动态无功补偿技术在供配电系统中的应用探讨
在对供配电无功补偿装置原理进行探讨之后,本文从实际出发探讨了动态无功补偿技术其在供配电系统之中的应用分析。
标签: 动态无功补偿;供配电;应用
随着社会的发展和科技的进步,我国的供电系统技术也得到有效的发展。与此同时,电气自动水平越是发达,而电气设备中的非线性因素和变化规律也极大的增加了输电线路的负序电力、谐波和无功功率。然而,无功补偿技术的出现,以及在供电系统领域中的运用,都有效的改善了供電系统中的无功功率现象。无功补偿技术应用不仅可以达到提高电气设备的运行稳定性和降低电气设备的电能损耗。因此,本文就无功补偿技术的基本原理,及在供电系统中的运用进行了分析,重点探讨了无功补偿技术在供电系统中的作用,并论述了在供电系统中的实践意义以及注意事项,以期对供电系统的发展提供有力的理论支持,促进电气系统的可持续发展。
1、无功补偿装置原理
无功补偿装置的原理就是是电网中呈容性或感性的元件。无功补偿装置的主要组成部分包括电容器组、投切元件以及保护元件等。通常情况下人们都会选择并联电容来当作无功补偿装置,其基本原理如图1所示。当无功补偿之后,电压的功率因数也会产生变化。
图1 并联电容器补偿
(1)电压变化:
(2)输出电压:其中,SC为短路容量。
(3)功率因数:
其中,为补偿的无功容量。
根据上述三个公式就可以得到无功补偿和功率因数之间的关系,如下图2所示,同时还可以得出无功补偿和系统电压之间的关系。
图2 无功补偿与功率因数的关系 图3 动态无功补偿与系统的关系
动态无功补偿装置的原理与传统无功补偿装置相似,是通过控制晶闸管触发角来实现改变接入系统中的动态无功补偿装置等效电纳的大小的,最终实现调节无功功率的目的,如下图4所示。现今人们经常讲到的无功补偿装置是专指使用晶闸管的无功补偿设备。这种设备通常有以下三大类型,一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置(英文缩写为SR),第二类是晶闸管控制电抗器(英文缩写为TCR),第三类是晶闸管投切电容器(英文缩写为TSC)。增加了可控电抗器之后就可以保证电网功率维持在合格的范围,而不会出现无功倒送减小电网的运行电流。与此同时,还可以减少导线和变压器上的损耗。除此之外,还能够大大减少主变分接头的动作次数,从而提高了电压的合格率与电网的电能质量。
2、动态无功补偿技术在供配电系统中的应用分析
2.1无功补偿电容器容量的确定原则
最优网损补偿容量的计算,即“网损微增率准则”,是指在电力网结构一定的条件下,
其网损微增率等于某一数值时,其补偿容量具有最优的经济效益。当网络结构和负荷分布确定后,即可利用“最优网损微增率准则”进行全网的最优补偿容量计算。这是根据求极值条件的拉格朗日乘数法则推导出来的。电力网中如果全部负荷点都得到完全补偿,达到无功“就地平衡”,则网内无功流动减少到最低限度,从而可以获得最大的降损效益。但此时的无功补偿容量为最大。由于需要考虑投资的回收和补偿装置的年运行费用,从总的经济效益考虑,无功补偿容量又受到一定限制。综合分析补偿装置的节能效益与支出费用,即按年经济效益最优,可导出最优补偿容量的计算公式,根据等网损微增率,当全网各补偿点的网损微增率相等时,全网无功补偿具有最优分布;而当这个网损微增率等于最优网损微增率时,其补偿容量具有最优经济效益。
2.2补偿电容器接线方式特点
2.2.1三角形接线方式又有单三角形和双三角形之分,常用于三相共补。
2.2.2星形接线方式也分为单星形和双星形接线,常用于三相不平衡时分相补偿。星形接线的电容器装置比三角形接线装置的价格要高,因此,为降低成本和兼顾三相平衡,对低压无功补偿装置大多采用△形和Y形混合接线补偿的方式。高压并联电容器组宜采用单星形接线或双星形接线方式。接线时,对中性点非直接接地的电网,星形接线电容器组的中性点不应接地。在电力系统内的变电站以单星形接线为最多。因为采用三角形接线方式时,若电容器组发生单台电容器全击穿短路故障,即相当于相问短路,这时,注入故障点的能量不仅有故障相未损坏电容器的涌流,还有其他两相电容器的涌流和系统的短路电流。从而这些电流的能量就可能造成电容器油箱发生爆炸的严重事故。
3、国内10kV配电网无功补偿装置现状
电网无功功率是通过无功装置来达到调节目的的,在二十世纪80年代和90年代,功率因数通常在0.8和0.85之间,2001年以来达到0.95至0.98。现今10kV无功补偿装置存在的问题包括:①功能种类少,联网能力不强,容易受到外界的干扰,而且控制的精度也偏低;②当借助在线测量的功率因数和整定的功率因数相比时,投切电容器很难避免的引起电压和电流的不稳定,这样不仅降低了既供电质量,同时还减少了设备的寿命;③现今仍然有很大一部分的中压无功补偿装置采用普通开关来做投切工作,这样很容易出现过量涌流与操作过电压现象,而且当电流过大时,开关触头非常容易出现损坏问题。如今,尽管SVC技术的发展水平已经相当高了,但是该技术仍然有很大的发展潜力。国内不少的厂家已经开始了对中压无功补偿装置的研究,并采取了一定的完善措施,本文就投切元件、控制方式以及电力电容器三方面对装置做进一步的分析。
3.1投切元件晶闸管和复介开关是现今多数中压无功补偿装置都会选择的主要投切器件,但是它们无法同时保证自身的使用寿命和能耗与投切的平稳度。所以,要解决这三大问题的关键就是选择合适的投切元件。首先晶闸管受到涌流的冲击之后非常容易出现损坏,而且它自身的结构也十分复杂,可靠性不强,价格也比较昂贵。通常情况下它只能应用在负荷频繁变化的环境中,而在其他环境中则毫无用武之地。复介开关的构成之一则是晶闸管,所以它也能够频繁投切,但是它的结构也并不简单,而且造价也不低。现今真空同步开关很好的弥补了上述两者的缺点,具有很强的可靠性,而且还有很长的使用寿命省去了维护环节等,目前它在中压领域的应用范围也在日渐扩大。
3.2控制方案a
控制器内的主控芯片二十世纪八十年代以8051单片机为核心的无功补偿装置问世了,其应用领域通常是一般用电负荷,它具有多种实用功能,而且性价比也很高然而这种无功补偿装置却存在一个很大的缺陷,就是无法满足复杂控制算法的要求。之后出现的DSP芯
片完成了实时采集的任务,它能够在冲击性负荷中正常工作,而且具有很快的反应速度,然而它的接口太少,不容易进行扩展。最近几年,人们研制出了一种专用电能计量芯片与微控制器的组合,它可以满足要求较高的场所的需求,而且反应速度很快。这一组合不仅简化了软硬件设计过程,同时还有效提高了系统采样与计算的精度。
4、结语
供配电网络系统之中,根据用电设备功能、特性等等因素,需要合理选择无功补偿位置、容量以及调控方案,如此就可以有效降低无功功率,进而提升供配电网网络供电电能质量和供电电压,降低输电线路损耗,保证电气设备功能可以正常发挥,有着安全供电、节能降损、高效可靠等等优点,是供配电网进行技术升级改造,经济调控运行的重要技术手段,其在工程之中有着较高的应用前景。
参考文献:
[1]王文文,赵永清,王宏.动态无功补偿在煤炭供配电系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2011,06:59-60.
[2]王玉斌.配电系统动态无功补偿技术的研究[D].山东大学,2007.
[3]胡明红.动态无功补偿装置在配电系统中的应用[J].现代建筑电气,2013,01:27-30+52.
[4]夏祖华,沈斐,胡爱军,童陆园.动态无功补偿技术应用综述[J].电力设备,2004,10:27-31.
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容