无功补偿在供配电系统设计中的应用分析

发表时间:2018/7/25   来源:《建筑学研究前沿》2018年第7期   作者:周彬
[导读] 在当前的城市低压配电网络中有两个情况日益凸显:第一这种网络中的负荷密度很大

周彬
江门电力设计院有限公司  广东江门  529000
               摘要:在当前的城市低压配电网络中有两个情况日益凸显:第一这种网络中的负荷密度很大;第二低压配电网络中的非线性负荷增多。由此造成三个方面的问题:第一个问题是无功损耗的加大;第二个是电压不稳定,波动频繁;第三个是三相负荷不平衡。当然除了这些主要问题之外还存在其他的相关问题,本论文不做重点研究。为满足居民的正常,稳定用电,低压配电网络必须满足两个要求:第一个是提高电压合格率;第二个是保证电能质量。而满足这些要求的根本措施就是进行无功补偿。至于说无功补偿装置的具体实现是本研究的重点。
关键词:无功补偿;功率因数;供配电系统;降损节能
               引言
               配电网的无功需求实时波动,在降低末端电能质量的同时增加了网损,配电网传统的无功补偿方式一般分为分散补偿和集中补偿。集中补偿基于电力电子功率单元实现无功动态补偿,其控制效果优良、维护方便,但较高的电压等级使其结构复杂且成本高。分散式补偿基于无功就地补偿,补偿装置安装分散,存在无法集中协调控制、补偿效率低等缺点。分散补偿时系统电源不提供无功功率,使得无功功率在线路传输上增加了有功损耗。同时,分散补偿方式一般基于低压补偿,通过分组投切低压侧并联电容器补偿无功缺额,存在补偿容量不足且调节不平滑等缺点。
               1 技术原理
               无功补偿技术是为无功功率补偿,为了满足经济发展与电网负荷的实际需求,在电力网与负荷端间添加电容器等有关无功电源,使得电能转化成其他形式,继而提高电能做功的实际功率。无功补偿技术的实质是为了提高电气自动化的功率,结合滤波技术,使得谐波得到补偿,达到负序降低。无功补偿技术有着不可替代的独特作用,能有效促使电网功率因数的提高,降低供电能耗,使得供电整体环境得到改善。静止无功补偿单元与配电变压器高压侧的抽头并联,加入滤波环节,通过变压器实现低压侧输出端口的无功功率补偿和电能质量控制。该系统补偿结构实现了负荷和配电变压器自身的无功功率动态跟踪补偿,连接到配电变压器上使无功补偿具有一定的灵活性和分散性,充分利用了配电变压器的富余容量,保证了关键节点的无功功率平衡和电压稳定。由于变压器高压侧抽头的存在,使接入无功补偿设备的电压等级灵活调节,降低其功率单元级联数和耐压水平等。考虑到无功补偿装置通过变压器连接抽头注入所需的补偿无功功率,改变了配电变压器的功率分布,可能引起变压器过载。但基于配电变压器的负载率一般在0.3~0.5,将负荷的功率因数补偿到0.9以上也不会使变压器过载。
               2 无功补偿中应注意的问题
               在轻负荷时要避免过补偿,倒送无功造成功率损耗增加,也是不经济的。功率因数越高,每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小,通常情况下,将功率因数提高到0.95就是合理补偿。无功功率倒送是电力系统所不允许的现象,因为它会增加线路和变压器的损耗,加重线路的负担。虽然生产厂家都强调自己的设备不会造成无功功率的倒送,但是实际情况并非如此。因为对于接触器控制的补偿柜,补偿量是三相同调的;对于晶闸管控制的补偿柜,虽然三相补偿量可以分调,但是很多生产厂家为了节约成本,往往只选择一相做采样及无功功率分析。于是在三相负荷不平衡的时候,就有可能造成无功功率倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户,则可能在负荷低谷时造成无功功率倒送,这应引起充分注意。



               3 无功补偿技术的应用
               3.1 并联电容器
               最近几年由于对供电需求的不断加大,人们对于无功补偿这一技术的研究自然也就越来越成熟,所以这一技术也已经发展成为很多的方面。其中,并联电容器就是比较常用的一种方法。由于其携带方便以及使用方便等优点很受人们的欢迎。它在使用的过程中是可以将应用在电力调度系统中的各种补偿元件来进行控制与管理的,在电力调度的过程中可以使电能的消耗率达到最小,所以来说,并联电容器这一元件在电力系统中的应用还是比较广泛的。但是由于并联电容器在使用的过程中由于其在在补偿电能时可能会有不准确的电容量,使其不能准确补偿电气,所以使其无功补偿的效果就会有差错,因此对其的研究并不是很多。
               3.2 同步电机在
               进行无功补偿时,主要可以分为同步发电机,同步电动机以及同步调相机等几种方法,而这几种方法而是各自有各自的优点与缺点。就像,同步调相机是最早应用于电力调度的过程中的,但是该技术在建造的过程中是比较麻烦的而且其在使用上也有其局限性,所以一般在现在的电力调度中是能用其他的方法就会使用其他的方法的。而同步电动机在使用的过程中比较方便,可是其在后期的维修与养护方面有比较的麻烦。由此来看可以得出,在电力调度的过程中也是要全面考虑,因地制宜,选择适合的方法来进行无功补偿工作。
               4无功检测方法
               为了确定适合于系统的无功理论,需要对电网基波的电流分量进行检测,无功检测的方法需要到达快速,精确地要求。无功检测的方法有多种形式,常用的主要有以下几种形式:傅里叶变换,基于Fryze时域分析,自适应闭环,小波变换,瞬时无功功率理。对于这些算法的优缺点,下面进行一下介绍,在设计仿真的实现问题上进行一一比较。傅里叶变换可以准确地分离出来基波,这样可以增加检测的准确程度,排除其他成分的干扰,但是在设计上对于硬件电路的要求较高,不容易实现。其中最为困难的一点是电网频率会发生波动,而这种难以消除的波动会严重影响检测的精度。基于Fryze时域分析的检测算法,具有明显的缺点。这个缺点就是延迟时间较长,而这种延迟的时间将会导致响应时间的下降问题。这些分析都是基于理论上进行的,而在实际的应用上却是另外一种状况。对于SVC系统,对于精度的要求并不是十分严格,最关键是的需要一种简单高效算法,而能够满足的这种方法可以通过dq0实现。
               5 谐波对检测算法的影响
               在设计算法的设计中谐波是最大的影响因素,我们采用dq0的算法进行无功检测的设计,需要明白谐波和这种算法之间的有着怎样的关系。Dq0算法是通过坐标变换进行实现的,这种变换的对象是瞬时基波正序分量,利用这种变换可以求出瞬时无功电流正序分量,其后对这个分量进行反变换,就可以求出我们所需要的三相补偿无功电流。这是算法的实现过程,但是在实际的实现中,电网电流不可避免的会存在谐波分量,需要求出实际情况中包含的谐波电流有功分量,这个有功分量就是交流分量。
               结束语
               综上所述,考虑到配电网三相不平衡和跨端口对无功补偿电流指令检测精度的影响,引入了基于虚拟三相对称系统的跨端口电流检测方法,该检测方法准确检测出负荷电流的谐波、无功和负序分量,避免了因谐波和负序电流分量检测丢失对无功补偿效果的影响。目前,配电网的无功补偿容量一般是根据供电部门要求达到的功率因数来确定的,而不是依据用户用电时实际的节能效益、最佳电能质量、最小支付电费的经济功率因数来确定。如何确定无功补偿设备的合理配置和分布,需寻找技术上和经济上的最优方案。

               参考文献
               [1] 曾祥君,黄明伟,王文,等.配电网三相不平衡过电压有源抑制方法研究[J].电工技术学报,2015,30(9):63-66.
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               [3] 单明辉.无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].电子测试,2015(8x):210-210.
               [4] 杨胜春,姚建国,杨志宏,高宗和,赵京虎,翟明玉.网格技术在电力调度信息化中的应用的探讨[J].电网技术,2006,(S2):7-12.

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