无功平衡

关键词： 乌海 合格率 负荷 电网

无功平衡（精选八篇）

无功平衡 篇1

2010年, 乌海地区500kV网架结构逐步完善, 220kV系统电网得到优化, 目前电压情况可以满足负荷继续增长, 2010年乌海电网最大负荷出现在5月12日为1381.6MW, 220kV电压最低值为 218.35 kV, 出现在五福变电站, 乌海电网最小负荷出现在11月18日为407.7MW, 220kV电压最低值为 224.18kV, 出现在顺达变电站。

2010年1-10月份, 乌海地区负荷增加迅速, 各断面上的潮流显著增加, 但由于乌海地区电网的网架结构日益完善和电源点的不断接入, 电网主网架电压水平有所升高, 乌海地区220kV主网络电压水平维持在223kV左右, 110kV和35 (6) kV侧电压通过调节主变分头和投入电容器基本维持在电压合格范围之内。

2010年11月, 乌海地区电网由于受国家节能减排影响负荷平均45-80万千瓦时, 各断面上潮流显著减轻, 主网架电压水平有所升高, 特别是接带高载能负荷较多的五福站、黄河站、宝山站电压水平较高, 通过调节各变电站的主变分接头和退出全部电容器使各电压层面的电压保持在合格范围之内。

无功平衡计算:

备注:*表示网间联络线考虑一半充电功率注入我局电网

高峰负荷时全网无功电力平衡状况

截至2010年11月25日, 乌海电网220kV变电容量为2580MVA, 220kV容性无功补偿容量为250.6 Mvar, 220kV变电站无功补偿容量占主变容量的9.71%, 不满足电力系统无功补偿配置技术原则规定的要求。

2010年电网高峰无功电力平衡分析:

2010年5月12日负荷最高达到1381.6MW, 高峰期发电设备无功最大出力为:

Qg =703.88 Mvar

高峰期电力电容器投运率80%、用户电容器投运率60%, 无功出力为:

QC=408.6*0.8+331.649*0.6=525.8694Mvar

输电线路充电功率 (电压修正系数1.0)

QL= 80.39*1.0=81.93 Mvar

忽略用户同步电动机、用户小电容器, 高峰期网内无功最大出力为:

∑Q= Qg +QC+QL

=703.88+525.8694+81.93

=1311.6794Mvar

考虑乌海电网负荷增长加快的原因, 2010年乌海电网高峰最大有功负荷1381.6MW, 按COSФ=0.90计算, 高峰最大无功负荷667.8Mvar, 考虑输变电元件的无功损耗 (按40%计算) , 1381.6*40%=552.64Mvar, 电网高峰无功总消耗为1220.44Mvar, 无功最大出力1311.679Mvar, 因此高峰负荷时应及时调节主变分头同时变电站全部需要投入电容器, 无功出力基本能满足负荷的要求, 同时保证各电压层的电压质量问题, 而且网内主要无功电源来自主网或临网的输入, 若主网或临网电压波动较大, 我局的无功平衡也能保证。

为此为了提高运行可靠性、经济性和适应负荷端的变化发展, 要求留有一定的备用容量。《根据国家电网公司无功电压管理规定及技术原则》规定在变电站和用户装设无功补偿设备。

2010年电网低谷无功电力平衡分析:

低谷期发电设备无功最大出力为:

QG =563.31Mvar

电容器全部退出运行

QC=0

输电线路充电功率 (电压修正系数1.0)

QL= 80.39*1.0=81.93Mvar

忽略用户同步电动机、用户小电容器, 低谷负荷期网内无功最大出力为:

∑Q=QG+QC+QL

= 563.31+81.93

=645.24Mvar

乌海电网有功最小负荷为407.7MW, 全网最低无功负荷197Mvar, 考虑输变电元件的无功损耗 (按40%计算) , 407.7*40%=163 Mvar, 电网低谷无功总消耗为360Mvar, 无功最大出力只有645.24Mvar, 因此2010年负荷低谷期间, 如电容器全部退出, 则无功出力仍有盈余, 不需要投入电容器也满足电压的要求。

截止到2010年底, 我局直属各变电站无功补偿总容量为407.4Mvar (均为并联电容器) , 无功补偿率为10.67%, 达到了国网公司要求的10-25%的下限要求。220kV顺达站无功补偿率为6%, 220kV卧龙岗站无功补偿率为6.33%, 110kV甘德尔站无功补偿率为5.25%, 110kV乌兰站无功补偿率为6%, 110kV新地站无功补偿率为7%, 不满足国网公司要求的10-25%的下限要求, 建议乌海局2011年重点解决以上变电站的无功缺额情况, 使以上变电站无功补偿率达到国网公司要求的10-25%的下限要求, 确保2010年负荷增长情况下的各变电站的电压水平。

我局各变电站的主变压器大部分为有载变压器, 能够及时灵活的调整电压, 保证电压质量水平。但110kV哈站2号主变是无载变压器, 对于调整电压有一定的局限性, 对控制电压有一定的难度。按照内蒙古电力公司的统一要求, 加大高载能用户无功补偿的整治力度, 提高用户的功率因数, 提高电网的电压水平。确保乌海地区电网各站电压在合格范围之内。使电网的总体电压水平提高, 但局部电压因负荷波动较大仍需频繁调整, 这就需要运行人员加强监视, 及时加以调整。无功电压管理人员加强分析与研究, 研究新设备, 研究新情况, 定期对电网进行理论计算, 提出改进的办法与措施, 并及时付诸实施。

无功平衡 篇2

关键词：区域划分；区域平衡；电力系统；无功电压管理

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0105-01

伴随着科技的进步，我国经济的快速发展，人们的生活用电、工作用电等的需求都在不断增长，为了能够满足人们对电力的需求，我国的电力系统也在不断的进行改进。但是由于环境以及资金等多种因素的限制，并且我国的电网结构较为薄弱，使用的设备不够先进，现如今，电网的运行状态与最初的设计相比，改变很大，这些问题的存在不利于电力系统的正常运行，也带来了一定的负面的影响，留下了安全隐患，同时，由于高压直流输电系统是并网运行的，如何维持电压的稳定变得特别重要。这些安全隐患的存在，威胁着整个电网系统的安全正常运行，同时，这些隐患的存在也很容易导致电压崩溃现象的产生。通常，某一个区域的电压不稳定，若得不到及时解决，就会产生整个电力系统电压崩溃的现象。

1 无功功率的平衡与电力系统稳定运行的关系

无功功率的平衡对整个电力系统的正常运行有着至关重要的作用，想要确保电力系统的正常运行就必须使无功功率保持平衡。无功功率指的是电网运行的过程中，所有无功产生的无功功率要与电力系统中各个环节上的无功功率损耗的和相等。电力系统的无功功率的损耗主要由线路和变压器的无功损耗两部分组成。在电力系统中，大多数情况下，用电设备所吸收的无功功率，与所加的电压有着密不可分的关系。在额定电压的附近，无功功率与电压的变化是成正比的，电压上升则无功功率增加，反之亦然。如果是电力系统中出现了无功功率缺额的现象，系统中所负荷的电压下降，才能减少对无功功率的吸收，从而保证无功功率的平衡。电力系统中，系统无功的不稳定性是引起电压崩溃现象产生的主要原因。在电力系统的电压崩溃之前，系统往往是处于一种重负荷的状态，系统的无功紧张，传输线路工作几乎达到了极限。当电力系统的无功储备充足时，电力系统的电压能够达到稳定的状态，若无功储备出现缺额的情况，将会引起电力系统的崩溃，从而导致部分或者整个系统停电。

2 区域的划分以及区域平衡

电力系统的电压不稳定以及电压崩溃等事故的发生主要是因为电力系统局部区域存在无功储备不足的情况。区域的无功储备不充足主要有两种情况，第一种是整个电力系统的无功储备缺额，第二种则是电力系统的其他区域占用了较多的无功储备却不能够传递给该区域。对于第一种情况，增加整个系统的无功储备的方法可以使问题得以解决。对于第二种情况，通过对整个电力系统的无功流动进行相应的调配，可以将电力系统划分成一些小的区域，进行无功的分别管理。区域的划分应该遵循以下原则：

第一，各个分区域之间要确保相互独立性，各区域之间的相互影响要尽可能的小。

第二，每个区域内都不能将其他区域的节点包含在内，同时，区域的节点之间的耦合度要尽可能的大。每个区域都要尽量确保有足够的无功储备。第三，进行整个电力系统的区域划分，所划分的区域数量要恰当，如若区域数量太多则会降低对系统进行整体管理的工作效率。数量太少就会使得工作变得繁琐，不利于系统的管理。第四，所划分的各个区域大小要合适，太大会导致管理不便，不利于工作的开展。

现如今，国内外都对区域划分有一定的研究，得出的划分方法也有很多，比如，按电网所属的电力公司进行划分，按照图论的理论知识进行划分，短路电流法，向上合并归类法等。在实际的电力系统中，这些方法都有运用。

区域划分的结果直接影响了电压弱节点的选择，因此，验证区域划分的结果是必不可少的。对于区域划分结果的验证主要有以下几种方法。

第一种，判断所划分区域的数量和区域的大小。根据电网运行的实际情况来判断所划分区域的大小。区域内节点的数量多少要合适，同时，也应该确保鼓励的节点不能划分成为区域。第二种，分析所划分区域的无功储备。为了验证划分的各个区域的无功储备是否充足，就必须对划分的区域进行无功储备的分析。如若存在某一区域的无功储备不足的情况，就需要从相邻区域接入无功电源，或者是将该区域与相邻的区域进行合并形成一个新的区域。第三种，对整个系统的区域划分结果进行总体衡量。这个方法主要是为了可以对区域内的节点耦合度以及区域间的耦合度大小进行检验。通过对区域内的节点以及先导节点的电气距离按照一定的规则进行计算，将结果进行对比，则能够对系统的区域划分结果有整体的衡量。第四种，使用Sugeno-Yasukaw准则对区域划分的合理性进行判定。

3 基于区域平衡的无功/电压管理

无功/电压管理方法的基本原理是利用电压稳定与电力系统的无功储备存在密切关系的思想，通过增加无功的方法来提高电力系统的电压稳定裕度。

通过一系列的研究，如今，无功/电压的管理往往侧重于无功的管理和电压的管理这两个方面。

侧重无功的管理的方法有以下几种，一种是可以采用通过对电力系统中有功和无功的分布进行调整使得电压得以稳定，这种方法将直接影响着系统的运行方式。还有一种方法是通过对无功电源的调整安排改善整个电力系统的电压稳定性。但是这种方法忽略了有功损耗对整个系统的影响。另外一种方法是，将无功储备的管理类似于一个优化问题来处理，这种方法是通过对发电机的无功注入进行重新合理的安排，使发电机的无功储备得到增长，进而提高电力系统整体的电压稳定性，同时，这种方法也能够使得有功分布不做改变。该方法的最终目的是将发电机的无功储备提升到最大，而将有功损耗降到最小。

侧重于电压的管理的方法是通过对区域划分的了解，对区域内节点情况的掌握，选出区域内的电压中枢节点，并将节点的电压保持在所规定的范围内，通常用到的方法是无功储备以及无功补偿。

在实际的电力系统的无功/电压管理中，需要将无功管理与电压管理的方法相结合。通过对所划分区域的无功/电压管理，保障每个区域的电压稳定性，从而才能够确保整个电力系统的电压稳定性，避免电压崩溃等事故的发生。不管是侧重于无功的管理还是侧重于电压的管理，最终的目的都是为了能够提高电力系统的电压稳定性，防止电压崩溃现象的产生。

4 结 语

由于某个薄弱区域的电压不稳定得不到及时的处理会造成大规模甚至是整个电力系统的电压崩溃。所以，根据特定的标准将电力系统划分为不同的区域，对区域中容易产生电压崩溃的节点进行重点监视，及时解决出现的问题，可以有效的防止电压崩溃等事故的发生。本文提出了无功/电压管理的方案，可以有效的解决区域电压的问题，从而确保整个电力系统的正常运行。

参考文献：

[1] 周永灿.电网无功平衡的研究[J].科技信息，2012，（3）.

[2] 许冲冲.基于偶图分解的电压控制区域划分[D].北京：华北电力大学，2012.

相间能量平衡型无功补偿装置分析 篇3

当前,全球经济的发展原则是节能减排,对我们处于发展中的国家,能源的节约尤其重要。电力工业最重要的节能措施就是“无功补偿”,如何最大限度地提高发电和输配电设施的利用率,是电力部门和用电单位都十分关心的问题,其中蕴涵着巨大的经济效益。

总体技术方案“相间能量平衡型无功补偿装置”是一种电力工业必须的调控设备,为电力无功功率补偿提供了更完善的方法。它可有效降低无功损失、提高供电设备效率、改善供电质量,在不平衡的三相四线制供电系统中节能效果明显,是当前电力工业主推的节能手段。

本装置用于供电系统的用户(负载)端,综合完成以下三种功能:(1)无功功率补偿功能;(2)相间有功能量自动平衡功能;(3)有源滤波功能。

第一个无功功率补偿功能的工作原理很简单,是在用户端并联适当大小的电容器,以抵消电感分量,这是常规的无功补偿柜采用的方法,也称之为静态无功补偿。

第二项相间有功能量自动平衡是创新项目,它针对供电系统的这种情况:供电系统总是用三相(ABC)供电,而大多用户端是分别使用三相中的一相(单相用户),因而三相系统各相用电的不平衡现象是绝对的,这种不平衡会造成严重的后果。首先是中性点偏移,使各相的供电电压改变,电压升高的相,会烧毁电器,电压降低的相,会使电器无法工作;其次是严重影响供电设备最大容量的发挥,比如变压器,它的最大容量对各个单相是一致的,因而任何一相达到最大容量时,变压器就处于危险的饱和状态,其它两相则发挥不出最大容量;最后,三相的不平衡,使得静态补偿失效,甚至取得的效果适得其反。可见本装置功能的重要性。

相间有功能量自动平衡功能是用图1所示的方法实现的:采用图1的三相移相电路,给连接在三相线路上的能量转移电容注入电流,依靠调节相位把电容电流调整与该相的有功电流同相,从而实现有功能量在相间的转移。依靠图1的控制器,调节能量转移大小,实现转移能量的三相平衡。

第三项是有源滤波功能。能量平衡后的三相电路的各相无功电能出现新的分布状态(不平衡状态),此时按新状态对各相单独实现分相式无功补偿。分相式无功补偿由两部分补偿完成:有源滤波(图2)和静态无功补偿(图3)。

静态补偿部分是为减少有源滤波部分的最大容量,从而减少装置成本。有源滤波起到四个作用:一是对可能出现的感性无功的补偿作用;二是对静态无功补偿残留的无功部分进行补偿;三是对无功分量快速变化进行跟踪;四是对电流波形修正,实现高频滤波。

在本装置的静态补偿上也采用了新型电压过零接通、电流过零断开的无弧开关新技术,它们与有源滤波部分相迭加使用,可有效地提高开关寿命、提高补偿电容寿命、对网络无冲击、可快速通断、开关无能耗和反应灵敏等特点。

它的突出优点是:(1)提高补偿质量和效率,可对各单相实现完全补偿;(2)均衡相间负荷,降低变压器温升、提高负荷能力;(3)降低线损、设备损失和补偿装置的自身损失;(4)实现对快速变化负荷进行快速跟踪补偿;(5)完成各种设备保护和监控功能;(6)实现电气参量的自动检测、控制、传输和存储,具备联网功能;(7)应用新型电压过零接通、电流过零断开的无弧开关新技术,提高开关寿命、提高补偿电容寿命,对网络无冲击,可快速通断,开关无能耗。

1装置主要技术指标

有功能量转移范围:小于100 k W/相;

静态无功补偿范围:100 k W/相;

有源滤波和无功补偿能力:100 k W/相;

有源响应速度:0.1 s/响应值;

工作温度:-40~75℃。

2技术创新

相间能量自平衡式有源无功分相补偿装置是一种电力工业必须的调控设备,它为电力无功功率补偿提供更完善的方法。在不平衡三相四线制供电系统中用于快速无功功率补偿和能量平衡,其节能效果明显,是当前电力工业主要的节能手段,是一种新型的创新技术。其结构简图如图4所示。

综合完成无功功率补偿、相间有功能量自动平衡、有源滤波三种功能。

2.1相间能量平衡电路的研发

其中两个关键环节,即移相技术和可控硅导通角控制。它们均采用DSP系统的编程信号,难度不大,主要是算法方面的软件问题。

2.2静态无功补偿电路的研发

采用了新型电压过零接通、电流过零断开的无弧开关新技术,有效地提高开关寿命、提高补偿电容寿命、对网络无冲击、可快速通断、开关无能耗等特点。其中的技术关键是双向可控硅的耐压寿命以及双稳态触点开关的机械寿命,这主要决定硬件的可靠性,目前通过对产品筛选,已经获得解决。

2.3有源功率因数校正和滤波功能

它是基于瞬时无功功率理论的控制算法完成的。这需要同时完成实时监测和实时控制两大任务,系统的监测包括系统的电压和电流的实时数据,调整前后的输出数据等。实时控制任务包括移相控制、能量转移控制、静态补偿控制和有源滤波控制等。这类任务的实时性很强,所以软件程序的优先级也较高,算法也越显得重要,所以采用瞬时无功功率理论的控制算法,化三维坐标A、B、C为二维坐标α、β,从而大大提高运算速度,各相无功电流按在坐标α、β中计算,可节约大量时间。坐标变换后的电压电流计算公式如下:

之后,再依据三相瞬时无功和为零的原理,判定有源补偿器的输出,即实现了接近零差的开环随动控制。

3理论创新

电力参数的立即测量:本装置采用交流周期参数的立即测量理论,采用先进的技术手段,实现了周期性的电力参数的立即测量。交流周期参数是全周期众多次测量结果的演算值,因而想得出这个演算值,最快也需一个周期的时间。传统的测量方法,电力参数的检测至少要经过一个周期25 ms之后,才能获得测量结果。而本项目要求立即得出这个测量结果的演算值,以便开环修正。这种把测量时间提高近25 ms的方法,对于必须进行实时控制的应用非常重要,因此可以把本系统成功运用到各种有实时性要求的环境中。

电力参数的立即测量是指导实时控制算法的重要理论依据,该理论与传统方法的结果具有完全的一致性。但本方法的有效性、简捷性、实用性和快速性使得交流电的调控成为可能,并在补偿装置上得到应用和验证。

这里所指的电力参数包括:电压、电流、功率、电能、频率、功率因数等全信息,它们是电力生产、输配供应和电力用户所必须测量的参数,也是电力电子设备必需的监控对象。

这些参数的基础量是正弦电压和正弦电流。它们在电工学中理论定义,均是以周期为依据的,如:

传统的测量方法,正是依据这些定义进行的。显而易见,电力参数的传统检测至少要经过一个周期之后,才能获得测量结果。

随着电力技术的发展,实现电力参数立即测量的要求越来越迫切。所谓的立即测量,就是指能立即对样品进行采样,而不是指测量的速度有多高。

该技术的理论突破,对电力电子技术的发展必将起到推动作用。

实现正弦交流量立即测量的困难是没有即时样本,各种量不断变化,只是在一个周期内才有完整定义。

所幸的是,作为表征正弦交流的矢量法中常用的旋转矢量,具备提供即时样本的条件:它在任意时刻,都能提供出它的模、幅角等全信息特性。因而在本文后述部分,称与正弦交流对应的旋转矢量为特征量。

显然,对特征量检测,可实现电力参量的立即测量,立即获得希望的各种信息。我们称这种针对特征量的检测技术为全信息立即测量。

在电工学中广泛使用矢量法,就是把正弦交流量的大小表示成一个旋转矢量在坐标轴上的投影(如图5)。在今后讨论中,我们采用余弦函数表示交流量,并且幅值用有效值表示,因为这会给问题的讨论带来意外的方便。

利用图7的测量方案,可立即测得正弦交流的有效值,而不必等待一个工频周期之后。

功率的测量涉及到电压和电流两个特征量,分别构造完成它们的X、Y轴分量后(如图8),即可得到功率的即时样本,实现有功功率P的立即测量。

4应用创新

本装置在国内率先提出相间能量平衡摡念,此功能解决了三相四线制供电系统最大的历史性技术障碍,消除因不平衡造成的相电压变化、中性点偏移和中线电流过大等危害,取得最大的节能效果,也使设备容量得到最大发挥。

5结论

无功平衡 篇4

1. 电力系统无功电压

电压在电力应用中, 也称为电势差或电位差。一般情况下电压的方向为从高电位到低电位, 类似与水压的概念。一般情况下电压的数值, 会根据所在线路电能的变化而变化。其中电感造成的线路电压降称为无功电压, 此外变压器漏感造成的电压降也为无功电压。无功电压其数值与线路的电流成正比关系, 一般情况下电流越大无功电压越大, 此外无功电压与线路电流存在90度的相位差。

2. 无功电压就地控制与平衡发展现状

当前随着我国经济的快速发展, 工厂、商业地带、居民区的数量也越来越多, 因此对于电力的需求也越来越大。此类的现状导致大量的发电厂以及变电站投建, 随着发电厂变电站的修建, 其中关于无功电压控制的问题, 也引起了较多人群的关注。当前关于无功电压控制技术, 整体的发展较为良好。针对此类技术的发展, 当前主要的控制手段为自动化控制技术结合网络技术进行。自动化技术的发展, 一定程度上促进了无功电压控制的发展。保证了电压的稳定性, 也促进了经济的稳定发展。

3. 无功电压控制的意义与作用

有效的无功电压控制, 能够较好地控制整体的线路损害。一定程度上加强了线路的供电稳定性, 并且提升了电路的经济运行。因此有效的无功电压控制, 针对整体电网的稳定运行, 以及用户的稳定供电都有着重要的积极意义。

当前关于无功电压的变化, 主要的造成的后果为:无功电压升高, 电路损耗增大, 供电稳定性降低。无功电压降低, 导致设备性能降低, 严重时会引起整体电网的故障。因此对于无功电压的控制, 对于整体电网的稳定运行, 以及经济的稳定发展都有着重要的作用。

4. 电力系统无功电压就地平衡与控制相关技术

笔者针对电力系统中无功电压就地平衡与控制的相关技术, 通过分析案例总结如下。例如:母线调压、中枢点调压、大负荷区域调压、模糊控制、计算机软件模块控制。

4.1 母线调压

电能在应用的过程中, 首先经由发电厂生产电能。之后电能通过线路传输至各级变电站, 之后进入各级配电站, 最后通过配电线路进入用电单位。在此过程中, 由配电所输出电能的主要线路称之为母线。一般情况下, 根据供电范围的大小和配电所的供应量, 其母线的数量也有所差异。针对此类现状, 关于电压的控制, 主要针对母线电压进行调控。通过调控母线电压, 达到整体线路的电压值在合理的范围内。以此保证整体线路的安全运行, 促进供电的稳定性。

4.2 中枢点调压

随着经济的发展, 各地的电力系统逐渐成熟并形成规模。在此背景下, 关于电压的控制技术行业内都形成了成熟的模版规范。电压控制的本质为:将线路中电压的数值偏移, 控制在合理的范围内。此范围既能保证电网的安全运行, 也能保证用电单位的供电安全。但由于整体电网的规模较大, 因此对于整体电网进行全方位地监控和控制, 一方面经济代价过大, 另一方面也属于资源浪费。因此在实践的过程中, 技术人员总结出了中枢点调压技术。中枢点调压技术, 根据整体电网中的用电单位以及供电线路, 在主要节点进行电压调整和控制。以此达到整体供电线路的稳定运行, 并达到安全供电的目的。

4.2.1大负荷区域调压

一般情况下配电所输出电能之后, 电能通过输电线路到达用电单位。根据用电单位电能用途, 分为民用电、商用电、公共用电等类型。电压由于根据线路电流的变化而变化, 因此一般情况下公共用电, 以及民用电的电压较为稳定。其中商用电出现故障的几率较大, 商用电包括普通商业用电, 以及工厂用电等。在此现状下, 为了有效的保证整体电路的稳定运行, 以及供电的安全性。一般情况下通过调整大负荷用电区域的电压, 以此达到整体电压的稳定性。其中主要调整的对象则为工厂用电以及商业用电, 关于民用电部分的调节主要为冬夏两季用电高峰期的调整。

4.3 模糊控制

电力系统在供电的过程中, 其重要的核心任务即为安全稳定供电。通过安全稳定的供电, 达到整体电力系统的稳定运行。当前关于电力系统无功电压就地平衡与控制技术中, 新兴的一类技术为:模糊控制。此类技术通过模糊数据, 进行整体电力系统的判断, 并得出模糊结论。最终根据此类结论进行电压的控制, 此类技术针对运行准确数据明确的电力系统不适用。主要应用于针对整体运行数据不明确状态下的电力系统, 针对此类现状模糊控制的效果较大。

4.4 计算机软件模块控制

当前关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的技术, 整体的发展较为良好。其中针对此类技术的应用, 主要依靠计算机软件和网络传输完成。通过模块化的集成管理, 保证所监控点位都在软件之中。并针对点位的电压情况, 进行有效地监控和控制, 最终通过模块化的管理, 达到控制目的。

结语

随着电力事业的快速发展, 各类的电力技术也得到较大的提升。其中关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的技术, 也得到了较大的发展。当前关于此类技术的发展, 主要应用的技术手段为:母线调压、中枢点调压、大负荷区域调压、模糊控制、计算机软件模块控制。依照此类技术, 可以较好地完成对电力系统无功电压的就地平衡和控制, 并达到整体电路的安全稳定运行。

摘要：电能对于人们的生产生活, 具有重大的影响, 因此关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的问题, 也应给予重视。本文针对电力系统无功电压就地平衡与控制, 进行简要地分析研究。

关键词：无功电压,就地平衡与控制,研究

参考文献

[1]姚伟.刍议电力系统无功电压就地平衡与控制[J].通信世界, 2014 (23) :149-150.

[2]李闯, 龚主, 吴宝良, 等.试论电力系统无功电压管理与控制[J].低碳世界, 2013 (22) :35-37.

无功平衡 篇5

1 瞬时无功功率理论的概念

基于瞬时无功功率理论的检测法是电网畸变电流检测的有效方法,其中基于ip-iq运算方式的谐波电流检测法在三相三线制和三相四线制电路中得到了成功应用[6,7]。

该理论将三相电路的各相电压和电流的瞬时值ea、eb、ec和ia、ib、ic,变换到α、β两相正交的坐标系上研究,即

三相电路瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq分别为矢量i在矢量e及其法线上的投影,即

定义三相电路瞬时有功功率p、瞬时无功功率q为

根据三相瞬时无功功率理论建立的谐波检测方法有p-q法、ip-iq法。前者受电压畸变的影响较大,准确性差。下面直接给出ip-iq法的检测原理。

基于瞬时无功功率理论的ip-iq法的无功电流检测原理图如图1所示。图中,

由于测出来的无功电流iq经过了低通滤波器滤波,因此输出的电流为直流这就消除了电流中谐波电流对无功电流检测的影响,保证了检测的精度。

2 基于瞬时无功功率理论的补偿方法

2.1 三相平衡化的基本原理

图2(a)所示为单相电阻负荷R。这是一个功率因数为1,三相不平衡的系统。而在图2(b)中b c、c a两相分别加接电抗为的电感和电抗为的电容,二者产生谐波可以构成平衡的三相系统[3,7]。

该平衡的三相系统的相量图如图3所示。电容电流Ib c超前电压Ub c90°,电感电流Ic a滞后电压Uc a90°,电感电流和电容电流均方根值相等,恰能构成电感和电容谐振的条件。电阻电流Ia b与Ua b同相,由Ia=Ia b-Ic a,Ib=Ib c-Ia b和Ic=Ic a-Ib c可以看出,此时三相线电流Ia、Ib和Ic的均方根值相等,相互相位差为12 0°。故经由上述平衡化电路可将不平衡的三相系统变换成平衡的三相系统,而且补偿后的负荷是纯有功的[8]。

由以上补偿原理可以求得补偿导纳为[9]

式(5)只能作为补偿原理的说明,因为欲求的补偿器导纳是用负荷导纳来表示的,而负荷的导纳却不像线电流和电压那么容易测量[10]。

2.2 补偿导纳的算法

下面用对称分量法导出基于瞬时无功功率理论的补偿导纳算法。

图4的不平衡负荷是由三相正序电压供电的。

根据补偿之后,负序电流I2(l)+I2(γ)=0这一条件[11,12],可以求得理想补偿器导纳如下:

此式就是希望得到的用负荷线电流相量Ia(l)、Ib(l)和Ic(l)表示的补偿导纳。

目前使用的几种求补偿导纳的方法都以式(6)为基础。在三相电压对称条件下,由式(6)可得:

令q=Im(U I*),则式(7)可以改写为

由瞬时无功功率理论可以把三相电流的有功成分和无功成分分解开,即三相电流可表示为

根据式(9)对各相有功、无功电流求均方根,可得各相无功电流的有效值Ia q、Ib q、Ic q。

因为一般无功为感性无功,所以有

Ib p、Ib q与Im Ib、Re Ib的关系如图5所示。

因此

同理:

又因为三相电压对称,由式(10)~(12)可知:

式(13)经化简后可得:

将式(14)代入式(8)中可以求得三相各自需要的补偿导纳:

2.3 补偿范围的确定

补偿装置拟采用TCR并联电容型SVC[13,14]。

对不平衡负荷进行补偿,应满足:Iγ(2)+Il(2)=0,则只需推导出补偿装置产生的负序电流的范围后,就能确定补偿装置所能补偿的不平衡负荷的范围。由于补偿导纳Bγab、Bγbc、Bγca为纯电感或纯电容性质,因此,流过这些导纳的电流Iγab、Iγbc、Iγca滞后或超前线电压90°。根据补偿导纳的三边均为电感或电容,以及两容一感或两感一容的情况,经过理论分析和推导,补偿范围可表示成如表1、表2所示的形式[14]。表中M=3Uao|Bγmax|;A、θ为补偿网络基准相负序电流的幅值和相位。

3 算例分析

为验证该方法是否满足设计要求以及其补偿效果,本文采用多个算例,针对多种负荷进行了相关计算。以下算例均假设在供电网络相电压为220 V时进行(见表3、4)。由于补偿装置采用TCR并联电容型SVC,故经分析,装置补偿网络参数选择为L=7.961×10-2(H),C=6.369×10-4(F),即容性补偿导纳Bγ∈[0,0.2],感性补偿导纳Bγ∈(-∞,-0.05)。

表3中,把测量所得的无功电流代入到式(15)中,可以求得各相所需的补偿导纳值。由表3可以看出,种类1、种类2、种类3在补偿范围之内,故而它们的理想补偿导纳值和实际补偿导纳值相同;而种类4中的容性补偿导纳在补偿范围之外,种类5的感性补偿导纳在补偿范围之外,故而它们的理想补偿导纳值和实际补偿导纳值不同。

注:B1为理想补偿导纳值;B2为实际补偿导纳值。

表4根据所接的实际补偿导纳,对各个种类的负荷进行计算,并讨论补偿效果。

由表4及其分析可知,种类1、种类2、种类3在补偿范围之内,它们的理想补偿导纳值和实际补偿导纳值相同。这3种情况,由于负荷的负序电流均小于补偿装置所能补偿的负序电流,晶闸管的导通角也在范围之内,因此,补偿效果较为理想,完全达到了设计要求。

对于种类4和种类5补偿范围之外的2种情况,是由于负荷的负序电流均大于补偿装置所能补偿的负序电流,因此不能进行完全补偿。由表4可见,虽然种类4和种类5不能达到完全理想化的补偿,但对比种类4和种类5补偿前后的情况,可以看出,这2种情况的不平衡程度有了一定程度的降低,同时,功率因数大幅提高,基本提高到了1。所以虽然超出了补偿范围,但是加了补偿器之后,还是能对三相平衡化及功率因数的提高起到积极的作用。

注:iall为三相总电流。

4 结论

本文在三相负荷平衡化原理和瞬时无功功率理论的基础上,提出补偿导纳的新算法,该算法克服了目前补偿导纳算法的一些不足。

a.该方法在检测的电气量———无功电流时,可以做到没有任何地延时,保证了实时性。

b.检测之后进行补偿导纳的计算简单,简化了补偿装置。

c.在三相电压不平衡、畸变严重时,可用该方法较精确地检测出无功电流。

d.利用这种检测技术,还能够避免线路中各种谐波电流造成的影响,保证了所计算的补偿导纳的准确性。

e.这种检测技术还可以用于三相四线制中,不受零序电流的影响。在此基础上,可进一步实现对三相四线制不平衡负荷的平衡化补偿。

本文提出的这种补偿导纳算法很好地解决了以往采样延时、补偿导纳受谐波电流和三相电压不对称影响等问题,同时为三相四线制不平衡负荷的平衡化提供了一种新的思路。

摘要：在研究当前补偿装置的基本原理以及补偿信号检测方法的基础上,针对不平衡负荷下的电力系统提出了一种基于瞬时无功功率理论补偿导纳的新算法。该算法以对称分量法为理论支撑,针对不平衡电路特点,通过理论分析得出以瞬时无功电流表达的补偿导纳通式,以该算法作为静态无功补偿器(SVC)控制策略,可在进行无功补偿的同时实现三相不平衡补偿。为有效改善SVC容量利用率,通过讨论补偿导纳的各种不同情况,对于晶闸管控制电抗器(TCR)并联固定电容型SVC的各项参数进行合理的分析,并总结了在不同的条件约束下所补偿范围的大小。最后结合SVC参数的合理选取,通过多种不同的算例分析验证了算法的正确性、有效性。

无功平衡 篇6

1 三相不平衡度对电网线损的影响

在380/220 V的低压配电网中,通常采用三相四线制向用户供电,当三相负荷不平衡运行时,中线存在电流。由此增加了总线损[2]。

三相不平衡运行时,各相电流不平衡度可用βϕ(具体为βA、βB、βC)表示。

$\beta {}_{\text{ϕ}}=\frac{{\rm I}{}_{\text{ϕ}}-{\rm I}{}_{\text{a}\text{v}}}{{\rm I}{}_{\text{a}\text{v}}}\times 100\%(1)$

式中:Iav为三相总电流的平均值;Iϕ为各相线电流。根据文献[2]的研究,当三相负荷不平衡时,线损增加率γ随着各相线电流有效值和相位差的不同而不同。假定三相总电流为3I,A相线电流为最大,即A相的不平衡度为最大,记为βmax(取值范围[0,2]),当三相线电流相位分别为φA=0,φB=-120°,φC=120°时,造成线损增加率γ为

$\gamma =\frac{8}{3}(\beta {}_{\max }^2+\beta {}_B^2+\beta {}_{\max }\beta {}_B)(2)$

根据式(2),当βB=-0.5βmax时,γ取得最小值γmin为

γmin=2β${}_{\max }^2$ (3)

由式(2)可看出,γ是βB的递增函数,当βB取最大时,γ最大。由于βB的取值应满足βmax+βB+βC=0,且βmax>βB, βmax>βC, -1≤βϕ≤2,则可获得γmax与βmax的对应关系[2]:

根据式(3)、(4)可得出在三相总负荷一定时,线损增加率γ与线电流最大不平衡度βmax的对应关系曲线,如图1所示。

假设三相总负荷为PL=3 kW,QL=3 kvar;电网三相四线制接线,相电压220 V;线路电阻1 Ω,中线电阻2 Ω;负荷为星形连接。通过仿真计算可算出以下几种不同运行状态下线路损耗与不平衡度之间的关系,如表1所示。

由表1可见,随着最大不平衡度的增大,线路损耗增加率也将随之增大,当负荷单相供电时,最大不平衡度达到最大值2.00,线损增加率也达到最大。

2 三相不平衡系统无功补偿方法的研究

2.1 电压相量的坐标系变换

在三相电力系统中,三相正序电压为

设abc坐标系,dq坐标系及相量的逆时针旋转速度分别为ω3,ω2,ω,则:

相量在abc坐标系上的投影可表示为

式中:Vm为相量的幅值,φ0为相量[V]在abc坐标系中的初相角。

相量在dq坐标系上的分量为

式中:φ${}_0^1$为相量V在dq坐标系中的初相角。

若令(7)式中的ω3=0,即为式(5),由此可见,三相电源正序电压可合成为一逆时针旋转的电压相量。在式(7)中,若令ω2=ω=ωs,则Vd和Vq都为固定值,与时间无关;若令ω2=ωs,ω=-ωs,±kωs,k∈N且k≠1,则Vd和Vq均为交流量。

相量V在abc坐标系与dq坐标系之间的变换可通过变换关系矩阵D32、D23实现。

考虑到在电力系统中的应用,为了保证变换前后功率不变,并令d轴与a轴重合,则变换关系矩阵、分别为

2.2 不平衡系统无功补偿的原理及控制流程

利用坐标系变换,对不平衡系统的无功补偿的步骤如下。

1) 采用锁相环,获得夹角θ,即为式(10)和(11)中的(ω2-ω3)t。

2) 将abc坐标轴系的三相电流分量(ia,ib,ic)通过坐标变换矩阵变换至dq坐标轴系的二相电流分量(id,iq)。若abc坐标轴系中三相电流含有基频负序和谐波分量时,则经变换后的dq坐标轴系下的电流量中含有直流分量和交流分量[4,5]。可以证明,当系统三相电压正序对称时,其中的直流分量仅由电流正序基波分量变换而来[6,7]。

3) 将二相电流分量(id,iq)经滤波处理,得到直流分量(id,iq)。

4) 将滤波后的直流分量(id,iq)经(abc)坐标变换矩阵变换至abc坐标轴系的三相电流正序基波分量(iaf,ibf,icf)。

5) 从(ia,ib,ic)中减去(iaf,ibf,icf)可得电流的负序分量和(或)谐波分量(i*a,i*b,i*c),即电流补偿控制指令信号。

根据上述原理步骤,无功补偿的控制流程如图2所示。

3 算例的仿真分析

为了验证上述无功补偿控制方法与流程的可行性,对图3所示简单的三相三线制星形接线集中负荷网络进行仿真分析。假定电网电源电压为220 V三相对称正序电压,配电线路每相电阻为1 Ω;无功补偿装置用受控电流源替代;负荷考虑三种不同的不对称状态;考虑谐波源注入与不注入。仿真时采用MATLAB/Simulink可视化仿真工具。

1) 状态Ⅰ。

负荷为三相不对称,A、B、C三相负荷分别为(1 000+j1 500)VA、(3 000-j1 000)VA、1 500 W,不含谐波源。

2) 状态Ⅱ。

仅对A、B两相负荷供电,不含谐波源。A、B、C三相负荷分别为(1 000+j1 500)VA、(3 000-j1 000)VA、0 VA。

3) 状态Ⅲ。

负荷侧含有幅值为5 A、幅角为50°的3次正序电流和幅值为2 A、幅角为75°的负序电流,A、B、C相负荷分别为(1 000+j1 500)VA、(3 000-j1 000)VA、1 500 W。

对上述三种负荷状态,采用图2所示的补偿控制流程在0.1s时对负荷进行无功补偿,补偿前、后系统侧电流波形分别如图4、6、8与图5、7、9所示。

从图8可看出,补偿前,由于负荷侧存在谐波源,系统侧电流波形严重畸变,但在0.1 s经无功补偿后,如图9所示,三相电流基本对称,实现了三相负荷平衡化。从图5、7、9可见,补偿前无论处于何种状态的负荷,无功补偿后,系统侧电流均达到三相平衡,实现负荷的平衡化。特别是补偿含谐波的三相不平衡负荷,负荷电流中的负序电流分量和谐波分量全部被补偿,提高了系统侧电能质量。

表2为补偿前、后线损及系统侧电流对比。

从表2可看出,状态Ⅱ经补偿后,线路损耗减少了近50%,无论负荷为何种不平衡状态,无论负荷电流中是否含有谐波分量,采用无功补偿后的系统侧不平衡度大部分不超过1%,三相电流基本对称。

4 结语

本文分析了配电网三相不平衡运行对线路损耗的影响。算例的仿真表明,在两相或单相运行时线损增加率将急剧增大,运用瞬时无功功率理论的仿真可实现对负荷电流负序和谐波分量的无功补偿,使负荷平衡化,由此降低了电网的损耗,提高了电网的功率因数。本文研究为在工程实际中的应用提供了参考依据。

摘要：三相系统的不平衡运行会引起线损的增加,为此需通过无功补偿使其平衡。从理论上分析了三相不平衡时线损增加的程度,运用瞬时无功功率的理论和方法,通过仿真进行了验证。仿真结果表明,可实现对不平衡负荷电流的完全补偿,由此大大减少了损耗,提高了电能质量。

关键词：不平衡运行,线路损耗,无功补偿,仿真

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[9]蒋浩,王淼.三相负荷不平衡对低压网损影响的分析[J].供用电,2008,(3).

无功平衡 篇7

随着社会经济的不断发展,核心城市对城市景观的要求不断提高,电力电缆的使用日益广泛。但是由于电缆线路产生的无功功率较大,如不能较为妥善的处理,将会严重影响电网的供电质量和运行安全。为更好地利用和调节电缆线路产生的无功功率,一般在电网中装设一定容量的感性无功补偿设备,以补偿电网低负荷运行方式时电缆线路产生的多余无功功率。对于电力前期、规划、设计等工作人员而言,了解无功平衡的边界条件,简要计算电力电缆的规模是十分必要的。

1 边界条件

对于500k V及以上的变电站,在线路上一般配置高压并联电抗器(简称高抗),变压器低压侧配置低压并联电抗器(简称低抗);高抗和低抗主要用于限制工频过电压和消纳系统过剩无功功率[1]。一般每台主变配置无功补充装置4组。

对于220k V变电站,一般在变压器低压侧设置并联电抗器,用于调节母线电压,抵消过剩无功功率;220k V电缆产生的无功功率只能穿过500k V、220k V主变,由低抗抵消或负荷消纳[2]。一般每台主变配置无功补充装置2~4组。

对于110k V变电站,一般仅配置并联电容器,用于控制功率因数;在温州尚未有配置并联电抗器的情况。一般每台主变配置无功补充装置2组。2015年2月20日(大年初二),从温州市核心区某110k V变电站3#主变无功波动情况来看,节假日低负荷时,110k V变电站主变及负荷消耗或上送的无功功率较小,不足0.3MVar,如图1所示。

依据《城市电力网规划设计导则》、《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》等规范,并考虑电网的安全运行,因计算需求,文章做以下假设:500k V变电站站内无功补偿设备仅用于调节系统电压,不参与局部无功平衡;220k V变电站站内无功补充容量均为并联电抗器,不配置并联电容器;110k V变电站不配置并联电抗器,节假日低负荷时,110k V变电站主变下载或上送的无功功率为0MVar。

2 计算方法

由于节假日轻负荷时,电力电缆产生的无功功率对系统的影响最为严重,此时的计算结果决定了电力电缆长度的多少。因220k V变电站均为环状或链状接线,此处以环或链为单位,计算本环或本链内的电力电缆最大建设规模。220k V变电站可补偿充电功率为本环或本链所有220k V变电站的电抗器容量之和,其计算过程如(1)式所示:

Q0=Q1+Q2+……+QN(1)

式中:Q0—本环或本链可补充充电功率总容量,MVar;N—本环或本链220k V变电站数量,座;Q1、Q2、……、QN—各站电抗器总容量,MVar。

220k V电缆产生的充电功率即为本环或本链所有220k V电缆产生充电功率之和,其计算过程如(2)式所示:

式中Q220—220k V电缆产生的充电功率之和,MVar;X—本环或本链220k V电缆条数,座;QL1、QL2、……、QLX—各条220k V电缆产生的充电功率,MVar;k1—单位220k V电缆所产生的充电功率,本文取3.8MVar/km;L1、L2、……、LX—各条220k V电缆长度,km。

110k V电缆产生的充电功率即为本环或本链所有220k V变电站下属110k V电缆产生充电功率之和,其计算过程如(3)式所示:

式中Q110—110k V电缆产生的充电功率之和,MVar;Ql1、Ql2、……、Ql N—各220k V变电站下属110k V电缆产生的充电功率之和,MVar;k2—单位110k V电缆所产生的充电功率,本文取0.7MVar/km;l1、l2、……、l N—各220k V变电站下属110k V电缆长度之和,km。

由边界条件可知,在节假日轻负荷时,220k V、110k V电缆产生的充电功率均由220k V变电站的低抗予以抵销,即可得:

Q0=Q220+Q110(4)

温州存在局部220k V电网接线如图2所示,瓯海变为500k V变电站,温州电厂采用220k V线路送出,链内尚未有220k V电缆;瓯海变低抗不参与局部无功平衡,不考虑温州电厂侧参与无功平衡。上田变最多配置电抗器容量6×10MVar,现有110k V电缆40km;蒲州变最多配置电抗器容量9×8MVar,现有110k V电缆30km。假设该链最多可新增的220k V、110k V电缆长度为别为x,y,联立方程组(1)~(4)式,可计算得:

3.8x+0.7y=83(5)

由式(5)可得,本链最多可新增的220k V、110k V电缆长度为别为21.8km和118.6km,且两者为此消彼长的线性关系。

此外,若考虑500k V变电站低抗、相关电厂参与局部无功平衡,可将(4)式修改为:

Q0+Q1+Q2=Q220+Q110(6)

式中Q1—500k V变电站可参与无功平衡的低抗功率,MVar;Q2—相关电厂可参与无功平衡的感性无功功率,MVar。

3 结论

随着城市电力电缆使用规模的不断扩大,其产生的无功功率已成为影响电网的供电质量和运行安全重要因素之一[3]。由于节假日轻负荷时,电力电缆产生的无功功率对系统的影响最为严重,而此时110k V主变下载或上送的无功功率几乎可忽略不计,220k V、110k V电缆产生的充电功率主要由220k V变电站内的低抗予以抵消,500k V变电站抵抗、相关电厂部分参与平衡。文章以220k V环状或链状接线为模型,通过区域电网的无功平衡计算分析,简要阐明了电力电缆规模的计算原理及方法,可供参考。

摘要：随着核心城市对城市景观要求的不断提高,电力电缆的使用日益广泛。由于电力电缆的充电功率较大,无功补偿的量化分析越发重要。本文以220k V环状或链状接线为模型,结合温州电网运行现状,简要阐明了电力电缆规模的计算方式。

关键词：电力系统,电力电缆,无功平衡,充电功率

参考文献

[1]国家电网公司.Q/GDW 156-2006城市电力网规划设计导则[S].2006.

[2]国家电网公司.国家电网生[2004]435号国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[S].2004.

无功平衡 篇8

在配电网系统中,由于电感以及电容等设备的使用,在电力系统中存在各种有功功率,同时也存在无功功率。无功功率虽不消耗能量,它的能量只在电源和负载间进行传输,但在能量传输与交换的过程中,可能导致能量被损失[1-3]。

目前,随着先进的电力电子技术以及数字信号控制理论的发展,许多先进的FACTS在配电网中也随之发展起来。静止无功补偿器(SVC)是电力系统中比较常用的一种FACTS电力设备[4-7],在配电系统中SVC与传统电力设备相比,SVC可控性好、响应速度快。在补偿供电网络的无功功率、改善电压不平衡度、抑制电压波形波动以及不平衡负荷的平衡化补偿等方面得到了广泛的应用,能够显著提高配电网系统的稳定性,改善电能质量[8-10]。

本研究以TCR-MSC型静止无功补偿器为研究对象,将SVC电压偏差控制与SVC负荷不平衡补偿结合在一起,提出一种基于电压偏差及负荷不平衡补偿的静止无功补偿器复合控制方法。

1 基于Ziegler-Nichols的电压偏差控制

SVC系统的拓扑结构如图1所示,由晶闸管控制电抗器TCR以及k个机械式投切电容器MSC组成。晶闸管控制电抗器采用“△型”的连接方式,电容器采用“Y型”的连接方法。

Ziegler-Nichols的电压偏差控制框图如图2所示。修正后的参考电压(Uref+USL)与实际值Urms之差Ue作为电网系统中电压控制器输入,导纳值BV经过TCR/MSC导纳分配模块分别得到TCR与MSC所对应的导纳值Btcr和Bmsc,Bmsc通过电纳-角度函数变换可以得到晶闸管的导通率δ,通过控制δ的大小可以控制无功的投入量。电压偏差控制器实现框图如图3所示。

us—电网电压;is—电网电流;uL—负载电压;iL—负载电流

图1 SVC结构

图2 SVC电压偏差控制框图

图3 电压控制器的实现框图

传统PI控制器的离散表达式为[11-12]:

式中:kp—比例系数,kl—积分系数。

由图3可知,电压偏差调整控制器离散表达式为:

式中:BV—电压控制器中输出的导纳值;Ue(k)=Uref(k)+USL(k)-Urms(k);其中引入一个增益调节因子ρ(k)对参数k'p、k'l为进行优化处理,且:

式中:kp0,kl0—由Ziegler-Nichols算法优化得到的控制器参数,其中:

式中:ku—kp的临界状态值;tu—振荡周期;Δt—采样间隔;k1,k2—正常数,主要作用是对k'p,k'l的值进行调整;ρ(k)—增益调节因子,有:

其中:

为电压误差Ue(k)的归一化值,且:

由上述过程能够求出使系统电压稳定时所需要的导纳值。

2 配电网系统不平衡补偿

SVC无功补偿系统的拓扑结构如图4所示。

Ylab,Ylbc,Ylca—各相负载的导纳;Yrab,Yrbc,Yrca—SVC无功补偿器的补偿导纳;Isa,Isb,Isc—各相电流;Ila,Ilb,Ilc—三相的负载电流;Ira,Irb,Irc—各相的静止无功补偿电流

图4 SVC无功补偿系统的拓扑结构

由图4可得到各相的负载电流为:

将不平衡的负载电流进行分解:

式中:—电流的正序、负序、零序的分量。

将式(11)代入式(12)中可得:

将三相中负载导纳进行分解,得到电导和电纳为:

式中:Glab,Glbc,Glca—各相负载电导;Blab,Blbc,Blca—各相负载电纳。

由式(13)和式(14)可得:

与负载电流分解类似,将三相SVC补偿电流分解为:

在对三相不对称负荷进行平衡化补偿,需要满足补偿后的电网负序分量的实部、虚部以及正序分量虚部为0:

为了得到便于工程应用的实用公式,以A相为例:

将式(17)代入到式(20)中,可以得到实用的导纳计算公式为:

由上式可以看出,如果能够得到电流正序分量的虚部、负序分量的实部和虚部以及电压的正序有效值,则可得到所需补偿的三相电纳值。

3 虚拟对称三相系统的同步旋转坐标变换的电纳计算

以图5中以A相为例,构造虚拟的三相电压为:

式中:Uam—A相电压幅值,φ—初相角。

SVC补偿电纳算法实现框图如图5所示。

图5 SVC补偿电纳算法实现框图

由图5可得正序基波电流矢量在电压矢量下投影同步电流为:

同理可以得到负序基波电流矢量在电压矢量下投影同步电流为:

将d轴、q轴分别视为复数坐标系中的实轴和虚轴,则可得:

进一步可得:

式中:I1,I'1—基波正序分量和负序分量。

4 仿真分析

在三相电压不对称情况下,笔者对本研究所提出的控制方法进行仿真分析,仿真电路如图6所示。

图6 仿真系统电路图

仿真参数为:电源电压采用AC10k V/50Hz,TCR最大容量为10 Mvar,MSC最大容量为10 Mvar。电压偏差控制器参数k1=0.8,k2=30。

补偿前后负荷电流波形如图7所示。

图7 补偿前后负荷电流波形

如图7(a)所示,检测负荷不平衡电流A、B、C三相分别为468.61 A、357.94 A、413.75 A;图7(b)为补偿后的三相电流波形,此时补偿后的A、B、C的三相分别为4 15.31 A、412.51 A、413.75 A。不平衡率由15.43%降到了0.65%。

电压补偿波形图如图8所示。

图8 公共连接点电压波形

在0.2 s时刻由于负荷的波动使公共连接点三相电压发生跌落,在0.4 s进行补偿后,0.7 s时刻电压稳定到原来的水平。由此可见,本研究所提出的补偿方法响应速度快,电压稳定效果明显。

5 结束语

本研究针对配电网中电压不稳定等电能质量问题,介绍了一种TCR+MSC型的静止无功补偿拓扑结构,提出了一种将SVC电压偏差控制和SVC负荷不平衡补偿相互结合的控制方法。笔者采用ZieglerNichols方法对SVC中电压控制器中参数进行优化。通过虚拟对称三相系统的同步参考旋转坐标变换的补偿电纳的计算方法,对三相负荷的不平衡进行了补偿。仿真结果说明所提方法实现简单,运用灵活且具有良好的动态响应速度及跟踪性能,能够很好地实现负荷电流负序分量的补偿,显著提升了电网电能质量。

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