功率大于零时投入电容器。这种节制器由于价钱低廉现 正在仍然正在利用,可是该节制体例的最大问题就是正在轻载临界区域的投切振荡。 (6)“电压.无功功率”分析节制体例:操纵电压和无功两个判别量进行分析调理。保 证正在电压及格的前提下,对无功进行调理。 该节制体例的根基节制策略如图3.6所示: 0区:及格区域,不动做; l、2、3区:电压大于上限,切电容器; 16 西华大学硕士学位论文 4区:电压一般,无功功率大于上限,投电容器: 5、6、7区:电压小于下限,投电容器; 8区:电压一般,无功功率小于下限,切电容器。 na^ 1 3 U” 刀2R I/ 一 I.........,一 8 0 4 u曲K 习 5 7 划6匕 图3.6九区图节制策略阐发 3.6Thecontrol Fig strategyanalysis 本设想次要采用节制体例6,以“无功功率节制、电压”为根基准绳,该节制 策略正在现实使用中需加以改良,本设想使用了改良的九区图节制策略,“九区图”节制 是并联电容器组无功弥补常用的节制策略,现实使用中正在如图3.6所示的B、D、F、H等 区域,若是不克不及精确计较电容器组的投切量,则会导致电容投切后系统运转正在新的不合 格区域,如许就导致电容器组频频投切,反而会影响系统的不变而且损坏电容裂26J。 大大都的无功弥补器间接将这些临界区设置为不动做区域12¨,如许虽然削减了投切 震动,但却降低了弥补精度。本节制器对保守的“九区图”节制策略进行了

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