動態無功補償精選(九篇)
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第1篇：動態無功補償范文
中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0075-02
1 無功補償的意義
在交流電網中，功率分為有功功率、無功功率和視在功率。電壓瞬時值U和電流瞬時值I的乘積為瞬時功率，一個周期內瞬時功率的平均值稱有功功率，即P=UIcosΦ。瞬時功率的最大值，即電源與整個電路之間能量交換的最大速率稱無功功率，即Q=UIsinΦ。交流電路的電壓有效值和電流有效值的乘積稱為視在功率，即S=UI。有功功率P與視在功率S的之比稱為功率因數，用cosφ表示，即cosφ=P/S。可見，當有功功率P一定的情況下，當cosφ的值比較小時，視在功率S就要加大。視在功率加大，就意味著供電線路和變壓器的容量均要加大，這樣，勢必增加供電投資，增加線路網損。所以，提高用電設備的功率因數cosφ，就可以讓電網盡可能的傳送有功功率，減少設備向電網索取無功功率，從而提高電網效率和安全性。
2 低壓動態無功補償技術簡介
傳統的低壓無功補償技術，由于使用普通的接觸器投切電容器，存在浪涌電流大、補償時間慢、維護費用高和使用壽命短等各方面的問題，已不能滿足現代化電網的要求。動態無功補償是面向三相低壓配電系統，具有動態自動補償無功功率和抑制用戶負荷諧波作用的新型無功補償技術。主要采用靜止無功發生器（SVG）和晶閘管分組投切電容器（TSC），實現三相低壓配電系統無功功率的動態連續補償。TSC實現基礎平穩無功的補償，SVG實現動態變化無功的補償。
同時在電容器支路串聯適當電抗器，實現配電系統用戶諧波電流的抑制，防止電容器對配電系統諧波發生放大現象。
3 補償回路主要部件介紹
①TSC。TSC主回路主要由電抗器，晶閘管開關，補償電容器等構成；控制系統主要由控制器，觸發電路等構成。由控制器對系統的電流電壓等參數進行采樣、分析、計算，再根據系統的無功需量給觸發電路發出投切信號，由晶閘管開關完成電容器的投入或切除動作。采用晶閘管開關的過零檢測、投切技術，可以抑制電路過電壓或涌流，實現快速、頻繁、無沖擊投切。其核心技術包括動態采樣控制技術，動態觸發技術，動態響應投切技術以及補償濾波器件等。
②SVG（STATCOM）。SVG即靜止無功發生器，是柔流輸電技術（簡稱FACTS）的主要裝置之一，代表著現階段電力系統無功補償技術新的發展方向。它既可提供滯后的無功功率，又可提供超前的無功功率。基本原理是利用全控型開關器件組成自換相橋式電路，輔之以小容量儲能元件，通過電抗器或者變壓器并聯在電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側輸出電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，從而實現動態無功補償。
③控制器。控制單元采用高速DSP采集現場的電壓、電流信號，在每一個電網周期對所有數據進行分析，計算處理后發出驅動信號來控制功率單元的運行，同時監測功率單元運行狀況。
4 技術參數、難點與創新點
4.1 技術參數
額定電壓：AC380 V；額定頻率：50 Hz；SVG動態響應時間：≤20 ms；TSC動態響應時間：≤40 ms。
4.2 技術難點與創新點
①通過理論分析與計算機仿真，揭示配電系統靜止同步補償器（DSTATCOM）的輸出無功功率、有功功率損耗及直流電壓與控制角和線路電抗器的理論關系，提出配電系統靜止同步補償器（DSTATCOM）用線路電抗器的選擇計算方法。
②針對低壓系統的特點，采用基于IGBT器件的電壓源逆變器結構和PWM控制技術，在保證技術性能的前提下，簡化主電路結構。
③控制系統采用高速DSP控制器，全面提升補償系統的控制性能，同時簡化控制系統的硬件結構，提高系統可靠性。
④采用瞬時無功理論測算負荷和補償系統的無功功率，提高補償的實時性。
5 技術路線和實施方案
5.1 無功補償技術的分類
電壓等級――低壓補償/中壓補償/高電壓補償。
安裝位置――集中補償/線路補償/隨機補償。
補償裝置――機械開關式補償器/靜止補償器。該技術從補償裝置的調節機構來講的。機械開關式補償器是指補償裝置的調節機構有機械運動部件，如接觸器、開關等。靜止補償器是指補償裝置的調節機構中沒有機械運動部件，如SVC、STATCOM等。其中STATCOM又分為電壓源逆變器型和電流源逆變器型，目前使用的STATCOM多為電壓源逆變器型。
補償方式――動態補償/靜態補償。該技術從補償原理上來講的。動態補償是指補償電流能自動跟隨負荷無功電流的變化而連續變化；靜態補償是指補償容量在相對比較長的一段時期內（譬如1 min以上）是固定不變的。
一般而言，靜止補償器屬于動態補償。
5.2 無功補償技術的進展
第一代：采用機械式接觸器投切電容器，屬于慢速無功設備。第二代：采用晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器裝置，屬于快速無功設備。第三代：采用有源無功補償裝置（如SVG靜止無功發生器），屬于快速無功設備。
5.3 無功補償的途徑
由于負荷基本上都是感性的，因此最常用的無功補償設備就是并聯電容器。
FC為固定電容器；MSC為開關投切電容器；TSC為晶閘管投切電容器。由于電容器的輸出無功很難連續調節，因而出現了可控電抗器與并聯電容器的組合――SVC。TCR為晶閘管可控電抗器，通常不獨立使用，一般為TCR+FC或TCR+TSC。有源型無功補償裝置為STATCOM、SVG、APF。
5.4 無功補償裝置技術性能的比較
無功補償裝置技術性能的比較如表1所示。
5.5 DSTATCOM的特點
①響應時間快。接觸器投切電容器裝置的響應時間需要幾秒鐘；SVC的響應時間約為20～40 ms；STATCOM裝置補償響應時間可達20 ms以內，真正實現動態補償。
②可在極短的時間之內完成從容性無功功率到感性無功功率的相互轉換，可以勝任對沖擊性負荷的補償。
③輸出無功不受電網電壓高低的影響。低電壓時，比SVC更有效地發出無功功率。
④由于無需高壓大容量的儲能元件（如電容器和電抗器），故DSTATCOM的體積更小更緊湊。
⑤運行時可視為電流源，不存在與系統阻抗發生諧振的可能性，還可對諧波和無功功率同時進行補償。
5.6 無功補償技術總體結構
無功補償技術總體結構如圖1示。
6 技術經濟前景分析
利用動態無功補償技術可以補償功率因數、穩定電壓、抑制諧波、改善電能質量、節能降耗。而我國能源供需矛盾突出，嚴重制約了經濟的快速增長。國家發改委、國家電監會明確要求電力用戶增強節能意識，積極采用先進的節電技術與產品，優化用電方式，提高電源使用效率，減少電力消耗。現在，某些地區已出臺了相關政策，對功率因數不達標的用戶罰款，對功率因數高的用戶獎勵。因此動態無功補償技術的市場前景廣闊。
參考文獻：
[1] 唐杰.配電網靜止同步補償器（D-STATCOM）的理論與技術研究[D].長沙：湖南大學，2007.
第2篇：動態無功補償范文
本課題根據山東華泰礦業有限公司主變電站實際電能質量，經過技術比較，選擇得出磁控電抗器的容量，采用磁控式動態補償方案，快速響應系統中負荷變化引起的無功功率的變化，整套裝置可以實現無功的動態連續可調，保證煤礦設備安全運行。
關鍵詞 功率因數，補償容量，無功補償
中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）120-0073-02
山東華泰礦業有限公司主變電站裝有兩臺35kV的變壓器，電壓變比為35KV/6.3kV，容量均為12500kVA，采用一用一備運行方式工作。山東華泰礦業有限公司委托杭州銀湖電器公司對35kV主變電站進行了電能質量測試。主變電站具體測試數據如下：有功功率最大為9105kW，最小為3246kW，無功功率最大為3876kvar，最小為1469kvar，在電容器切除的情況下，功率因數最大為0.889，最小為0.788，平均為0.837，電壓畸變率最大為1.068%，最小值為0.454%，均低于國標限值。從上述測試結果的變化可知，系統中負荷變化較大，而且呈周期性變化，最大時為9100kw左右，此時的功率因數在0.84左右，若使功率因數提高到0.95，查表得補償系數為0.317kvar/kW，因此計算可得補償容量為2885kvar，為了使用標準電容器，因此將補償容量定為3000kvar。由于煤礦中有一部分負荷屬于基本負荷（如井下排風機等），此負荷工作時需要一部分無功，所以發出感性無功的磁控電抗器不需要100%按電容器的補償容量配置。因此經過技術比較選擇磁控電抗器的容量為2700kvar，采用磁控式動態補償（MSVC）的方案，快速響應系統中負荷變化引起的無功功率的變化，保證功率因數0.95以上。裝置具備抑制5、7次諧波的功能，根據自動控制器對系統的無功功率取樣，自動調節磁控電抗器的晶閘管控制角，改變鐵心的磁導率，使電抗值連續可調，從而實現無功平滑補償。整套裝置可以實現無功的動態連續可調，保證煤礦設備安全運行。
山東華泰礦業有限公司對35KV主變站無功補償進行改造，安裝MSVC-W-3000/2700動態無功補償裝置。設備投運正常，并委托杭州銀湖電器公司對35KV主變站的電能質量進行現場實測，旨在進一步了解磁控式動態無功補償裝置線路電能質量的具體情況，是否達到預期設計目標。按照杭州銀湖電氣設備制造有限公司《電能質量測試指導書》、《電能質量供電電壓偏差》、《中華人民共和國國家標準，電能質量》、《電能質量公用電網諧波》相關標準，使用FLUKE435電能質量測量儀，接線由控制室端子排將電壓信號并入儀器，電流信號用鉗表接入儀器的方式對35KV主變站6KV進線進行電能質量測試。
測試數據如下：（CT：2000/5PT：6000/100），有功變化范圍2200KW-11000KW，無功功率變化范圍為1248kvar-3344kvar，功率因數值穩定在0.95（功率因數上限設定在0.95）。電壓畸變率最大值1.22%（《電能質量公用電網諧波》GB/T14549―93中國標要求≤4%），3次諧波電流值18A，5次諧波電流值10A，7次諧波電流值13A。
經過無功補償設備改造后，各項電能質量參數完全滿足國標要求，功率因數亦能達到供電部門考核要求，設備投運非常成功。從設備投運效果來看，6kV進線側已經達到預期設定目標。
根據現場實際，6KV末端有排水、通風系統，末端滿負荷運行負荷1200kW和268kW，末端原有兩套固定電容器補償分別為1032kvar，528kvar，自然功率因數0.85～0.87，對整個系統綜合分析是否有必要投入兩套固定補償裝置。若將末端功率因數目標提高到0.90。總負荷1200kW+268KW=1468kW，自然功率因數0.85～0.87之間，取平均功率因數0.86，根據查表得到其補償系數0.109kvar/KW，補償容量1468kW×0.109=160kvar。
無功補償減少損耗產生的經濟效益：
6kV設計單套補償容量為160kvar，電容器平均出力取80%，無功補償經濟當量取0.090，則補償電容器投運后相當于減少的有功損耗為：
根據煤炭特殊工況，MSVC裝置為固定濾波兼補償加磁控電抗器以起到無功連續線性補償的效果。電容器始終投運在電力系統中，每年投運時間為：按照每天工作22小時，每月工作26天計算，則電容器一年內的工作時間為：22h/d×26d/m×12m/y×1y=6864h
投運上MSVC動態無功補償系統后，每年可減少損耗為：6864h×11.5KW=78936KW?h
若按照工礦企業的電費標準，取平均值0.50元/KW?h計算，每年在損耗這一方面可減少的經濟損失為：78936KW?h×0.50元/KW?h≈3.9萬元。
另外考慮到電容器本身損耗，節能效益大概3萬左右。如果設備輕載或者空載時間更長，節能效益更低。
以上結果補償容量只需要達到160kvar，而且需要的技術是分組投切，當設備運行后投入；設備停止后，補償退出。
而現場補償容量1032kvar和532kvar，一方面容量過大，會引起過補償，倒送到電網中，如果倒送過多，會引起供電部門罰款，得不償失；另一方面，采用固定補償方式，當空載時，會引起線路末端電壓升高，電壓出現“翹尾巴”現象，危害電網安全。綜合以上，6kV末端的原有兩套電容設備由于補償方式和容量兩個方面因素，不適合投入電網運行。
綜上，山東華泰礦業有限公司35KV主變站通過系統改造安裝MSVC-W-6-3000/2700整套裝置后，實現了無功的動態連續可調，保證設備安全運行，保證了電網的純潔性，提高了供電質量。
參考文獻
[1]GB3983.2高壓并聯電容器.
[2]GB50227并聯電容器裝置設計技術規范.
[3]GB5583互感器局部放電測量.
[4]GB507絕緣油介電強度測定法.
[5]GB1094.1電力變壓器第一部分總則（eqvIEC76-1）.
[6]GB/T6451三相油浸式電力變壓器技術參數和要求.
第3篇：動態無功補償范文
關鍵詞 SVC；SVG；電網改造；性能
中圖分類號TM727 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）94-0131-02
1動態無功補償技術的研究意義
隨著我國西電東送、南北互供和全國聯網戰略的實施，為提高電網輸電能力和系統穩定性，應因地制宜的采用動態無功補償技術。在受端電網負荷中心地區加大動態無功補償技術的應用，以防止系統電壓崩潰和直流輸電出現的連續換相失敗等問題。當前，用戶對電能質量的要求越來越高，采用合適的動態無功補償技術，可以抑制特殊負荷的諧波、負序電流、有功和無功沖擊等，提高用戶供電質量和提高電網經濟效益。因而，在電網改造中，有必要采用新型動態無功補償裝置來替代老舊的無功補償裝置。
目前，在在電網改造中，具有代表性的動態無功補償裝置SVC、SVG發揮著電壓支撐、無功補償、抑制閃變等重要作用。
2動態無功補償裝置在電網改造中的應用
2.1 SVC的工作原理及在電網改造中的應用
目前，大容量靜止無功補償器SVC主要采用TSC、TCR和TCR、TSC組合的方式。其中，TSC是SVC的一種基本形式，屬于并聯、無源、靜止開關型無功補償裝置。TSC響應速度快，一般都在一個方波周期內完成自動投切，同時能解決電容器的涌流問題和切除電弧問題，減小了投入涌流。但是TSC也存在一個極大的缺點，即不能連續調節，從而輸出連續可變的無功功率。針對TSC不能連續調節的缺點，提出了SVC的另一種基本形式TCR，屬于并聯、無源、連續調節無功補償裝置。但TCR的非線性特性比TSC更加明顯，因而產生的諧波會更大，而且其無功補償容量往往受到電源電壓的影響，當電源電壓稍有波動，補償容量會有較大的影響。為了解決TSC不能連續可調和TCR補償容量受電源電壓影響較大的問題，提出了TSC和TCR組合運行的方式，其基本工作原理是是當系統電壓低于設定的運行電壓時，根據需要補償的無功量投入適當組數的電容器組，并略有一點正偏差（過補償），此時再利用TCR調節輸出的感性無功功率來抵消這部分過補償容性無功；當系統電壓高于設定電壓時，則切除所有電容器組，只留有TCR運行。
綜合來說，在高電壓長距離交流輸電系統中，通過可控的并聯無功補償，可以改變系統的等效波阻抗及傳輸線的等效自然功率，使得傳輸的功率都可以讓補償后的等效自然功率與之相等，這樣就可以大大地提高系統的受小干擾穩定限制的傳輸功率極限。通過暫態過程中無功補償的控制，可以改善系統的暫態穩定，若在無功補償中引入附加的信號，也可以提供系統附加的阻尼，以消除系統的低頻振蕩。簡言之，SVC會對電網產生如下的積極影響：1）增強系統的暫態穩定性；2）有力的支持系統電壓，防止電壓崩潰；3）可有效增大系統的阻尼，從而抑制系統的低頻振蕩；4）補償不平衡負荷；5）抑制負荷側電壓波動和閃變，提高功率因數。因而，在電網改造中，選擇合適的動態無功補償裝置，可以降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率和供電質量。
2.2 SVG的工作原理及在電網改造中的應用
基于自換相換流器和PWM控制技術的SVG，主要是通過換流裝置來產生無功功率的，按其直流側儲能元件的不同，可以分為電壓型（VSC）和電流型（CSC）2種。在實際應用中，由于VSC電路具有控制簡單、運行效率高等優點，所以投入運行的絕大部分都是電壓型SVG，而且先進的SVG都采用基于VSC拓撲結構和配置。以VSC為例來闡明SVG的工作原理，其主電路的核心部分是電壓型逆變器，每相由N個單相逆變器串聯而成，其中2個單相逆變器為冗余運行工作模式，用來解決系統不平衡問題。其工作原理就是將自換相橋式電路經一個串聯電抗與電網相連，根據輸入系統的無功功率和有功功率的指令，適當的調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或直接控制其交流側電流就可以使該電路吸收或發出滿足系統所要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。
SVG是一個復雜的非線性系統，控制方法也相對較復雜，主要包括間接電流控制和直接電流控制兩類。直接電流控制的響應速度和控制精度較高，但要求要有較高的開關頻率。而間接電流控制響應速度慢，要提高響應速度必須將晶閘管的控制角和調制深度進行配合控制。另外，電源電壓擾動對SVG的影響是深遠的，如三相不平衡電壓和諧波電壓會引起SVG直流側電壓的波動和交流輸出電流中較大的負序分量和諧波分量，進而影響SVG的工作性能。所以，在電網改造過程中，采用合理的控制方法和減小電源電壓擾動對SVG的影響顯得尤為重要。
3 動態無功補償裝置在電網改造中的優越性
在電網改造中，為了降低電網電能損耗、改善供電質量，以動態無功補償技術為基礎的裝置受到了眾多電力公司的青睞。以SVC和SVG為代表的動態無功補償裝置，以其優越的工作性能得到了快速發展，具體表現在以下幾個方面。
3.1動態響應速度快
與傳統的無功補償裝置相比，SVC和SVG都表現出了較快的響應特性，而且SVG的響應速度更快。
3.2可連續調節
SVG最大的一個優點是可連續調節，調節精度和控制精度都相對較高。
3.3功能作用多
與傳統的無功補償裝置相比，SVC和SVG除了具有基本的動態無功補償和調節母線電壓的功能外，還具有良好的抑制電壓波動和平衡三相負載的作用。另外，它們還兼有抑制系統諧波的作用。
4 結論
動態無功補償裝置SVC、SVG在電力系統中應用廣泛，起到了提高電網功率因數、降低變壓器及輸電線路損耗、改善供電環境的重要作用。隨著計算機技術和電力電子技術的發展，動態無功補償技術和裝置將會在電網改造中得到更加廣泛的應用與改進，以適應電力系統不斷發展和用戶用電需求的的需要。
參考文獻
[1]盧婧婧.動態無功補償器的負序分量和特征諧波補償算法[J].上海交通大學，2010.
第4篇：動態無功補償范文
關鍵詞：晶閘管投切電容器 控制系統 檢測系統
中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02
隨著電力系統的發展和技術進步，電能質量問題日益得到重視，許多新技術設備應運而生。目前，為了減少損耗以及調整電壓，提高系統的功率因數，在各級變電站里廣泛使用了新型電容器組進行系統的無功補償，這些電容器組的正常運行對降低線損和提高電能質量起著重要作用。晶閘管投切電容器就是其中的一種，于近年來得到了較大發展。晶閘管投切電容器具有無功功率補償性能的優良動態，適合經常有波動性負荷和沖擊性負荷的電網。與機械投切電容器相比，晶閘管作為電容器的投切開關克服了采用機械開關觸頭易受電弧作用而損壞的缺點，可頻繁投切，且投切時刻可精確控制。晶閘管投切電容器的上述優良的動態性能，促使其近年發展迅猛，該文對該技術的現狀及最新發展動向進行了介紹。
1 晶閘管投切電容器的分類
晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，簡稱TSC）是利用晶閘管作為無觸點開關的無功補償裝置，它根據晶閘管具有精確的過程，迅速并平穩的切割電容器，與機械投切電容器相比，晶閘管具有操作壽命長，開、關無觸點，抗機械應力能力強和動態開關特性優越等優點。晶閘管的投切時刻可以精確控制，能迅速的將電容器接入電網，有力的減少了投切時的沖擊電流的優點。TSC可按電壓等級或按應用范圍劃分。按電壓等級劃分為：低壓補償方式和高壓補償方式。低壓補償方式適用于1 kV及以下電壓的補償，高壓補償方式（即補償系統直接接入電網進行高壓補償）則對6～35 kV電壓進行補償。TSC按應用范圍劃分為：負荷補償方式和集中補償方式。負補償方式是直接對某一負荷進行針對性動態補償以消除對電網的無功沖擊，集中補償方式是對電網供電采取系統的補償，以解決整個電網無功功率波動的問題。
2 TSC的主電路
目前，TSC只有兩個工作狀態：投入和切除狀態。在投入狀態下，雙向晶閘管導通，電容器并入線路中，TSC向系統發出容性無功功率；切除狀態下，雙向晶閘管（或反向并聯晶閘管）阻斷，TSC的支路并不起到任何作用，不輸出無功功率。TSC主電路設計除了滿足分級快速補償要求外，還應考慮限制并聯電容器組的合閘涌流和抑制高次諧波等問題。TSC的關鍵技術是如何保證電流無沖擊，常見的接線方式有兩種：晶閘管與二極管反并聯接線方式和晶閘管反并聯接線方式。在TSC系統中，晶閘管反并聯方式是促使兩個晶閘管輪流觸發，接通和斷開補償回路。晶閘管反并聯方式的可靠性非常高，即使是某項損壞了一個晶閘管，也不會導致電容器投入失效或錯誤。晶閘管和二極管反并聯方式與晶閘管反并聯方式相比之下，速率較差，但經濟且操作簡便。晶閘管閥承受的最大反相電壓對于晶閘管反并聯方式是將電容器上的殘壓放掉時的電源電壓的峰值，晶閘管和二極管反并聯方式是電源電壓峰值的2倍。TSC系統中，為了限制因晶閘管誤觸發或事故情況下引起的合閘涌流，主電路中須安裝串聯電抗器，以抑制高次諧波和限制短路電流。而串聯電抗器后，電容器端的電壓會升高，所以額定電壓應選擇電容器高于電網的。電抗器的類型有空芯電抗器和鐵芯電抗器兩種，其中，而鐵芯電抗器限流效果較差，但造價低，空芯電抗器的限流效果很好，但造價也很高。所以選擇時，應通過經濟、技術等方面比較來確定。TSC主回路接線方式根據晶閘管閥和電容器的連接可分為三相控制的三角形接法、星形接法和其他組合接法。其中三角形與星形的組合接法既綜合了前兩種接法的優勢，也可提升補償裝置的運行質量，因此更為常用。根據電容器電壓不能突變的特性，TSC系統投切當電網電壓和電容器殘壓相差較大的時候，則很容易產生沖擊電流。當沖擊電流與正常穩定電流之比小于1.7倍時，可以認為沖擊電流對晶閘管和電容器的使用無影響。投切停止后，電容器上有電網峰值電壓，晶閘管在電網電壓和電容器直流電壓的雙重作用下，存在過零電壓，過零點觸發晶閘管是理想狀態，不會產生沖擊電流。
3 TSC的檢測系統和控制系統
TSC的檢測系統用于檢測電網與負載系統的相關變量，包括相位采樣部分、電壓與電流有效值測算部分、待補無功量與無功功率計算部分等。目前比較先進的技術則是利用微機同步相位控制技術和自適應晶閘管觸發技術進行檢測。當檢測到電容器兩端電壓與電網電壓大小等同，極致一樣時，瞬時投入電容器，電流過零時晶閘管會自然斷開，無需對電容器預先充電，也無需加裝限流電抗器及專門的放電電阻，則可隨時實現無投切電容器。依據電網與負載的不同功能和需求，TSC的控制系統可分為開環控制、閉環控制和復合控制三種。控制物理變量包括電流、無功功率、電網電壓、全周期時間、功率因數角和相位差角等。根據電信號參數，對電信號變量分析處理，在電容組合方式中選出最接近且不會過補償的組合方式，對無功功率進行實時補償。由控制系統發出投切指令，當補償系統所需容量不小于最小一組電容器容量時，可快速、平穩、高效地對設備進行補償。
4 晶閘管投切電容器的研究動向
目前，采用TSC裝置的缺點是：①補償電容器的投切可靠性低，容易引發諧振；②功率損耗過大；③電容器過電壓；④裝置的制造成本增加、復雜程度提高及故障率大等；⑤晶閘管投切具有誤觸發等問題。但由于TSC具有動態無功功率補償的優良性能，近年來該技術還是在低壓配電網中得到很好的廣泛應用。而針對TSC使用中的問題，國內外學者進行了相應的研究，研究內容主要針對以下方面：（1）尋找無功參量的快速檢測及控制新方法；（2）研制兼具補償無功和抑制諧波的多功能產品，控制振蕩問題；（3）探尋高壓系統中的TSC 技術；（4）提高TSC 產品可靠性，并降低其成本等。
5 結語
該文對TSC技術進行了探討，重點對TSC系統的主電路和檢測及控制系統進行了介紹，并對該技術的不足進行了探討，指出了目前的研究動向。TSC裝置具有優良的動態無功功率補償性能，特別適合于具有經常沖擊性負荷和波動性負荷的場所。隨著微電子技術和電力電子技術的進步，TSC 技術將會有更大的發展應用空間。
參考文獻
[1] 鞏慶.晶閘管投切電容器動態無功補償技術及其應用[J].電網技術，2007，12（增2）.
[2] 牛飛.利用單相晶閘管投切電容器實現無功補償[D].中南大學，2010.
第5篇：動態無功補償范文
【關鍵詞】無功補償；TMS320LF2407；控制特性；功率因數
0 引言
在交流供電電網中，功率分為有功功率、無功功率和視在功率[1]。其中，有功功率為一個周期內的瞬時功率的平均值，即P有=∫P瞬dt/T，瞬時功率為電流瞬時值i和電壓瞬時值u的乘積，即P瞬=iu，其中，電流瞬時值為i=√2Isin（ω1t-φ），電壓瞬時值為u=√2Usinω1t。無功功率為供電電路里能量交換過程中瞬時消耗功率的振幅值，即P無=UIsinφ，其中，U為電壓有效值，I為電流有效值，φ為電流滯后電壓相位角。視在功率為有功功率與相位角φ的余弦值的比值[2-3]，或者定義為供電電網端口處電壓有效值和電流有效值的乘積，即S=P有/cosφ或者S=UI。由此可見，當有功功率P有一定時，提高功率因數cosφ勢必會導致視在功率S的減小，由于P總=P有+P無+S中消耗總功率不變，因此，視在功率S的減小又勢必導致無功功率P無的增加，這就意味著供電電網要承受更多的無功損耗，大量的無功損耗勢必會導致電網負荷加重、電路投資加大、電子設備利用率降低等問題。因此適當增加用電設備的有功功率，降低用電設備和輸電線路的無功功率損耗，可以提高電網功率因數，增加供電電網效率和可靠性。
1 動態無功補償控制電路設計
傳統的靜態無功補償控制器存在無功補償慢、浪涌電流大、設備維護費用高和電容器投切反應時間長等問題[4-5]，其無功補償效率低，設備利用率低，且很容易造成投切電容的過流損壞。采用動態無功補償方式可以有效地防止上述現象的發生。本文采用以TMS320LF2407為核心控制器的智能低壓動態無功補償裝置，配以檢測模塊、A/D轉換模塊和電容器投切模塊等電路，輔之以AT89C51單片機為控制器的顯示模塊，構成以TMS320LF2407為核心控制器，AT89C51單片機為輔助控制單元的雙控電路結構。
1.1 TMS320LF2407核心控制器
TMS320LF2407核心控制器采用TI公司生產的DSP芯片[6]，其具有全自動智能投切功能、U盤讀取CDMA通訊功能、友好的人機交流界面和精確的控制單元等，可以實現無浪涌投切，在檢測電路的配合下還可以與上位機時刻保持通訊，以便及時獲取控制動態和相關參數。
1.2 電路
檢測模塊采用電流傳感器和電壓傳感器，用于檢測補償電路中負載的電流和電壓，然后將檢測到的電信號傳輸至A/D轉換器，在A/D轉換器中經信號整形后轉換為PWM數字方波信號，然后再輸送給TMS320LF2407核心控制器，經過邏輯判斷和數據分析之后，控制器發出控制指令，控制電容器投切電路中IGBT開關管的導通時刻和關斷時刻，從而可以快速準確地進行動態無功補償。在電容器投切模塊中，電壓、電流信號經過信號整形、同步周期測量、相位測量等計算后，把所得數據送入TMS320LF2407核心控制器中進行邏輯分析、判斷，并得出被測電路的功率因數。這種設計既簡化了功率因數測量電路的結構，又增強了檢測的準確性和快速性。
顯示模塊采用以AT89C51單片機為控制器、1602A雙排液晶為顯示器的顯示電路，上排顯示檢測到的負載電壓值，下排顯示檢測到的負載電流值。液晶顯示采用總線方式，利用51單片機的讀寫外部RAM功能，將1602A液晶顯示器掛在單片機總線上，使其統一按類似讀寫外部RAM功能的指令方法操作。
目前，國內生產的低壓動態無功補償控制器一般采用單變量控制（按電壓變量、功率因數變量和無功功率變量三種控制方式）、復合變量控制（功率因數和電壓復合、電壓和無功量復合兩種控制方式）、人工智能控制（模糊控制、遺傳算法和專家系統等人工智能控制方式）三種控制方式，根據不同的電路和控制精度要求，采用不同的控制策略，目前人工智能控制方式雖然控制程序復雜、研究成本較高，但是其正在成為現代社改善低壓動態無功補償控制器的研究方向。本文采用按功率因數變量控制的單變量控制方式。
2 設計思路與創新點
本文是以TMS320LF2407為主控制器的智能低壓動態無功補償裝置，主要設計思路與創新點如下：
（1）在分析有功功率、無功功率和視在功率的基礎上，提出出本文的目的是通過提高電網功率因數來增加電網利用率和可靠性，并通過介紹靜止無功補償控制器的缺點，來突出動態無功補償的重要性。
（2）針對低壓電網的特點，采用基于IGBT開關器件的電容器投切電路和PWM方波控制方式，并且利用最簡單的系統結構獲得最大的無功補償效果。
（3）主控制器采用TMS320LF2407高性能控制芯片，能夠全面提升電路的控制精度，縮減電容器投切時間，增加系統穩定性和可靠性。
3 結語
基于TMS320LF2407主控制器的智能低壓動態無功補償裝置，是針對傳統靜態無功補償控制器控制精度不高、響應時間長、功率因數低等問題而設計的。在供電電網現場測試中的結果表明，其不僅可以大幅提高控制精度、縮短系統響應時間，而且可以提高電網利用率，增加系統穩定性和可靠性。以TMS320LF2407芯片為核心控制器的補償電路和以AT89C51單片機為控制器的顯示電路完美地配合，保證了無功補償裝置的穩定運行，檢測模塊、A/D轉換模塊和電容器投切模塊等電路，在測試過程中配合良好。本設計適合在供電電網中廣泛地推廣運用。
【參考文獻】
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[2]梁青華.配電網中基于DSP的動態無功補償裝置研究[J].電子技術與軟件工程，2015，05：132.
[3]劉雄軍.關于一種新型動態無功補償裝置應用的研究與探討[J].科園月刊，2008（6）.
[4]高長偉，王華梁，律德財，鄭偉強.高可靠性智能低壓無功補償裝置設計[J].電器與能效管理技術，2015，03：27-30+34.
第6篇：動態無功補償范文
關鍵詞： 兩路編碼 柱上 動態無功補償 單片機 RS-232
Abstract: Reactive power compensation is an effective method to reduce the loss of power grid and raise the efficiency of transmission. This paper analyses the actuality of reactive power compensation on 10 kV power line on pole and designs an equipment of dynamic reactive power compensation which based on a two-path coding control. This equipment applies the new technology of single-chip computer and wireless， can measure the real-time power factor and reactive power， and can dynamically compensate for the reactive power to rather high accuracy. There is also a function of four- remote control with this equipment， which can store two months of the history-data and can set and transmit the parameter and data by way of wireless. This equipment is of high value for increasing the power factor and reducing the loss of power grid .
Key words: two-path coding control; on pole; automatic reactive-power compensation; single-chip computer; RS-232 interface
1. 引 言
功率因數和無功平衡是衡量電網質量的重要標志。我國農網普遍存在供電半徑長、電壓質量差、功率因數低的狀況。如果無功能得到有效的平衡，不僅能大大降低電網的損耗，而且對提高電壓質量具有重要的意義。但是，目前我國大部分城鄉電網功率因數偏低，無功很不平衡。因此提高電網功率因數、平衡無功、提高電壓質量、降低線損，是電力系統的一個重要課題。現今國內大部分的無功補償裝置都是并接電容器固定補償，不能實現動態跟蹤補償。另還有一部分是一路動態跟蹤補償，級數太少，不能做到精補細補。因此，如何實現無功多路補償，仍是國內外同行關注的熱點。
本文設計了一種基于兩路不等容編碼控制投切的無功動態補償裝置，它能隨電網無功的變化，實現四級補償，基本能達到精補細補的目的，使得電網的無功平衡更科學合理，因而在農網中有著廣泛的應用前景。
2. 設計思想
本文主要探討基于兩路不等容編碼投切無功補償裝置的控制原理以及實現的方法。在動態跟蹤無功補償裝置中，如果是單組的動態補償，就可根據電網無功以及電壓的狀況進行投切;如果是多組等容量投切補償，可根據循環投切的原理去設計控制策略;如果是多組不等容投切，其控制策略就要復雜得多。森寶公司之所以研發該產品，主要是以下兩方面的原因：
1) 降低成本。眾所周知，單組無功補償裝置不能做到精細補償，而多組等容的裝置雖能做到相對精細的補償，但是其電容器的組數要多，每組電容器都要配備相應的開關和保護設備，這就大大增加了設備的成本，使節能降損的先期投入成本較大，也使節能降損的效益降低。如果使用不等容投切，就可大大減少設備成本，使用戶的效益最大化。舉例說明，要補償300kvar的電容，級差為100kvar，如果采用等容投切，就需要3臺電容器和3臺開關，而如果采用不等容投切，采用補償一個100kvar和一個200kvar的方法，就只需要兩臺電容器和兩臺開關，這就節省了1臺開關和1套保護裝置的費用，并且減少了故障點。 信息來自:輸配電設備網
2) 使裝置的體積減小，節省了空間，也減少故障點。高壓電容器的體積相對比較龐大，而且對絕緣距離有一定的要求，電容器的組數越多，那么體積就會大大增加，這就增加了施工成本和施工難度。而且，組數越多，裝置的故障點越多，使裝置的維護成本增加。使用不等容投切就可以減少這些問題。
基于以上思考，本文設計了兩路不等容投切的戶外高壓無功自動補償裝置。
3. 系統結構以及控制器工作原理
圖 1 系統工作原理圖
如圖1，控制柜內裝有兩臺高壓電容器和高壓真空接觸器，通過單片機控制高壓真空接觸器的開合，完成投切動作。采用高壓熔斷器為電容提供保護。PT采樣高壓電網的B、C相之間的線電壓，除了提供電壓信號，還為控制器和控制回路提供電源。CT采樣線電流，為控制器提供電流采樣信號。CT1-CT4采樣電容器電流，電容器的過流保護和缺相保護提供硬件支持。控制器將采集到的線電壓、線電流、電容器電流的信號進行分析、計算，經過判斷，輸出控制信號，控制真空接觸器關合和開斷。
4. 控制策略
在控制方式上，裝置采用了按無功投切和按功率因數投切兩種方式。用戶可以根據需要來選擇。單就補償的最終目的而言，筆者推薦使用無功來控制比較科學合理。
兩組電容器由于其容量不等，在投切時就要考慮兩個電容器的協調問題，大致來說，分為如下幾個情況：
1) 兩組都未投入。那么則根據所選控制方式，根據實際參數量來投入合適的容量。
2) 小容量電容器已投入。如果過補，則切電容;如果需要投入的容量大于小電容器而小于大電容器，那么切電容器;如果需要投入的容量大于大電容器，那么投大電容器。
3) 大容量電容器已投入。如果過補，那么切電容器;如果需要投入的容量大于小電容器，那么投小電容器。
4) 兩個都已投入。如果過補，那么根據過補的多少，來選擇切除哪一組電容器。
5 控制器硬件電路設計
要實現自動控制，通常的做法是利用微控制器或處理器對采集來的數據進行計算，判斷，然后再對對象進行控制。在本設計中為了使采集數據更精確，軟件編程更簡潔，使用新型的智能電表芯片替代了傳統的ADC和部分MCU的工作。在軟硬件設計中注重了對動態電容器的保護，實現了10分鐘保護、過流保護、缺相保護、延時保護等多種保護功能，使得系統工作更加穩定有效。
圖2 硬件結構圖
如圖2，整體電路由AD，CPU，外圍IC器件組成。使用專用測量芯片CS5460替代了原先的ADC和部分單片機的工作，通過芯片內的硬件算法得到Irms、Vrms、P。主CPU使用51系列芯片，其內部自帶20K字節的FLASHROM和512字節的RAM，設計中，全部采用其內部的程序存儲器和數據存儲器。外圍IC器件主要包括外部擴展的一片E2PROM存儲器，它擁有32K字節的存儲空間，用來存儲參數設定值及歷史數據;時鐘芯片為系統工作提供時間參考;另外，人機接口模塊選用了ZLG7289BP鍵盤顯示管理芯片。該芯片可以同時管理8個數碼管和64個按鍵，采用SPI總線接口，便于進行級聯。系統設計還有RS-232串行通訊接口，可以上傳下傳數據，進行遙控遙測。
6.軟件實現
本裝置主要是實現按實時無功來控制電容器的投切，具體軟件流程圖如3 所示
圖3 控制器軟件流程示意簡圖
6.1 功能實現。
軟件必須做到以下功能：采集數據并傳給CPU，然后進行算法運算并處理，發控
制命令，另外還必須有顯示，通信的功能。
本裝置控制器的軟件通過匯編和C語言混合編程實現了以下功能：
1) 采集調理后信號，計算出線路電壓、電流、功率因數、有功、無功。
2) 通過繼電器控制真空接觸器可按照無功的實時情況對補償電容進行合理控制。控制器還具有過壓、欠壓、過流、速斷、10Min、動作次數、缺相等保護;
3) 提供準確的時鐘，并能存儲必要的電量數據。
4) 數碼管顯示電量數據，并可通過按鍵調整參數。
5) 通過RS-232串口通信模塊實現通信。通過無線通信能調出控制器中的實時數據和歷史數據。其中歷史數據包括近兩個月的整點數據和近100次的動作記錄。
6.2 算法實現
(1) 運算算法
運算算法結構如圖4 所示。
控制器只采集線路上的一個線電壓和一個相電流來對線路的電壓、電流、有功功率、無功功率以及功率因數進行計算。電壓和電流的有效值由CS5460進行硬件計算。在線路的電壓和電流都為三相對稱的情況下，系統的無功功率為其中φ為功率因數角。又因為 比 超前900，幅值相差 倍，所以可得
由上式可知，只要采集Ucb和Ia，并將它們送入CS5460里，按照有功功率的方法進行計算，再乘以 ，就得到實際線路的無功功率。有了無功功率，就可以求出系統的有功功率為功率因數為φ角的正負由無功功率的正負來判斷，當Q>0時，φ>0，負載為感性;當Q
(2) 保護算法
保護算法如圖5所示，程序按順序依次判斷是否執行各保護。其中，過流保護和過流速斷保護判斷的是電容器的電流，當電容器中任一相電流超過保護設定值時，即啟動保護。 信息請登陸:輸配電設備網
過壓保護和欠壓保護以過壓值和欠壓值來判斷是否需要啟動保護。缺相保護是判斷當有一相電容器電流為零時，就啟動保護。當電容器進入保護狀態時，裝置推出控制。其中過流和缺相保護還設置了保護位，當保護位被人工清除時，裝置才可重新進入控制狀態。
圖5 保護算法
第7篇：動態無功補償范文
關鍵詞：功率因數 無功 補償 供電
中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0091-01
1 立項背景
顯德汪礦隨著大量大容量感性設備的投入，功率因數遠低于國家功率因數調整電費辦法中0.90以上的規定，月平均增交39.8萬元無功罰款。其大功率提升設備等頻繁啟動引起無功沖擊，造成了電網電壓波動與閃變。同時電子設備整流裝置使用中產生的諧波，造成了配電網繼電保護拒動和誤動以及檢測、監控系統誤測、誤報。使配電網電能質量進一步惡化，供電的可靠性、安全性降低。無功沒有就地補償，大量無功功率在電網中的流動，增加了線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗。因此，如何提高功率因數，改善供電質量。安全供電，經濟供電成為我礦急待解決的問題。
2 調研與選型設計
為了達到較好的無功補償效果，保證電網供電質量。考慮系統諧波、電壓波動與閃變達到國標要求，并保證系統總功率因數達標并且系統輕載時不過補。針對無功變化較快的情況，在現有治理方案中，以SVG為最佳方案。SVG系統響應時間≤10 ms，可以快速跟蹤負荷的變化，追補無功尖峰，實現理想的實時補償。而本身不產生諧波，同時對電網諧波與背景諧波具備治理能力。是當今無功補償領域較為先進的補償裝置，技術成熟。經多方調研、論證，決定與山東泰開電力電子有限公司合作，對6 kV系統進行基于柔性技術的SVG靜止同步動態無功集中補償改造。
我礦35 kV變電站6 kV供電系統，是雙回路、雙母線分段加聯絡開關輻射供電方式。正常運行方式，合母線聯絡開關，一回路運行，一回路備用。經測算6 kV母線平均功率因數0.51，功率因數提高到0.98需要無功功率3.4Mvar，最終確定無功補償容量為3.7 Mvar。為保證補償的連續性、不間斷性，故選用SVG-6/3.7 Mvar靜止動態無功補償裝置兩套，6 kV母線Ⅰ、Ⅱ段各安裝一套。正常時一套運行，一套備用。
3 SVG的工作原理
SVG-3.7 Mvar靜止同步動態無功補償裝置主要由連接電抗器、控制屏、啟動柜和功率柜等組成。它以三相大功率電壓源型變流器為核心，其輸出電壓通過電抗器接入6kv系統，與系統側電壓保持同頻、同相，通過調節橋式電路其輸出電壓幅值與系統電壓幅值的關系來確定輸出功率的性質與容量。當其幅值大于系統側電壓幅值時輸出容性無功，小于時輸出感性無功。串聯電抗器的主要作用是將SVG與電網連接起來，實現能量的緩沖，同時減少SVG輸出電流的諧波含量。
4 應用效果
兩套SVG-3.7Mvar靜止同步動態無功補償裝置，于2011年8月安裝調試運行，正常運行狀態下補償效果較好，功率因數達0.98以上，電網諧波、電壓波動與閃變等電能質量經測試均符合標準要求。使用中發現存在如下幾個問題，需進一步改進。
（1）功率柜中功率單元控制板故障率較高，停機維護次數多，時間長。
（2）整套裝置發熱量大而通風散熱效果不佳，夏季超溫停機頻繁。對此我們在室內安裝空調解決了此問題。
（3）功率柜內各功率單元的IGBT工作中發熱量較大，散熱采用柜頂安裝大功率抽風機通過風道排出室外。由于風機抽風的原因，將大量灰塵吸入室內和SVG功率柜，因此，定期更換功率柜門的防塵過濾棉，定期清掃功率柜內功率單元上的灰塵，經常打掃動態無功補償室成為一項準常態工作。否則超溫停機，建議改進散熱方式。
5 經濟與社會效益
（1）減少電能損失。
高壓6 kV母線無功就地補償，降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，其中：主供365線路年節約線路損耗電費：補償后流過線路電流減少量ΔI=（P/√3×U×cosφ1）-（P/√3×U×cosφ2）=8000/1.732×35×0.51-8000/1.732×35×0.98=124.1 A。線路損耗有功功率減少P損=3I2R=3×128.652×0.2345Ω/km×7.8 km/1000=90.8 kw。年節約電費：90.8×24小時×365天×0.7元/kwh=55.68萬元。
（2）減少礦電費支出。
未補償前，電力設備從電網吸取過多的無功電力，沒有達到無功就地平衡，按供電局頒發《功率因數調整電費辦法》，月平均增收無功罰款39.8萬元。安裝無功補償裝置后每月不僅無罰款，而且還獎勵0.95～1.2萬元。
（3）減少主變壓器增容投資。
我礦主變容量12500 kVA，用電高峰期經常出現滿負荷運行，計劃增容改造。無功就地補償后，功率因數提高，視在功率S值相應下降。也即主供變壓器實際使用容量減少，相對容量增加了ΔS=S1-S2=P（1/cosφ1-1/cosφ2）。變壓器潛力得到充分挖掘，節約了變壓器增容一次性資金投入。同時節約了每月支付給電業部門按變壓器容量收取的增容部分基本電費。
第8篇：動態無功補償范文
關鍵詞：電力系統 能量損耗 無功功率補償 MTSC裝置
為提高供電設備效率，減少供電線路電能損失，國內外自上世紀50 年代初就開始進行無功功率補償裝置的研究工作，其方法主要有兩種：一種是在電網上并聯電容器，通過提高電網的功率因數達到減少線路電壓損耗，提高供電設備利用率的目的;另外一種是在電網上并入同步電動機，通過改變同步電動機勵磁電流的方法來改變電路負載特性。其中前一種方法適用于居民、商業及小型工廠的低壓供電系統，而后一種方法適用于大型工廠中的無功功率補償。
在實際應用中，由于電路特性是隨時變化的，為了達到較好的補償效果，就必須動態跟蹤電路特性的變化，實時監測電路中U 與I 的相位差角，根據角的大小決定并聯電容器的值。基本的功率因數cosφ補償電路如圖1 所示。
電路中的K1～Kn在自動動態補償裝置中可采用雙向可控硅，在電路工作時，一般保證cosφ< 0.95，避免電路出現諧振現象，損壞電網供電設備和用電器。具體的方法是通過對電壓U和電流I的相位檢測來判斷是否并入補償電容器，并入幾個，這些都是通過控制裝置自動完成的，這就是動態無功功率補償裝置的工作原理。
2 現有補償裝置存在的問題及解決方法
上面所述的方法只局限于某一段電路，并沒有從整個電力網的角度來分析。為了彌補這一缺陷，就有必要對整個供電系統中的各段電路功率因數補償裝置進行集中調控，使整個系統處于協調工作狀態。由于現有的動態功率因數補償裝置還沒有實現整網連調，所以，有必要增加動態功率因數補償裝置的數據通訊功能，將其工作狀態及相關的電流、電壓、功率因數、工作溫度、環境狀態等參數發送到總調室，總調室中的主控微機則根據前端工作狀態實時調整控制參數達到整網均衡運行的目的。
另外，在分析補償過程中所提到的電容器，是按理想電容器來分析計算的，實際的電容器可等效為電阻R與電容器C并聯電路，如圖2所示，電路的矢量圖如圖3所示。
由矢量圖可列
式中：tgδ———為介質損耗系數；δ———為介質損
耗角
由式可見：電阻R減小，電容器介質損耗增加，電容器發熱，電解液易枯竭使電容量減小，補償不足。同時，電容器在密閉較嚴時易出現爆炸現象。為及時發現并解決這一問題，也應對電容器的工作溫度、電容量等參數進行檢測，并將檢測結果及時發送給控制終端，便于及時維修更換，避免事故的發生。
對于功率因數補償問題，多年來，人們一直在變壓器輸出端或工廠電力入口等前端上進行無功功率補償，補償方案如圖4所示。
由圖可見，前端補償只補償了10 kV以上供電網的無功電流，400 V低壓輸電網下端的無功電流并沒有得到補償，而現今居民和商業用電戶，多采用節能型日光燈照明，電路功率因數低，且得不到補償圖5為了解決這一問題，有必要開發研制一種造價低、性能好的小型動態無功功率補償裝置(MTSC) 。將此裝置安裝于居民(或商業) 用戶的集中供電箱中，這樣就構成了新的動態補償控制方案，如圖
由圖可見，采用這種方式后，對于變壓器至用戶集中配電箱這段電路的線路損失也得到了補償，其帶來的經濟效益是相當可觀的。
3 動態補償裝置數據采集、傳輸控制方案的實現
3.1 采集傳輸參數
(1) 變壓器工作溫度T1 ～ T6
(2) 各相電源電壓 UA UB UC
(3) 各相電流 IA IB IC
(4) 功率因數 cosφA cosφB cosφC
(5) 無功電流 I rA I rB I rC
(6) 負荷饋電處電壓 V a V b V c
(7) 切入補償通道號 Ac1～4 Bc1～4 Cc1～4
(8) 電力電容器工作溫度 t1 ～ t12
(9) 可控硅功率組件溫度 tk1 ～ t k12
(10) 有功功率 PA PA PA
(11) 無功功率 QA QB QC
(12) 視在功率 S A SB S C
(13) 臺區用戶電量 最多為30 個單元720戶
3.2 采集傳輸控制參數
(1) 電力電容投切保護控制 12 路開關量
(2) 可控硅過流保護控制 12 路開關量
(3) 可控硅過壓保護控制 12 路開關量
(4) 用戶竊電、欠費停/ 供電控制 最多720個開關量
3.3 采集傳輸控制系統方塊圖及各部分的作用
采集傳輸控制系統方塊圖如圖6 所示。
3.3.1 傳感器部分
傳感器部分將現場的電流、電壓、溫度、功率等參數變成采集傳輸控制器所能識別的信號(一般為0～5 VDC輸入) ，以便采集傳輸控制器對其進行分析、計算，根據分析計算結果，發出相對應的控制信息，控制系統正常工作。
3.3.2 電量采集控制器
電量采集控制器是集電量采集、傳輸、控制用戶停/供電以及防竊電功能為一體的前端設備，安裝于用戶各單元配電箱中，能實時采集用戶的用電信息，并具有防竊電功能，當用電戶有竊電現象發生時，能及時發出報警信息，通過低壓電力線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傳輸媒體發送給終端接收控制設備(或控制竊電戶停電) 。
3.3.3 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區內的一臺主控機，它能同時采集64 路信號(模擬量或數字量) ，并能與30 臺電量采集傳輸控制器通訊，進行電量計量、遠程供/ 停電控制、竊電報警等操作。同時還能與現有的動態無功功率自動補償裝置相配合，將該裝置的工作狀態及相關參數通過傳輸媒體傳輸給終端計算機，達到全局網無功功率平衡補償的目的。
3.3.4 動態功率因數補償控制器
動態功率因數補償控制器是根據電網電壓與電流的相位差來控制電力電容器組是否投切、投切極數的一種控制器，通過改變投切極數來改變無功電流大小而達到改變的目的。
3.3.5 電力電容器組及可控硅開關組件
電力電容器組及可控硅開關組件是與動態功率因數補償控制器相配合，完成動態功率因數補償的一種附屬組件，它能根據動態無功功率補償裝置所發出的控制信息完成相關的投切動作。
以上簡述了系統組成及部分作用，其中，前端電量采集控制器是為今后推廣應用遠程電量管理而設置的，可根據實際情況決定取舍。
4 結論
通過以上闡述，不難看出在原有的無功功率補償產品的基礎上，配置數據采集、傳輸、控制系統，能使整個輸電網有效地聯調，并得到很好的無功功率補償效果。
參考文獻
[1] 諸俊偉。電力系統分析[M] 。北京：水利電力出版社，1995。
第9篇：動態無功補償范文
【關鍵詞】智能電網；動態無功補償；諧波治理
1.引言
電壓和諧波是電能質量的重要指標。電壓水平直接反映為無功的平衡程度。機械式投切電容器和電抗器為代表的第一代靜態無功補償裝置以及同步調相機為代表的第一代動態無功補償裝置，具有結構簡單、經濟方便的優點，在國內外獲得廣泛應用。由于機械開關響應速度（10-30s）無法跟蹤負荷無功電流的快速變化，且易引起沖擊涌流和操作過電壓，70年代晶閘管等電力電子器件取代機械開關，誕生了第二代無功補償裝置，代表設備有晶閘管投切電容器TSC、晶閘管控制電抗器TCR和磁控電抗器MCR。第二代裝置在調節響應速度上大大提升，但仍屬于阻抗型裝置，補償性能受制于系統參數，且TCR/MCR本身就是諧波源，易產生諧波振蕩放大等嚴重問題。70年代末，通過大功率電力電子器件高頻開關實現無功能量變換的第三代無功補償裝置—自換相技術靜止無功補償裝置（Static Var Generator，SVG）誕生，實現了無功補償功能的飛躍。
智能電網（Smart Grids）是應用智能傳感和測量技術、設備技術、控制方法及決策支持系統技術，以實現電網可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全為目標的電網智能化，其主要特征包括自愈、激勵用戶、抵御災害、滿足用戶高電能質量需求、容許各種不同發電形式的接入、資產的優化高效運行等。無功補償和諧波問題在智能電網環境下面臨了新挑戰：1）電力電子器件和智能組件大量應用，使得無功補償和諧波問題更加復雜；2）電力負荷對電壓和諧波指標提出了更高要求；3）智能電網特性要求無功補償和諧波治理設備更智能、更快速響應、更高效。因此，研究智能電網環境下典型行業的動態無功補償與諧波治理具有重要現實意義。
本文選取了智能電網最具代表性的風力發電、電動汽車和軌道交通3個行業領域，對其發電或負荷特征、需求分析、經濟技術分析3個內容進行了詳細討論。分析結果表明，SVG型無功補償裝置和APF型諧波裝置在綜合性能和經濟性上的平衡優勢，是建設智能電網的關鍵組件。
2.風力發電
2.1 發電特征
風速、風向的不確定性以及風電機組的運行特性（風電機組類型復雜多樣，其中感應異步電機型風電機組數量眾多），使得風電機組輸出功率是隨機波動的，導致并網功率因數不合格、電壓波動和穩定性差等問題，嚴重時可導致節點電壓暫降。輔助組件大量采用電力電子器件，產生大量諧波電流。
2.2 智能電網環境下的需求分析
風力發電是世界各國智能電網戰略的重要內容之一。智能電網環境將極大促進各類型、各規模風電場快速發展（發電容量比重超過10%），因此目前風力發電的低效、脆弱和低可靠性問題必須得以解決，使得：
1）滿足風電場接入系統的穩定性要求，補償傳輸線路、升壓變壓器和風電機組無功損耗，保持功率因數在0.95以上；
2）減少系統電壓的波動對風機的影響，減少切機次數；
3）使風電場具有較好的低電壓穿越能力；
4）配套裝置成熟高效、維護簡單、成本適中。
2.3 經濟技術分析
可供風電場選擇的無功補償裝置主要有以下幾類：①分組電容器；②串聯電抗器；③TCR型或MCR型可調式電容器組（SVC）；④SVG；⑤SVG+FC（補償電容器組）5種類型。此5種類型無功補償裝置的經濟技術分析對比如表1所示。在目前工程實際中，通常取方案②或取經濟技術指標折中的方案⑤，進而根據需要合理設計補償裝置容量：
1）對于接入節點為電網關鍵節點的風電場或大型風電場，須以潮流計算為依據，并充分考慮系統現有補償能力和風機無功調節能力，以確定無功補償容量，目前我國西北風電基地常用的補償方案為SVC+FC，SVC單獨運行。
2）對于中小型風電場，考慮到其對電網影響相對較小，可按以下原則設計：對于恒速恒頻風電機，補償容量可按風電場裝機容量的50%-60%設計；對于變速恒頻風電機，補償容量可按風電場裝機容量的30%-40%設計；對于直驅同步風電機，補償容量可按風電場裝機容量的20%-30%設計；補償方案通常選較經濟的MCR型SVC。
3.電動汽車
3.1 負荷特征
主要負荷為電動汽車充電機和充電站系統。其負荷特征主要有：
1）電動汽車充電機和充電站系統為非線性負載，充電過程中將給電網注入較大諧波電流，諧波次數主要為次，1，2，3，…，即5次、7次、11次、13次等奇次諧波，次數越高，諧波幅值越小。
2）諧波與基波關系不固定，負載越輕，則諧波越大，基波越小；濾波電感越大，則諧波越小，基波越大。
3）大規模保有量的電動汽車實際充電行為是隨機的，導致電力系統多個變電站負載率隨機波動，常規無功補償難以應對。
3.2 智能電網環境下的需求分析
目前常用電動汽車充電設備主要有以下兩類：
1）不控整流設備+DC/DC變換器。優點是體積小、直流側電壓紋波小、動態響應快、高頻隔離，缺點是變換效率低、電網側電流總畸變率大（在30%左右），5次、7次、11次和13次等奇次諧波超出國標要求。
2）PWM整流設備+DC/DC變換器。優點是體積小、輸出紋波低、動態性能好、功率因數高、變換效率高、電網側電流總畸變率低，不需要配置的諧波治理裝置，但由于目前價格昂貴，應用較少。
電動汽車是世界各國智能電網戰略的重要內容之一。電動汽車與智能電網相互影響、共同推動。智能電網環境極大促進電動汽車以及各規模充電機（站）快速發展（我國規劃目標是2020年電動汽車保有量達到500萬輛以上）；電動汽車充放電特性可有效平抑電網負荷峰谷波動、接納間歇性能源以及提高電網利用效率。因此目前電動汽車充電的低效、低可靠性、對電網電能質量影響大、造價昂貴等問題必須得以解決。
3.3 經濟技術分析
可供電動汽車充電機（站）選擇的諧波防治裝置主要有以下幾類：①無源濾波器；②有源濾波器（APF）；③無源+有源混合性濾波器3種類型。此3種類型諧波防治裝置的經濟技術分析對比如表2所示。
在目前工程實際中，基于經濟技術性能的綜合考慮，通常取方案②或取經濟技術指標折中的方案③，進而根據需要合理設計補償裝置容量，其容量設計公式為：
（式2-1）
式中：為可靠系數，取1.05-1.20；為充電機充電效率；為充電機在交流電源輸入端產生的諧波電流含有率；為單臺充電機功率。
對于充電容量較大的充電站，還需考慮電力系統周邊電容性補償容量引發5次、7次諧振的可能，在規劃工作中需做進一步做測試分析，必要時需考慮對電容性補償容量進行改造（改為4.5%或6%電抗率）。
4.軌道交通
4.1 負荷特征
主要負荷為軌道交通的牽引和輔助供電系統。其負荷特征主要有：
1）行車頻率的不連續性引起牽引負載率變化大，主變無功損耗和負荷電流變化大，因此，主變所需補償容量變化范圍大，需采用可靠的動態無功補償裝置。
2）在負載率較輕時（行車間隙），無功功率過剩，功率因數低；在負載率較重時（行車期），無功功率不足，功率因數同樣低。
3）列車在行車過程中加速、制動、乘客人數、坡度、操作等因素亦使得牽引負荷隨機波動。
4）軌道交通普遍存在多條線路由同一變電站供電的現象，受各條線路規劃先后影響，供電網絡規模和供電線路長度逐年增長，供電網絡充電功率變化導致無功補償需求變化。
5）城市軌道交通供電系統通常采用環網方式，且運行方式復雜，對無功補償要求高。
4.2 智能電網環境下的需求分析
軌道交通是電動汽車在有軌公共交通領域的延伸，在歐洲、美國和我國有著重要戰略地位。近年來，我國城市軌道交通迅猛發展，截止2012年，城市軌道線路五十余條，運營里程約1600公里，預計到2015年全國22個城市擁有79條城市軌道線路，運營里程2259.84公里。因此軌道交通的高速發展、高速大牽引力機車對電網的影響、合理控制造價等問題必須得以解決，使得：
1）經濟且合理地補償軌道交通的牽引和輔助供電系統的無功需求；
2）不對接入的城市電網產生諧波污染；
3）運行損耗小，節能降耗效果顯著；
4）占地、電磁干擾等滿足城市設施建設指標。
4.3 經濟技術分析
可供軌道交通選擇的無功補償裝置主要有以下幾類：①分組電容器；②TCR型或MCR型SVC；③SVG；④SVG+FC；⑤有源電力濾波器（APF）5種類型，類型①-④的經濟技術分析詳見表1-1，類型⑤是一種特殊的SVG，經濟技術性能可參考③。
在目前城市軌道交通工程實際中，由于SVG占地面積小、布置和擴展靈活、無需配套加裝濾波設備的優點，使得采用SVG設備的方案在施工建設總投資費用上要優于采用SVC設備方案。
此外，SVG具有不產生諧波；運行損耗小；運行噪聲低；電磁干擾小；具有快速電壓支撐能力，可以充分提高牽引供電能力、提高牽引變壓器等設備的利用率等突出優點，因此，不同于風力發電領域補償方案選擇的多樣化，采用SVG設備的方案是城市軌道交通領域的最優選擇。
5.結論
本文選取了智能電網最具代表性的風力發電、電動汽車、軌道交通3個行業領域，對其發電或負荷特征、需求分析、經濟技術分析3個內容進行了詳細討論。分析結果表明，非線性、隨機型負荷大量涌現是智能電網重要特征，現有傳統無功補償裝置和諧波治理裝置難以應對，SVG型無功補償裝置和APF型諧波治理裝置在響應速度、可靠性等綜合性能以及土地和空間占用、損耗、運行維護費用等經濟性指標上的具有更好的平衡優勢，可作為智能電網建設的關鍵組件。
本文目前僅就典型行業動態無功補償和諧波治理中的負荷特征、需求分析、經濟技術分析等問題進行了綜述。事實上，在行業規模（如不同規模風電場的差異、電動汽車充電站規模差異）、設計差異（如周邊電容性補償容量對電動汽車充電站諧波治理裝置容量設計的影響、城市空間對軌道交通補償設備土地和空間的限制）、需求差異（如電動汽車分散式充電樁和集中式充電站）等問題上，動態無功補償和諧波治理的規劃設計工作存在差別，其研究對于工程實際具有重大價值，本文因篇幅問題留作后續詳細討論分析。
參考文獻
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