無功補償技術(shù)論文匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇無功補償技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2電力無功補償的關(guān)鍵技術(shù)

在電氣自動化工程中，電力無功補償?shù)碾娏ω?fù)荷功率因數(shù)是重要的技術(shù)指標(biāo)。在電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)越大越好，功率因素越大，無功功率的傳輸就會大大減少，從而減少有功功率的損耗。因此，在電氣自動化工程中，應(yīng)該適當(dāng)提高電力負(fù)荷的功率因數(shù)，有效改善電壓質(zhì)量。另外，并聯(lián)電容器補償無功功率也是電力無功補償?shù)闹匾P(guān)鍵技術(shù)。用電容器的無功補償能夠有效降低電網(wǎng)線損，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電壓。其中，在電容器投入和切除的過程中，無功補償電壓會發(fā)生變化。

3具體應(yīng)用

3.1設(shè)計真空斷路器

在電氣自動化中，利用無功補償設(shè)計能夠有效節(jié)約成本，被廣泛應(yīng)用于實際工作中。借助于無功補償技術(shù)，將固定濾波器與合閘管調(diào)節(jié)電抗器有機結(jié)合起來，從而形成新的無功補償裝置。在實際使用過程中，有效保證了濾波器的電流平衡，最大限度地滿足電氣自動化系統(tǒng)的功率因數(shù)需求，在短時間內(nèi)實現(xiàn)對系統(tǒng)的無功補償，從而在降低能耗方面發(fā)揮重要的作用。

3.2對用電客戶進(jìn)行無功補償

在對用電客戶進(jìn)行無功補償?shù)倪^程中，主要的實現(xiàn)途徑有2種：①利用無功補償使用戶的實際電力功率因數(shù)與國家預(yù)期的電力功率因素相符，逐漸增多電費補償，增強群眾的節(jié)能意識，對用戶實現(xiàn)無功補償；②將無功補償技術(shù)應(yīng)用于用戶內(nèi)部配網(wǎng)中，有效降低無功消耗，減輕能源壓力。通過這2種途徑可以有效降低能耗，減輕用戶的經(jīng)濟(jì)壓力。

3.3對回路電流進(jìn)行無功補償

在對電流回路進(jìn)行無功補償?shù)墓こ讨校饕侄问墙柚潭V波器來實現(xiàn)。借助固定濾波器調(diào)節(jié)飽和電感器，改變其內(nèi)部的磁能飽和程度，從而改變感性電流，最終實現(xiàn)對回路電流進(jìn)行無功補償?shù)男ЧＴ谶@個過程中，回路中的感性電流與固定濾波器中的多余電容性相互抵消，從而保證了電流的平衡性。然后，用串聯(lián)的方法將濾波器和電抗器連接在一起，實現(xiàn)兩者的電壓串聯(lián)，調(diào)節(jié)降壓按鈕就可以實現(xiàn)對電壓的調(diào)控，降低電網(wǎng)中的電壓，最終實現(xiàn)無功補償?shù)男Ч?/p>

3.4應(yīng)用實例——以某變電站為例

在實際生活中，該變電站是一個供電中心，承擔(dān)著整個區(qū)域的供電任務(wù)。由于區(qū)域內(nèi)用戶的需求不同，所以，其供電的電壓等級也分為好多不同的類型。在配電過程中，按照“分級補償、就地平衡”的原則，在配電過程中普遍采用了無功補償技術(shù)，平衡了配電線路和電力用戶的無功功率，使變電站無需再單獨承擔(dān)無功電力。在該變電站的配電過程中，容性無功補償裝置得到了廣泛的應(yīng)用，在該區(qū)域的電力配網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，極大地降低了電力輸送過程中的能量損耗，并且對負(fù)荷兩側(cè)的無功補償也起到了兼顧的作用。在使用過程中，容性無功補償裝置的相關(guān)性質(zhì)是根據(jù)主變壓器容量來確定的，一般確定為主變壓器容量的10%～30%.在變電站的實際操作過程中，如果主變壓器的最大負(fù)荷為35～110kV，則必須保證高壓側(cè)功率因數(shù)要大于0.95.如果主變壓器的單臺容量大于40MVA，則應(yīng)該為每臺主變壓器配置2組以上的容性無功補償裝置，以確保無功補償技術(shù)能夠正常運轉(zhuǎn)，保證技術(shù)的使用效果，實現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。在該變電站的實踐過程中，應(yīng)該以自身的無功損耗補償為主。為了確定最佳的補償容量，在實踐中應(yīng)該遵循以下3個原則：①保證無功補償技術(shù)的主要應(yīng)用場所是主變壓器的無功損耗，空載狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)下的無功損耗都包含于其中；②如果主變壓器長期處于輕負(fù)荷狀態(tài)，則補償容量可以直接選取最小值補償；③對于負(fù)荷重的主變壓器，應(yīng)該先提高電壓幅度，根據(jù)電壓幅度的具體狀態(tài)選擇補償容量。

篇（2）

 

0.前言

隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)中的諧波污染也日益嚴(yán)重。另外,許多電力電子裝置的功率因數(shù)很低,給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量。可見消除諧波污染并提高功率因數(shù),已成為電力電子技術(shù)中的一個重要的研究領(lǐng)域。解決電力電子裝置的諧波污染和低功率因數(shù)問題的基本思路有兩條: (1)裝設(shè)補償裝置,以補償其諧波和無功功率; (2)對電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn),使其不產(chǎn)生諧波,且不消耗無功功率,或根據(jù)需要對其功率因數(shù)進(jìn)行控制。

1.無功與諧波自動補償裝置的原理

1.1有源電力濾波器的原理

電力濾波器主要包括有源濾波器和無源濾波器,或兩者的混合,即混合濾波器。

有源電力濾波器(APF)根據(jù)其與補償對象連接的方式不同,分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種,而并聯(lián)型濾波器在實際中應(yīng)用較廣。下面以并聯(lián)型有源濾波器為例,介紹其工作原理。論文參考。HPF(High Pass Filter)是由無源元件RLC組成的高通濾波器,其主要作用是濾除逆變器高頻開關(guān)動作和非線性負(fù)載所產(chǎn)生的高頻分量;負(fù)載為諧波源,它產(chǎn)生諧波并消耗無功功率。有源電力濾波器主要由兩部分組成,即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路(PWM信號發(fā)生電路、驅(qū)動電路和逆變主電路)。指令電流運算電路的作用是檢測出被補償對象中的諧波和無功電流分量,補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流發(fā)出補償電流的指令信號,控制逆變主電路發(fā)出補償電流。

作為主電路的PWM變流器,在產(chǎn)生補償電流時,主要作為逆變器工作。為了維持直流側(cè)電壓基本恒定,需要從電網(wǎng)吸收有功電流,對直流側(cè)電容充電時,此時作為整流器工作。它既可以工作在逆變狀態(tài),又可以工作在整流狀態(tài),而這兩種狀態(tài)無法嚴(yán)格區(qū)分。

有源濾波器的基本工作原理是:通過電壓和電流傳感器檢測補償對象(非線性負(fù)載)的電壓和電流信號,然后經(jīng)指令電流運算單元計算出補償電流的指令信號,再經(jīng)PWM控制信號單元將其轉(zhuǎn)換為PWM指令,控制逆變器輸出與負(fù)載中所產(chǎn)生的諧波或無功電流大小相等、相位相反的補償電流,最終得到期望的電源電流。

1.2無功與諧波自動補償裝置的原理

為適應(yīng)濾波器要求容量大這一特點,我們采用了有源電力濾波器與無源LC濾波器并聯(lián)使用的方式。其基本思想是利用LC濾波器來分擔(dān)有源電力濾波器的部分補償任務(wù)。由于LC濾波器與有源電力濾波器相比,其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)且成本低,而有源電力濾波器的優(yōu)點是補償性能好。兩者結(jié)合同時使用,既可克服有源電力濾波器成本高的缺點,又可使整個系統(tǒng)獲得良好的濾波效果。

在這種方式中,LC濾波器包括多組單調(diào)諧濾波器和高通濾波器,承擔(dān)了補償大部分諧波和無功的任務(wù),而有源濾波器的作用是改善濾波系統(tǒng)的整體性能,所需要的容量與單獨使用方式相比可大幅度降低。

從理論上講,凡使用LC濾波器均存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能,因此在有源電力濾波器與LC濾波器并聯(lián)使用方式中,需對有源電力濾波器進(jìn)行有效控制,以抑制無源濾波器與系統(tǒng)阻抗之間發(fā)生諧振。論文參考。

2.無功與諧波自動補償裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

(1)適用電源電壓等級: 220 V(AC) , 380V(AC)

(2)有源濾波器補償容量: 50kVA(基波無功);150A(最大瞬時補償電流)

(3)可以控制的無源補償網(wǎng)絡(luò)的功率等級: 500kVA。

(4)在無源補償網(wǎng)絡(luò)容量范圍內(nèi),補償后的電源電流:功率因數(shù)高于0. 9,總諧波畸變系數(shù)(THD) <5%,三相負(fù)載電流的不對稱系數(shù)<3%。

(5)可適用的運行環(huán)境:室內(nèi);溫度-20~

55℃;相對濕度<90%。

2.2有源濾波器控制系統(tǒng)的設(shè)計

雙DSP芯片分別采用浮點芯片TMS320VC33和定點芯片TMS320LF2407,以下簡稱為VC33和F2407。對VC33來講,其運算能力很強,主頻最高為75MHz,但片內(nèi)資源和對外I/O端口較少,邏輯處理能力也較弱,主要用于浮點計算和數(shù)據(jù)處理;而F2407正好相反,其片外接口資源豐富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于數(shù)據(jù)采集和過程控制。

中央控制器由F2407實現(xiàn),主要用于①主電路電壓、電流的采集;②四象限變流器的控制;③無源補償控制指令的;④顯示、按鍵控制;⑤與上位機的通訊。兩個DSP芯片通過雙端口RAM完成數(shù)據(jù)交換。通過這兩個DSP芯片的互補結(jié)合,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點,使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳組合。各相無源補償網(wǎng)絡(luò)的控制及電流檢測由各自的控制器完成。各控制器通過光電隔離的RS-485通訊總線與F2407相連。

3.結(jié)論

3.1提出了一種新的電力系統(tǒng)諧波與無功功率的綜合動態(tài)補償方式,對無功與諧波自動補償裝置主電路和控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析。

3.2由于電源系統(tǒng)的諧波對應(yīng)于一個連續(xù)的頻譜,投入有源濾波器可以大大改善濾波性能,并能抑制LC電路與電網(wǎng)之間的諧振。有源濾波器的控制系統(tǒng)采用了基于雙DSP結(jié)構(gòu)的全數(shù)字化控制平臺。論文參考。

3.3在此項目的實踐中,電力系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.9以上,完全符合此項目合同的技術(shù)性能指標(biāo)。同時使供電網(wǎng)的諧波得到了有效抑制。通過儀器檢測5次、7次等諧波電流幾乎為零值。

【參考文獻(xiàn)】

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篇（3）

 

0 引 言

我國電網(wǎng)的建設(shè)和運行中長期存在的一個問題是無功容量不足和配備不合理，特別是可調(diào)節(jié)的無功容量不足，快速響應(yīng)的無功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。論文格式。隨著全控型電力電子器件GTO，IGBT的發(fā)展，一種新型的無功補償裝置―靜止無功發(fā)生(STATCOM)器發(fā)展起來。1976年，美國學(xué)者L Gyugyi在其論文中提出了用電力半導(dǎo)體變流器進(jìn)行無功補償?shù)母鞣N方案。它的原理和控制方法與SVC有很大不同。論文格式。它是將自換相橋式電路通過電阻和電抗器(包括變壓器的漏抗與電路中其他電抗)，或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，根據(jù)輸入系統(tǒng)的無功功率和有功功率的指令，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

上世紀(jì)90年代初，Tokuo Ohnishi提出了一種將瞬時有功功率、無功功率用于PWM變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)中的控制策略，隨后ToshihikoNoguchi等學(xué)者進(jìn)行了研究并取得了進(jìn)展[1]。由于電壓型STATCOM直接功率控制(DPC)系統(tǒng)具有更高的功率因數(shù)、低的THD、算法及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，得到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。本文通過Simulink環(huán)境下的仿真模型進(jìn)行了靜態(tài)補償效果和動態(tài)響應(yīng)效果仿真，證明了這種控制策略的可行性。

1 電壓定向直接功率控制

現(xiàn)行的國外直接功率控制策略一般分為基于電壓定向控制(VOC)的DPC控制[2][3][4]與基于虛擬磁鏈定向控制(VF)的DPC，本文所討論的是VO-DPC。

VO-DPC系統(tǒng)采用電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)。電壓外環(huán)起到快速跟蹤給定電壓的作用。瞬時功率根據(jù)檢測到的電壓ua，ub，uc和電流ia，ib，ic進(jìn)行計算，得到瞬時有功和無功功率的估算值p、q及三相電壓ua，ub，uc在靜止αβ坐標(biāo)中的uα，uβ。p、q與有功功率的給定值pref、無功功率的給定值qref比較后送入功率滯環(huán)比較器，輸出反映估算功率偏離給定功率的開關(guān)信號Sp，Sq，由電壓外環(huán)設(shè)定，qref設(shè)定為0，實現(xiàn)單位功率因數(shù)。uα，，uβ送入扇形選擇器，輸出為電源電壓矢量所處扇區(qū)的信號θn。根據(jù)，Sp，Sq，θn在開關(guān)表中選擇所需的Sa，Sb，Sc，去驅(qū)動主電路。

為實現(xiàn)對功率的實時控制和調(diào)節(jié)，不能采用常規(guī)的平均功率計算法，應(yīng)采用瞬時功率計算。三相電壓型STATCOM瞬時功率按式(1)計算。

（1）

瞬時功率檢測信號與功率給定值送入定環(huán)寬的滯環(huán)比較單元，輸出相應(yīng)的比較狀態(tài)值Sp、Sq。Sp和Sq只有兩種狀態(tài)，即1和0，Sp=1表示期望開關(guān)動作能使瞬時有功功率p增加，Sp=0表示期望開關(guān)動作能使p減小。Sq=1表示期望開關(guān)動作能使瞬時無功功率q增加，Sq=0表示期望能使q減少。把得到的Sp、Sq與扇區(qū)選擇信號θn一起送

圖1 三相VSR DPC系統(tǒng)框圖

入開關(guān)表，進(jìn)而確定DPC系統(tǒng)所需的開關(guān)狀態(tài)，即Sa、Sb、Sc的取值。Sp、Sq按下列規(guī)則確定[5]

（2）

(3)

式中Hp、Hq為有功和無功功率滯環(huán)比較器的環(huán)寬。由于采用了滯環(huán)控制，因此造成了VSR開關(guān)頻率不固定，本文按給定值的5%選取，Hp、Hq決定了功率控制精度，亦決定了STATCOM的開關(guān)頻率。

1）電壓空間矢量扇區(qū)劃分

為實現(xiàn)三相VSR電壓空間矢量位置的選擇，需將三相電壓ua，ub，uc變換成uα，uβ，由uα，uβ確定電源電壓矢量u的幅角θ，θ=arctan(uβ/uα)，根據(jù)θ確定u的位置。將電壓空間矢量劃分為12個扇區(qū)，如圖2所示。θn由式(4)確定。例如θ=arctan(uβ/uα)=-30°-0°，說明電壓空間矢量u在θ1扇區(qū)內(nèi)。

(4)

圖2 DPC系統(tǒng)電壓空間矢量劃分

2）開關(guān)表實現(xiàn)[6][7]

表1 直接功率控制開關(guān)表

Sa、Sb、Sc的取值決定于所需的ur，ur為離散值U1U2…U7其值由Sa、Sb、Sc及Udc決定，其模值為：

(5)對STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用KVL，得：

(6)

若忽略交流側(cè)電阻，可得電壓矢量方程為：

(7)

進(jìn)而可得：

(8)

2 STATCOM的仿真分析

2.1靜態(tài)補償效果輸入交流電壓有效值：ea=eb=ec=220V，系統(tǒng)的負(fù)載為阻感負(fù)載，電阻R=8歐，電感L=22mH，STATCOM的交流側(cè)輸入電感L=4mH，直流側(cè)電壓為800V，直流側(cè)電容C=1100uF。論文格式。仿真波形如下：

(a)補償前的電網(wǎng)電壓電流 (b)補償后的電網(wǎng)電壓電流

圖3 補償前后的電網(wǎng)電壓電流

(a)直流側(cè)電壓和補償后的(b)直流側(cè)電壓的放大波形

圖4直流側(cè)電壓和補償后的電網(wǎng)電壓電流和直流側(cè)電壓的放大波形

圖3為補償前后的電網(wǎng)電壓電流。圖4為直流側(cè)電壓的情況，可看出直接側(cè)電壓超調(diào)很小且調(diào)節(jié)時間很短，這對于STATCOM的補償效果是關(guān)鍵的。

2.2動態(tài)響應(yīng)效果仿真參數(shù)同上，但在0.08s-0.16s系統(tǒng)的負(fù)載變?yōu)殡娮鑂=8歐，電感L=44mH。以此來觀察在負(fù)載突增突減時控制系統(tǒng)的響應(yīng)情況。仿真波形如下：

(a)補償前的電網(wǎng)電壓電流(b)補償后的電網(wǎng)電壓電流

圖5 補償前后的電網(wǎng)電壓電流

(a)直流側(cè)電壓(b)直流側(cè)電壓的放大波形

圖6直流側(cè)電壓

(a) 有功功率的跟蹤效果(b) 無功功率的跟蹤效果

圖7 有功功率和無功功率的跟蹤效果

圖5為補償前后的電網(wǎng)電壓電流，說明直接功率控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)效果很好。圖6顯示為直流側(cè)電壓的情況，圖6(b)可以看出負(fù)載的突變基本對于直流側(cè)電壓沒有影響。圖7所示的為有功功率和無功功率的跟蹤效果，負(fù)載突變時有功和無功功率的給定也會發(fā)生突變，但跟蹤效果并未受影響。

仿真從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度對系統(tǒng)的補償性能和魯棒性進(jìn)行了驗證，仿真中的無功補償效果及功率環(huán)的跟蹤效果說明系統(tǒng)具有良好的控制性能。

3 總結(jié)

本文通過對VO-DPC系統(tǒng)動靜態(tài)的仿真，驗證了系統(tǒng)良好的動態(tài)性能，另外由于功率環(huán)只對瞬時有功和無功功率的標(biāo)量位進(jìn)行動態(tài)比較，具有高功率因數(shù)，低諧波等優(yōu)點。因此，直接功率控制是STATCOM較為完善的控制策略，值得進(jìn)一步研究。

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篇（4）

關(guān)鍵詞： 無功補償；FPGA；改進(jìn)九區(qū)圖

Key words： reactive power compensation；FPGA；improved nine area chart

中圖分類號：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）29-0045-02

0 引言

當(dāng)前，煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)中仍然占有很大比重，所以煤炭資源的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)系極其重要。煤炭資源的開發(fā)和生產(chǎn)過程中所用到的大型設(shè)備如主、副井提升機、采煤機等都是以電能作為其動力能源的設(shè)備，因此一定要保證煤炭部門的正常用電。煤炭工業(yè)屬于一級電力用戶，但因地域環(huán)境等因素，不少煤礦距離大電網(wǎng)較遠(yuǎn)，使得用電電壓較低，功率因數(shù)低于正常水平，無功功率不足，且廣泛存在著三相異步電動機等大量的感性負(fù)荷，消耗大量無功，使得功率因數(shù)進(jìn)一步降低，致使用電設(shè)備無法正常工作或損壞。

1 井下無功補償設(shè)備與補償方式

井下的無功補償設(shè)備一般有以下幾種靜止電容器、靜止補償器與靜止無功發(fā)生器等，常用的補償方式有就地?zé)o功補償、分散無功補償和集中無功補償?shù)龋@幾種補償設(shè)備和補償方式各有各的優(yōu)缺點，使用時根據(jù)井下電力系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行選擇。并聯(lián)電容器無功補償技術(shù)是提高功率因數(shù)最直接、最經(jīng)濟(jì)的方式，且一般采用就地補償?shù)难a償方式，通過控制系統(tǒng)自動投切電容器，無功補償?shù)木嚯x最短，減少無功在電力線路上的傳輸，節(jié)約電能。

2 無功補償?shù)幕驹?/p>

電力系統(tǒng)中的感性負(fù)荷需要消耗系統(tǒng)無功功率，使得系統(tǒng)無功減少，相應(yīng)的功率因數(shù)降低，電壓水平下降，而電容器等可產(chǎn)生無功功率的設(shè)備可以并聯(lián)在感性負(fù)荷處，產(chǎn)生容性無功功率，以補償感性設(shè)備消耗的無功，使功率因數(shù)增大，電壓水平上升，起到補償目的。

若系統(tǒng)的有功功率為P，我們假設(shè)有功功率P一定的情況下，感性負(fù)荷需要的無功功率為Q。沒有進(jìn)行補償時系統(tǒng)無功功率為Q1，功率因數(shù)角為θ1，在此處進(jìn)行無功補償，補償容量為Q2，則相應(yīng)的功率因數(shù)角增大為θ2，功率因數(shù)值也相應(yīng)增大，而復(fù)功率的有效值卻減少了，提高了送電量，減少了無功在電力線路上的傳播，節(jié)約了電能。另外，當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，產(chǎn)生的直接后果就是線路的電壓過低，導(dǎo)致線路的電壓損耗增大。

圖2中系統(tǒng)的無功需求為QS，由電源提供的無功為QN，無功功率平衡后所決定的電壓水平為正常電壓水平UN，但當(dāng)系統(tǒng)電源所提供的無功功率較少（圖2中為QM）時，無功功率經(jīng)過一定的條件也能達(dá)到平衡，但此時所決定的電壓水平就會低于正常水平為U，使得一些設(shè)備因電壓過低而被迫停機，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無功不足時需要及時進(jìn)行合理的補償，才可以有效避免這類情況的發(fā)生。

3 實現(xiàn)方法

在計算無功功率時需要對其進(jìn)行快速傅里葉變換的復(fù)化計算，用以得到近乎瞬時的無功功率值，然后通過FPGA的相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)對并聯(lián)電容器組地投切，起到補償或減少無功的目的。系統(tǒng)電網(wǎng)中某次諧波的無功功率的計算式Qk=■（WukNik-NukWik）（1）

上式中的 Wuk、Nik、Nuk、Wik分別對應(yīng)該次諧波下電壓和電流信號的傅立葉變換系數(shù)。經(jīng)FFT運算即可得到無功功率的表達(dá)式為

Qk=■{H2（k）+L2（S-k）-L2（k）-H2（S-k）}（2）

其中H、L為復(fù)數(shù)的實部和虛部兩個數(shù)組，進(jìn)行FFT時相應(yīng)的蝶形運算的因子為D′s=cos？茲-jsin？茲 ？茲=■r

計算得到無功功率值后需要進(jìn)行相應(yīng)的控制策略分析，得到并聯(lián)電容器的動作方式。控制策略一般選取無功功率補償常用到的九區(qū)圖控制策略，但因其本身存在著振蕩及裝置頻繁動作的缺陷，所以需對九區(qū)圖進(jìn)行一些優(yōu)化。

即在原有九個區(qū)域的基礎(chǔ)上，把其中2、4、6、8四個區(qū)域又各自分成兩個小區(qū)域，其中ΔQ為分接頭調(diào)節(jié)一檔引起的無功最大變化量，ΔU為為投切一組電容器組引起的電壓最大變化量。這樣進(jìn)行改進(jìn)之后使得無功功率的判斷更為準(zhǔn)確，不會在邊界線上來回振蕩，造成并聯(lián)電容器的頻繁投切。在使用FPGA完成對電容器的投切控制操作時需要在軟件中設(shè)置采集電壓電流信號的硬件接口和控制并聯(lián)電容器投切的硬件接口而且需要對軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，減少延時，以保證準(zhǔn)確快速地實現(xiàn)無功功率的補償。

4 結(jié)束語

對煤礦電網(wǎng)無功功率進(jìn)行補償，文中用FPGA實現(xiàn)對無功功率的實時動態(tài)補償，且采用改進(jìn)九區(qū)圖進(jìn)行補償?shù)目刂撇呗栽O(shè)置，避免了設(shè)備的誤動作與振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。改善了電網(wǎng)電壓水平，提高了功率因數(shù)，極大地改善了煤礦電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，具有很好的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧軍曉，王富元.煤礦井下電力系統(tǒng)諧波與無功功率綜合補償?shù)难芯縖J].裝備制造技術(shù)，2010（8）.

篇（5）

無功補償是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補償設(shè)備的配

置，應(yīng)按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?/p>

隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機，同時投切。

隨器補償：隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

跟蹤補償：跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

二、無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負(fù)荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

（一）單負(fù)荷就地補償容量的選擇的幾種方法

1．美國：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )

若電動機帶額定負(fù)載運行，即負(fù)載率β=1，則：Qo

根據(jù)電機學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機以較高的負(fù)載率運行方式下，此式來選取是合理的。

4．按電動機額定數(shù)據(jù)計算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K為與電動機極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)

極數(shù)：2468 10

K值： 0.70.750.80.850.9

考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（4）選取的補償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補償，而且功率因數(shù)可以補償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負(fù)載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負(fù)載運行狀態(tài)下，其補償效果較差。

（二）多負(fù)荷補償容量的選擇

多負(fù)荷補償容量的選擇是根據(jù)補償前后的功率因數(shù)來確定。

1．對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

2．對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。

三、無功補償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。

（一）節(jié)省企業(yè)電費開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

（二）降低系統(tǒng)的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%= (1-I2/I1)×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2~4）R，U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。

（四）三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

S=P/ COSφ1×[（ COSφ2/ COSφ1）-1]

如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數(shù)為0.857，補償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

四、結(jié)束語

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補償容量的選擇方法以及無功補償后的良性影響。在實際設(shè)計中，要具體問題具體分析，使無功補償應(yīng)用獲得最大的效益。

篇（6）

無功補償是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補償設(shè)備的配

置，應(yīng)按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?/p>

隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機，同時投切。

隨器補償：隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

跟蹤補償：跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

二、無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負(fù)荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

（一）單負(fù)荷就地補償容量的選擇的幾種方法

1．美國：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)

若電動機帶額定負(fù)載運行，即負(fù)載率β=1,則：Qo根據(jù)電機學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機以較高的負(fù)載率運行方式下，此式來選取是合理的。

4．按電動機額定數(shù)據(jù)計算：

Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動機極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)

極數(shù)：246810

K值：0.70.750.80.850.9

考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（4）選取的補償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補償，而且功率因數(shù)可以補償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負(fù)載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負(fù)載運行狀態(tài)下，其補償效果較差。

（二）多負(fù)荷補償容量的選擇

多負(fù)荷補償容量的選擇是根據(jù)補償前后的功率因數(shù)來確定。

1．對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2=Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

2．對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。三、無功補償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。

（一）節(jié)省企業(yè)電費開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

（二）降低系統(tǒng)的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P=IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%=(1-I2/I1)×100%=（1-COSφ1/COSφ2）×100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)兩部分損失：PR/Ue輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2~4）R，U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=（5~10）RQX/Ue=(5~10)PR/Ue變壓器U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。

（四）三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]

如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數(shù)為0.857，補償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）-1]=24KVA

四、結(jié)束語

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補償容量的選擇方法以及無功補償后的良性影響。在實際設(shè)計中，要具體問題具體分析，使無功補償應(yīng)用獲得最大的效益。

篇（7）

1、前言

總體來說，電力系統(tǒng)有效和可靠的運行，電壓和無功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo)：

1.1系統(tǒng)中有所有裝置的在端電壓應(yīng)在可接受的限制內(nèi)。

1.2為保證最大限度利用輸電系統(tǒng)，應(yīng)加強系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3應(yīng)使無功功率傳輸最小，以使得RI2和XI2損耗減小到最小。

當(dāng)負(fù)荷變化時，輸電系統(tǒng)的無功功率的要求也要變化。由于無功功率不能長距離傳輸，電壓只能通過遍布整個系統(tǒng)的具體裝置來進(jìn)行有效控制。

2、無功功率的產(chǎn)生和吸收

同步發(fā)電機可以產(chǎn)生或吸收無功功率，這取決于其勵磁情況。當(dāng)過勵時產(chǎn)生無功功率，當(dāng)欠勵時吸收無功功率。

架空線路產(chǎn)生或吸收無功功率取決于負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷低于自然負(fù)荷（波阻抗），線路產(chǎn)生純無功功率；當(dāng)高于自然負(fù)荷時，線路吸收無功功率。

地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負(fù)荷。它們通常工作在低于自然負(fù)荷情形下，因此在所有運行條件下總發(fā)生無功功率。

變壓器不管其負(fù)載如何，總是吸收無功功率。空載時，起主要作用的是并聯(lián)激勵電抗；滿載時，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。

負(fù)荷通常吸收無功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷特性是吸收無功功率的，復(fù)合負(fù)荷的有功功率和無功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟(jì)，對于工業(yè)用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計費，這就鼓勵企業(yè)通過使用并聯(lián)電容器來提高負(fù)荷功率因數(shù)。

3、無功功率的補償

3.1無功功率不足的危害：交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機，變壓器等設(shè)備就不能運轉(zhuǎn)。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無功功率不足，無功電源和無功負(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來諸如出力不足，電力系統(tǒng)損耗增加，設(shè)備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網(wǎng)大面積停電。

3.2無功補償原理：在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流之后電壓九十度，純電容負(fù)載中電流超前電壓九十度，也就是說純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當(dāng)電源向外供電時，感性負(fù)荷向外釋放的能量由榮幸負(fù)荷儲存起來；當(dāng)感性負(fù)載需要能量時，再由榮幸負(fù)荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負(fù)荷間相互交換，感性負(fù)荷所需要的無功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補償，實現(xiàn)了無功功率就地解決，達(dá)到補償?shù)哪康摹?轉(zhuǎn)貼于

3.3無功補償?shù)娜N形式：

3.3.1集中補償

集中補償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補償方式，安裝簡便，運行可靠，利用率高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時，又無自動控制裝置時，會造成過補償，使運行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強，空載運行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。

3.3.2分散補償

分散補償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個分路的出線上，形成抵押電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補償方式，它能與工廠部分負(fù)荷的變動同時投切，適合負(fù)荷比較分散的補償場合，這種補償方式效果較好，且補償方式靈活，易于控制。

3.3.3個別補償

個別補償是對單臺用電設(shè)備所需無功就近補償?shù)姆椒ǎ央娙萜髦苯咏拥絾闻_用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺開關(guān)控制，同時投運或斷開，俗稱隨機補償。這種補償方法的效果最好，它能實現(xiàn)就地平衡無功電流，又能避免無負(fù)荷時的過補償，是農(nóng)網(wǎng)中隊異步電動機進(jìn)行補償?shù)某Ｓ梅椒ā?/p>

3.4無功補償設(shè)備

根據(jù)補償?shù)男Ч裕娙萜骺梢匝a償負(fù)荷側(cè)的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線路充電功率，改善電網(wǎng)低谷負(fù)荷時的運行電壓，減少發(fā)電機的進(jìn)相運行深度，提高電網(wǎng)運行性能。

3.4.1無源補償設(shè)備裝置

并聯(lián)電抗器，并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開閉式的，無源補償設(shè)備僅用于特性阻抗補償和線路的阻抗補償，如并聯(lián)電抗器用于輸電線路分布電容的補償以防空載長線路末端電壓升高，并聯(lián)電容器用來產(chǎn)生無功以減小線路無功輸送，減小電壓損失；串聯(lián)電容器可用于長線路補償?shù)取ｋ娏ο到y(tǒng)變電站內(nèi)廣泛安裝了無功補償電容器，用來就地?zé)o功平衡，減少線損，提高電壓水平。

3.4.2有源補償裝置

通常為并聯(lián)連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對連接處的微小電壓偏移做出反應(yīng)，準(zhǔn)確地發(fā)出或吸收無功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內(nèi)在固有控制，用同步補償器和可控硅控制的補償器作為外部控制的方式。

4、結(jié)束語

無功補償對提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降損節(jié)能、提高供電設(shè)備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進(jìn)步，加大資金投入，優(yōu)化無功補償配置，實現(xiàn)無功的動態(tài)平衡是完全可能的。

參考文獻(xiàn)：

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【文章摘要】

無功補償具有穩(wěn)定電壓且降低能源消耗的作用，在使用的過程中融入電力電子技術(shù)，更能夠發(fā)揮其自動控制的優(yōu)越性。本論文著重于探究無功補償自動控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】

無功補償；自動控制；電力電子技術(shù)

隨著中國企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大化，對于生產(chǎn)加工和生產(chǎn)提出了更高的質(zhì)量要求，生產(chǎn)設(shè)備的運行效率也要有所提高，以獲得低成本、低能耗、高產(chǎn)出的效果。將電力電子技術(shù)應(yīng)用于無功補償自動控制中，可以對電力控制電路進(jìn)行仿真，以充分地發(fā)揮電力電子技術(shù)在無功補償中的優(yōu)越性，完善無功補償?shù)淖饔谩?/p>

1 電力系統(tǒng)中無功補償裝置的應(yīng)用

1.1 電力系統(tǒng)無功補償?shù)膽?yīng)用效果

電力系統(tǒng)規(guī)模不斷地擴(kuò)大，電力負(fù)荷需求增高。在電網(wǎng)運行中，無功補償起到了提高電網(wǎng)運行功率因素的作用，不僅改善了供電環(huán)境，而且在提高供電效率的同時，降低了變壓器和輸電線路在電力運行中的損耗。在電力系統(tǒng)中安裝無功補償裝置，使電網(wǎng)可以保持平衡運營狀態(tài)，在安全運行中不僅節(jié)能降耗，同時確保了電能質(zhì)量。

1.2 電力系統(tǒng)無功補償應(yīng)用的措施

1.2.1 無功補償電力容器

從設(shè)計的角度而言，無功補償電力容器無論是安裝、運行，還是維護(hù)工作，都是相對簡單的，但是其在使用的過程中， 通常實施的是感性的無功補償，無法做到持續(xù)性的調(diào)節(jié)。此外，電力電容器的負(fù)電效應(yīng)會降低電網(wǎng)電壓，與此同時補償電流也會有所下降，電容器的補償容量下降， 導(dǎo)致補償?shù)臒o功量迅速下降，加之諧波干擾，電力電容器就會出現(xiàn)被燒毀的現(xiàn)象。

1.2.2 無功補償同步調(diào)相機

同步調(diào)相機是同步旋轉(zhuǎn)式的發(fā)電機， 屬于是無功率動態(tài)補償性裝置。其工作原理是通過調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)，有容性的或感性的無功功率發(fā)出。由于同步調(diào)相機運行過程中，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此會有噪音，損耗也相對較高。當(dāng)然，要做好機器的檢修和維護(hù)工作也是很難的。現(xiàn)階段電力系統(tǒng)無功功率變化迅速，而同步調(diào)相機運行速度慢，且難以控制，因此而難以滿足有效調(diào)節(jié)的要求。

1.2.3 靜止無功補償裝置

與電力容器和同步調(diào)相機相比，靜止無功補償裝置摒除了兩者所存在的缺點， 運行過程中噪音小，且運行速度快。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種新型的開關(guān)器件被研制出來，并在靜止無功補償裝置中得以應(yīng)用，獲得了動態(tài)補償效果。但是，從運行成本的角度而言，雖然靜止無功補償裝置降低了裝置維修維護(hù)成本，但是設(shè)備造價高，且還需要加裝濾波電路。

2 無功補償自動控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

在無功補償?shù)膱?zhí)行機構(gòu)中，主要包括機械式接觸器、無觸點晶閘管和電子復(fù)合開關(guān)三種。

2.1 機械式接觸器

無功補償開關(guān)設(shè)備是通過與電容器開關(guān)并聯(lián)實現(xiàn)的自動控制。當(dāng)電流輸入中初始電壓為“零”，根據(jù)接觸，實現(xiàn)合閘時電壓激增。此時所出現(xiàn)的電容器涌流，會嚴(yán)重影響到電容器。設(shè)置機械式接觸器就是為了對電容器組的涌流有效抑制，起到限流電阻的作用，同時還確保不會出現(xiàn)電壓下降和能量損耗。

2.2 無觸點晶閘管

電容器組處于并聯(lián)運行狀態(tài)的時候， 很容易出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，將接觸器觸頭上粘結(jié)盒燒毀。將電力電子技術(shù)應(yīng)用于其中， 研制出無觸點晶閘管，又被稱為“固態(tài)繼電器”。其在運行的過程中，電壓過零時， 即可將可控硅利用起來，發(fā)揮自動控制的作用。當(dāng)電流為“零” ，無觸點晶閘管會自動切斷，避免了由于拉弧出現(xiàn)而在電容器合閘時出現(xiàn)涌流。但是，無觸電晶閘管運行中存在著弊端，即諧波電流產(chǎn)生的時候，影響到電容器的持續(xù)運行。特別是設(shè)備的溫度逐漸提高，即便是有風(fēng)扇排熱， 也很難發(fā)揮效用。

2.3 復(fù)合開關(guān)

針對于無功補償中所出現(xiàn)的涌流現(xiàn)象，復(fù)合開關(guān)可以確保在電流過零的時候，抑制涌流。實現(xiàn)這種效果的原因在于， 其采用的并聯(lián)方式中，有可控硅，且實現(xiàn)交流接觸，使得電流有效導(dǎo)通，對于電力系統(tǒng)的開關(guān)以有效控制，且正常運行情況下并不會有功耗出現(xiàn)。補償電容器投入使用中，根據(jù)使用功能可以選擇兩種復(fù)合開關(guān)，即單相分補和三相共補復(fù)合開關(guān)。提高系統(tǒng)運行效率，且降低運行成本，可以采用單相分補復(fù)合開關(guān)和三相共補復(fù)合開關(guān)綜合接線的方式。

3 電路仿真

電路仿真主要包括兩個方面，即主電路的仿真和控制電路的仿真。主電路仿真以工程仿真為主，使用Matlab 軟件，同時還可以實現(xiàn)強大的數(shù)學(xué)計算功能，有效地進(jìn)行矩陣處理和繪圖處理。工程仿真中， Matlab 軟件可以支持各種工程領(lǐng)域，而且還可以根據(jù)技術(shù)特點而不斷地更新，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的需要而不斷地完善。

從主電路的結(jié)構(gòu)模式上來看，主要包括兩個部件的連接，即晶閘管和交流接觸器的觸頭，其中的晶閘管為反并聯(lián)連接。當(dāng)處于運行狀態(tài)的時候，采用了交流接觸器投切，交流接觸器的觸頭會有電弧產(chǎn)生，根據(jù)波形進(jìn)行判斷，其所做出的反映通過瞬間尖峰進(jìn)行判斷，當(dāng)有電容投入的時候，就會在短時間內(nèi)有超過額定電流八倍的涌流產(chǎn)生。當(dāng)安裝了補償電容器之后，就會在一定程度上減少輸電線路中所流通的電流，使得自動控制設(shè)備的能耗有所降低。在三相電路中，當(dāng)有電流相位有所降低，且電壓值呈現(xiàn)出下降的趨勢的時候，補償效果就會呈現(xiàn)出來，非常顯著。

將電力電子技術(shù)融入到無功補償裝置中，提高自控技術(shù)的功能性，從符合開關(guān)的設(shè)計上就可以體現(xiàn)出來。此時的投切電路容量可以達(dá)到200Kvar，當(dāng)控制電壓為“零”的時候，處于自動控制電路中，可以使得可控硅被觸發(fā)0.2 秒的時候，就會發(fā)生晶閘管接觸器閉合，此時，波形圖并沒有出現(xiàn)波動異常。將電容器取出，從計算機電路進(jìn)行仿真模擬操作，雖然并沒有對于時間做出規(guī)定，卻要求施加晶閘管觸發(fā)脈沖，可以保證換流及時，以使電網(wǎng)在運行的過程中，避免出現(xiàn)過大尖峰現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)在運行的過程中， 沒有適當(dāng)?shù)臒o功補償，就會使電網(wǎng)負(fù)荷有所降低，且有無功潮流出現(xiàn)。通過采取無功補償，可以保證電網(wǎng)運行，且實現(xiàn)節(jié)能降耗。將電力電子技術(shù)應(yīng)用與無功補償自動控制中，成為了優(yōu)化無功補償?shù)挠行Х绞健?/p>

【參考文獻(xiàn)】

[1] 亓效生，蘇將濤，夏坤，王立新. 電力系統(tǒng)無功補償新技術(shù)新方法的研究與探討[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用，2013 （04）.

[2] 楊小娟.110kV 變電站功率因數(shù)分析與無功補償措施 [J]. 科技致富向?qū)В?014（03）.

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1 概述

電力電子技術(shù)的應(yīng)用改善了電力系統(tǒng)的性能，但是也帶來了電網(wǎng)中諧波的污染問題。隨著人們對電力環(huán)境優(yōu)化要求的提高，對諧波進(jìn)行治理的技術(shù)也成為人們研究的熱點。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。

有源電力濾波器是治理諧波的最優(yōu)產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[1]中提出了有源電力濾波的瞬時無功理論，參考文獻(xiàn)[2]分析了有源電力濾波器在非理想條件下電流滯環(huán)控制，參考文獻(xiàn)[3]研究了新型注入式混合有源濾波器的數(shù)學(xué)模型及電流控制方法，文獻(xiàn)[4]分析了并聯(lián)有源濾波器的最優(yōu)電壓滯環(huán)電流控制和有源濾波器滯環(huán)電流控制的矢量方法，對不同電流跟蹤方式APF連接電感選取與設(shè)計進(jìn)行了研究。并且對有源電力濾波器中連接電感的特性分析及優(yōu)化進(jìn)行了分析。但對有源電力濾波器直流側(cè)電容的參數(shù)如何確定涉及的文獻(xiàn)較少。本文根據(jù)瞬時無功理論分析了用于不同補償目的時有源濾波變流器交直流側(cè)能量的流動關(guān)系，給出了變流器的有功損耗和瞬時有功功率交流分量是引起電壓波動的原因，以三相不可控負(fù)載為例給出了電容值選取的具體計算方法。

2 APF工作原理及能量流動分析

有源電力濾波器（APF）的組成分為兩部分。第一部分電路系統(tǒng)是指令運算，第二部分電路系統(tǒng)是補償電流。系統(tǒng)的主要電路包含PWM變流器，緩沖電路，直流側(cè)電容電路，交流側(cè)電感幾部分組合而成。控制系統(tǒng)組成分為三部分。第一部分為指令運算，第二部分為電流跟蹤，第三部分為驅(qū)動電路。APF的主電路是通過6組開關(guān)器件來進(jìn)行控制的，通過這些開關(guān)器件的通斷組合來決定主電路的工作狀態(tài)。

如果忽略各部分的損耗其交流側(cè)的瞬時有功功率將全部傳遞到直流側(cè)。即交直流側(cè)的能量交換主要取決于瞬時有功功率P，從而引起直流電壓波動。假設(shè)電源提供的瞬時有功和瞬時無功功率為pS和qS，濾波器提供的瞬時有功和瞬時無功功率為pA和qA，負(fù)載的瞬時有功和瞬時無功功率為pL和qL。當(dāng)只補諧波時負(fù)載所需的瞬時有功和無功率的交流分量由濾波器提供。此時電源只需提供負(fù)載所需的瞬時有功和無功率的直流流分量，即對應(yīng)電流的基波分量。有源濾波器提供負(fù)載所需的瞬時有功和無功率的交流分量。由于瞬時無功只在交流側(cè)三相之間進(jìn)行，在APF交直流側(cè)進(jìn)行交換的能量只有瞬時有功交流的分量，其平均值為零。當(dāng)只補無功時負(fù)載所需的瞬時無功率分量由濾波器提供，有功分量由電源提供。此時APF交直流側(cè)沒有能量交換。當(dāng)同時補償諧波和無功時，負(fù)載所需的瞬時無功功率由濾波器提供，負(fù)載所需的瞬時有功功率交流分量由濾波器提供，瞬時有功功率直流分量又電源提供。在APF交直流側(cè)進(jìn)行交換的能量只有瞬時有功交流的分量。

3 補償電容值的計算

電容電壓的波動主要是由能量交換引起。在忽略變流器等損耗的情況下，在只補無功時交直流側(cè)能量交換為零，電容值提供直流電壓，容值可為零；對于其他兩種情況，有源電力濾波交直流側(cè)能量交換為負(fù)載的瞬時有功的交流分量。雖然其平均值為零，但是其將會引起直流側(cè)電壓的波動。

假設(shè)電源電壓無畸變，電源電壓三相電壓，且負(fù)載電流為三相電流，由瞬時無功理論可求得負(fù)載的瞬時有功功率和瞬時無功率。電容的C值由關(guān)系式∫%pdt=0.5×C×(Udc+Udc)2-0.5×C×Udc2確定。

4 仿真與實驗結(jié)果分析

利用Matlab/ Simulin進(jìn)行仿真。直流電容電壓的仿真圖如圖所示，仿真模型負(fù)載選用相電壓220V三相不可控負(fù)載。采用ip-iq法產(chǎn)生指令電流，利用三角波比較法使輸出電流跟蹤指令電流，直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定采用PI調(diào)節(jié)，KP=8，Ki=0.01。時間每格為10ms。通過具體的實驗測量，得到的電源電流的THD值也從25%下降到4.8%。實測直流電容電壓波形中，電壓每格20V（采用10:1霍爾），時間每格為4ms。從直流電容電壓波形圖分析中可以看到周期性的波動，其上下波動的變化范圍在±5V,如果直流電容電壓是900V的話，測量的紋波為0.55%。由以上的測量結(jié)果可以看出本系統(tǒng)對直流環(huán)節(jié)具有較好的控制效果，其直流波動指標(biāo)可以滿足要求。

5 結(jié)論

對于有源電力濾波而言，要想取得良好的補償效果，除了需要先進(jìn)的算法和控制策略外，其電容參數(shù)的選取同樣重要。本文根據(jù)有源電力濾波的原理與數(shù)學(xué)模型分析了直流電容電壓和電網(wǎng)電壓的關(guān)系，得出了直流電容電壓的確定原則；根據(jù)瞬時無功理論分析了只補諧波或者只補無功和兩者同時補償時有源濾波交直流側(cè)能量的流動關(guān)系，給出了變流器的有功損耗和瞬時有功功率交流分量是引起電壓波動的主要原因；以三相不可控負(fù)載為例給出了電容值選取的計算方法；最后通過仿真和實驗利對直流電容參數(shù)的確定進(jìn)行了驗證，電容的波動小于5V，補償后電流的THD值小于5%，取得了理想的效果。

參考文獻(xiàn):

[1]王兆安，楊君等.諧波抑制和無功功率補償「M].北京:機械械工業(yè)出版，1998.

篇（10）

1、低電壓特征分類

長期性低電壓指用戶低電壓情況持續(xù)3個月或日負(fù)荷高峰低電壓持續(xù)6個月以上的低電壓現(xiàn)象；季節(jié)性低電壓是指度夏度冬、春灌秋收、逢年過節(jié)、烤茶制煙等時段出現(xiàn)的具有周期規(guī)律的低電壓現(xiàn)象；短時性低電壓主要是指由農(nóng)村居民臨時性掛接負(fù)荷或建筑用電負(fù)荷引起的不具有長期性和季節(jié)性特點的階段性不規(guī)律低電壓現(xiàn)象。

2、工程實例

2.1實施點自然狀況及分析

本文以某線為例。線路亙長78km，電桿1161基，干線長33km（1#-498#大嶺溝）干線導(dǎo)線類型1-468號LGJ-70，469-498號LGJ-50；有線路真空開關(guān)4組；線路固定抵償電容器4組288kvar；配電變壓器63臺，總?cè)萘繛?760kVA。2012年運行數(shù)據(jù)標(biāo)明最大負(fù)荷時首端電壓為10.4kV，結(jié)尾電壓為8.22kV，配電變壓器首端相電壓189V。銅臺線2012年月典型日有功和無功功率基本情況如表1所示。

2.2實施點的實施方案研究

經(jīng)過表1首先挑選月最大有功負(fù)荷線路沒有無功補償條件下進(jìn)行潮流計算，重新斷定無功優(yōu)化計劃，在此基礎(chǔ)上斷定線路調(diào)壓器的容量和裝置方位，并進(jìn)行校驗。

（1）無功優(yōu)化方案

經(jīng)過銅臺線的自然情況和表1可知，線路固定抵償容量為288kvar，而線路最小有功功率對應(yīng)的最小無功功率為?236kvar，可知線路的最小無功功率是288?236=52kvar，單臺50kvar是線路的固定抵償容量。線路固定抵償容量假如沒有運行材料可由下式確定：

（1）

式中?Q0i為線路中每臺配電變壓器的空載無功損耗（不含高壓用戶高壓抵償配電變壓器），kvar。由表1和原有安裝無功抵償容量可推算出銅臺線最大無功需求量為656kvar，在原有安裝容量288kvar下最大負(fù)荷時功率因數(shù)為0.97。依據(jù)表1線路的最大有功功率和最大無功功率的需求，規(guī)劃抵償總?cè)萘繛?40kvar，其間50kvar為固定抵償，390kvar為動態(tài)抵償。規(guī)劃抵償點為3處，其間237號桿，抵償90kvar（動態(tài)90kvar）；353分支21號桿，抵償180kvar（動態(tài)60kvar+動態(tài)120kvar）；426號桿，抵償170kvar（動態(tài)120kvar+固定50kvar）。上位機體系依據(jù)變電站出口的無功潮流將4組動態(tài)加1組固定抵償運轉(zhuǎn)方法能夠構(gòu)成17種排列組合，上位機體系本著無功功率平衡的準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化組合，再指令安點綴下位機進(jìn)行長途控制，完成整條線路的無功動態(tài)平衡。圖1所示為無功抵償前整條線路無功潮流分布，圖2為抵償后無功潮流的變化分布。

圖2補償后無功潮流

10kV線路無功優(yōu)化體系已在某區(qū)域農(nóng)電體系10kV線路進(jìn)步行了實施研討，起到了良好的作用，為本課題的研討積累了實踐經(jīng)驗。圖3為線路2組動態(tài)抵償裝置實例，電容器分體裝置，與以往常用的H臺無功抵償箱比較重量輕、體積小、占地面積小等優(yōu)勢。圖4為上位機管理體系抵償以后的功率因數(shù)日運轉(zhuǎn)曲線圖，運轉(zhuǎn)曲線顯現(xiàn)功率因數(shù)是接近于1的一條直線。

（2）線路調(diào)壓器安裝位置和容量的確定

在無功優(yōu)化的基礎(chǔ)上，潮流計算要按首端最大負(fù)荷狀況進(jìn)行，滿足電壓損失率不超越5%的范圍內(nèi)判定線路調(diào)壓器方位。線路調(diào)壓器設(shè)備方位可由下式確定：

（2）

圖3線路兩組動態(tài)補償安裝實例

圖4補償后功率因數(shù)日曲線圖

經(jīng)無計算功優(yōu)化后電壓降可知，線路調(diào)壓器裝置方位只需選在間隔首端小于7.76km就能滿足條件，固裝置方位選在107號桿位。線路調(diào)壓器的容量裝置點最大潮流的要求要滿足，按線路配電變壓器容量份額統(tǒng)計和首端最大有功功率，線路最大潮流是1230kVA在裝置點以后，考慮后期開展線路調(diào)壓器的容量選為1600kVA。線路調(diào)壓器的參數(shù)如表2所示。

表2線路調(diào)壓器參數(shù)

該調(diào)壓器為SVR型線路主動調(diào)壓器，具有遙信、遙測、遙諧和遙控功用，同時調(diào)壓范圍在0-+20%。經(jīng)過計算整個配電線路臺區(qū)的潮流分布，得到節(jié)點電壓對臺區(qū)變化的靈敏度及線路每個節(jié)點的壓降。在線路結(jié)尾裝置饋線終端裝置，對線路結(jié)尾電壓進(jìn)行實時監(jiān)控，而且由GPRS通訊技能將線路結(jié)尾電壓實時數(shù)據(jù)傳遞給上位機，上位機再依據(jù)結(jié)尾電壓和線路調(diào)壓器的檔位實際情況，指令線路調(diào)壓器進(jìn)行檔位調(diào)整，實現(xiàn)長途調(diào)壓的目的。

結(jié)語

線路無功抵償控制方法以往都是裝置點就地采樣就地控制方式，并且多數(shù)是功率因數(shù)控制型，裝置點的無功負(fù)荷只要大于裝置容量時才干投入運轉(zhuǎn)。因而，抵償電容器的投運率受裝置點的無功潮流約束。論文研討的無功優(yōu)化智能體系特點在于線路首端收集無功功率的大小，整條線路由上位機管理模式，與無功抵償裝置點的無功潮流沒有關(guān)系，抵償點宜選在從結(jié)尾計算無功潮流抵償容量的一半處，實踐運轉(zhuǎn)時抵償點向結(jié)尾和首端雙向無功輸送，使線路無功潮流為最小，有用的減少了無功潮流導(dǎo)致的線路有功損耗和電壓損耗。