【正文】 U0 超前 U1 時， Q 端輸出高電平，反之輸出低電平，極性判別的原理圖如 33所示 。 相位判別檢測電路： 相位差就是電壓超前或滯后電流的差值， 在本設(shè)計中我們不但要測量出相位差的大小還要判斷出電壓超前還是滯后了，首先對相位差進行測量 。 圖 31 電子式無功功率自動補償控制原理圖 檢測功率因素值的檢測單元 主要由相位檢測電路和電流檢測電路組成。 圖 26 無功功率補償示意圖 .U 0 1i p1i 2i p2i qi 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電子式無功功率自動補償控制器 電子式無功功率自動補償控制器原理圖如圖 31所示。因此該系統(tǒng)中增加一參數(shù) :目標功率因數(shù)，將目標無功功率與實際無功功率之差作為無功補償?shù)目刂屏縼磉M行投切。因此，不會出現(xiàn)功率因數(shù)控制方式所出現(xiàn)的重載時功率因數(shù)滿足要求，但無功 電流很大，而輕載時又容易產(chǎn)生投切振蕩的問題。圖 26所示是無功功率控制的補償效果示意圖。若當前值超前，則切除一個電容器組。 控制器對電網(wǎng)的電壓、電流進行采樣檢測，計算出當前的無功功率 (無功電流 )值。 圖 25 功率因數(shù)補償?shù)妮p載振蕩 .U 1i 2i ci 0 p1i p2i q1i q2i .U 1i 2i 0 p1i p2i q2i q1i ? 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 11 針對功率因數(shù)控制的問題，出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無功功率為被控制對象，即將無功功率作為無功補償?shù)目刂屏俊０凑昭a償原理應(yīng)投入一個電容器組，用該組電容器的超前電流 ci 去進行補，補償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù)。圖 p1i 是輕載時的有功電流， q1i 是與之對應(yīng)的無功電流，并且 q1i 較小，要小于一個電容器組的補償量。 圖 24 相同功率因數(shù)下無功電流與負載的關(guān)系 功率因數(shù)控制的另一個問題是輕載下的投切振蕩。圖 24中，負載 p1i 大于負載 p2i ，無功 q1i 也大于 q2i ，.U 1i 2i ci 0 p1i p2i q2i q1i 2? 1? 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 10 而這時的功率因數(shù)卻是相同的。功率因數(shù)值是一個比例值，所以在重負荷時，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無功功率仍很 大。用當前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進行比較，以確定是投入、切除、還是保持不變。當檢測到當前的功率因數(shù)值介于 ，則保持不變。又將切除門限設(shè)為 0iq2? 。將 cos? =，當控制器檢測到當前的功率因數(shù)值小于 ，發(fā)出指令，投入一電容器組進行補償。用無功補償裝置進行補償，使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。下面介紹無功補償由 功率因數(shù)控制和無功功率 (無功電流 )控 制兩種控制方式的特點。 由上述可知，無功補償?shù)哪康木褪翘岣唠娋W(wǎng)的功率因數(shù)，即提高有用功在電網(wǎng)發(fā)出功率中的比例。 可見在電壓、電流一定的情況下，提高 cos? 可增大輸出的有功功率。 電力網(wǎng)除了要負擔用電負荷的有功功率 P，還要承擔負荷的無功功率 Q。 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 8 圖 22 并聯(lián)電容器補償無功功率的電路和向量圖 若電容 C的容量過大，使得供電電流 I的相位超前于電壓 U，這種情況稱為 過補償，其相量圖如圖 22(c)所示。 將 R、 L電路并聯(lián)電容 C后，電路如圖 22(a)所示，該電路電流方程為 了 .. ????? 。在實際電力系統(tǒng)中，包括異步電動機在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看做電阻 R與電感 L串聯(lián)的電路，設(shè) L22 XRRcos ??? 式中 0L LX ?? cos? 必被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是供給線路的有功功率 P占 線路視在功率 S的百分數(shù)。 由電力網(wǎng)功率損耗的計算公式 ）（）（ jXRU PQjPS 2 2C2 ???????? 可見，因采用無功補償措施后，電源輸送的無功功率減少，將使電力網(wǎng)和變壓器中的功率損耗下降，從而提高了供電效率。當負荷的功率因數(shù)提高到 ，可供 900千瓦的有功功 率。視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。無功補償?shù)淖饔煤驮砣鐖D 21所示。 (電動機、變壓器等 )所吸收的無功功率，可從 電容器所輸出的無功功率中得到補償。而電感放出能量時，電容器吸收能量。無功功率在電力網(wǎng)元件中流動，將會在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)的線損率。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的 放電功率相等，這種充電功率叫做容性無功功率。磁場所具有的磁場能 量是由電源提 給的。小波變換算法因其在時頻域都具有較好的分辨 率，在電力系統(tǒng)測量中有很好的研究價值。均方根算法能計及高次諧波的影響，并且隨著每周采樣點的增多，可以提高采集精度，但采樣點太多必然降低采集速度，增加了運算量，因而需要在精度和速度之間作出適當?shù)倪x擇 。其中，有效值算法的計算精度與采樣點數(shù) N和采樣的同步度有關(guān)，在系統(tǒng)允許的前提下，可以增加采樣點數(shù)來提高運算精第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 6 度。因此對于要求不高的電壓電流保護功能可以采用此類算法。另外它有一定的濾除高頻分量的能力，因為疊加在基波成分上的幅度不大的高頻分量在半周期積分中其對稱的正負半周期相互抵消，剩余未被抵消的部分所占的比重就減少了。如果采集三相對稱正弦信號，單點算法不失為理想算法，對采樣時刻沒有要求，既準確又快捷，并且可以同時測量得到電壓、電流、有功功率和無功功率，但這種算法對采樣信號 要求較高，硬件較為復(fù)雜 。 正弦模型算法主要有 :最大值算法、單點算法、半周期積分算法、兩點算法、導(dǎo)數(shù)算法和快速三點算法。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，交流采樣以其優(yōu)異的性能價格比，有逐步取代直流采樣的趨 勢。直流采樣是把交流電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為 05V的直流電壓，這種方法的主要優(yōu)點是算法簡單，便于濾波，但投資較大，維護復(fù)雜，無法實現(xiàn)實時信號采集，因而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。 電力系統(tǒng)基本電網(wǎng)參數(shù)的測量主要包括 :電流有效值、電壓有效值、有功功率、無功功率、視在功 率、功率因數(shù)、頻率。 負載ADC 模塊PWM產(chǎn)生器仿真接口PLC S 7 200PC 機JATG控制電源V15?V5??電壓電流檢測電路se功率單元圖 11 PLC實現(xiàn)的投切電路原理圖 第二章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 5 第 二 章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究 電網(wǎng)參數(shù)的測量是 無功補償 設(shè)計的一個重要組成部分，準確、快速測量是高壓 無功補償控制器設(shè)計的基礎(chǔ)，對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化、保證電網(wǎng)安全與經(jīng)濟運 行具有十分重要的意義。 如果用戶每天的工作大體一致，那么實測作出功率因數(shù)曲線后，可以不用模擬單元，只用圖中虛線內(nèi)的簡單結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)自動投切。 第一章 緒論 4 用 PLC實現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)及原理 用 PLC 實現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)原理如圖 1所示，利用這樣的線路結(jié)構(gòu)，無功補償補償裝置變得條理清晰，易于理解，并且在原自動投切、手動投切的基礎(chǔ)上，利用 PLC 中 CPU內(nèi)部的日歷時鐘可以實現(xiàn)實時自動投切控制。 SVG由連接電抗器、逆變 器組成 , 每相電路通過 IGBT 變流模塊級聯(lián) , 經(jīng)過連接電抗器直接接入 10KV 電網(wǎng)。功率單元采用鏈式結(jié)構(gòu) , 多個兩電平 H 橋電路串聯(lián)起來 , 以達到電壓疊加的目的。本設(shè)計裝置采用可編程邏輯控制器 (PLC)進行控制及監(jiān)測。 以單片機為主控單元的電壓無功 控制系統(tǒng)得到很大發(fā)展 , 但單片機抗干擾能力較差 , 在中、高壓無功補償領(lǐng)域的可靠性不易保證。 ⑤諧波含量小。 ③可以在從感性到容性的整個范圍中進行連續(xù)的無功調(diào)節(jié) 。在欠壓條件下， SVG 可通過調(diào)節(jié)其 變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，使其所能提供的最大無功電流維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流量限制。 SVC 內(nèi)部的電力電子開關(guān)元件多為晶閘管，晶閘管導(dǎo)通期間處于失控狀態(tài)，使 SVC 每步補償時間間隔至少約為工頻的半個周期，而 SVG采用 GTO作為開關(guān)元件， GTO 可在 時間左右關(guān)斷，因而其補償速度更快 。迄今投入實用的 SVG 大都采用電壓型橋式電路，因此 SVG 往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態(tài)無功補償?shù)难b置。 電壓型橋式電路，其直流側(cè)采用電容作為儲能元件，交流側(cè)通過串聯(lián)電 抗器并入電網(wǎng) 。 靜止無功發(fā)生器 (SVG) 靜止無功發(fā)生器 (SVG)也稱為靜止調(diào)相機 (Static Condenser 一 STATCON)，靜止同步補償器 (Static Synchronous Compensator 一 STATCOM)、新型靜止無功發(fā)生器第一章 緒論 3 (Advanced Static Var Generator 一 ASVG)。 SVC 是利用晶閘管作為固態(tài)開關(guān)來控制接入系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量，從而改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。由于使用晶閘管的 SVC 具有優(yōu)良的性能，所以十多年來占據(jù)了靜止無功補償裝置的主導(dǎo)地位 。 1977年美國 GE 公司首次在實際電力系統(tǒng)中運行了使用晶閘管的靜補裝置， 1978 年美國西屋公司制造的使用晶閘管的靜補裝置投入實際運行。 靜止無功補償器 (SVC) 早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器 (Saturated ReacotorSC)型 ， 1967 年英國GEC 公司制成了全世界上第一批飽和電抗器型 SVC。 SVG 是無功補償?shù)闹匾l(fā)展方向 , 從本質(zhì)上講 , SVG 可以等效為大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)的電容或電抗器 , 是當前技術(shù)條件下最為理想的無功補償形式。 目前 , 性能可靠、應(yīng)用較廣泛的無功補償技術(shù)主要有靜止無功補償器 (SVC)、靜止無功發(fā)生器 (SVG) 等。 常用補償?shù)姆椒?:一種是集中補償 (補償電容集中安裝于變電所或配電室 , 便于集中管理 )； 一種是集中與分散補償相結(jié)合補償電容一部分安裝于變電所；另一部分安裝于感性負載較大的部門或車間，這種是設(shè)備補償。 無功補償可以 減少電力損 耗 ，一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況，其電第一章 緒論 2 力損耗約 2%3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失 ； 改善供電品質(zhì)， 無功補償可以 提高功率 因數(shù)，減少負載總電流及電壓降。在長距離輸電 網(wǎng) 中合適的地點 就地安裝動態(tài)補償裝置 能夠 改善輸電 網(wǎng)絡(luò) 的穩(wěn)定性，提高輸電能力。 無功補償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c : (1)提高供用電 設(shè)備 及 負載的功率因數(shù)， 減少 設(shè)備容量， 降低 功率損耗。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這 就不容易實現(xiàn)了 。所以在電力系統(tǒng)中進行無功功率 補償 必不可少 ，這對電力系統(tǒng)安全、可靠運行有著很重要的意義。近年來，隨著電網(wǎng)負荷的增加，對無功功率的要求也 愈來愈嚴格 。 據(jù)報道，我國平均每年因為無功分量過大造成的線損高達 15%左右，折算成線損電量約為 1200 億千瓦時。同時使 電網(wǎng) 功率因數(shù) 降 低、系統(tǒng)電壓下降。而大多數(shù)電力電子 設(shè)備 的功率因數(shù)很低，它們所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。 When a grid, will be fixed capacitors investment, according to the main controller busbar voltage, current signal to the pensation calculated. Key words： reactive pensation； PLC； SVG； capacitance 目 錄 第 一 章 緒論 ............................................................ 1 課題研究的背景 ................................................... 1 無功補償研究及發(fā)展趨勢 ........................................... 1 本文主要研究內(nèi)容 ................................................. 3 用 PLC實現(xiàn)的投切電路結(jié)構(gòu)及原理 ................................... 4 第 二 章 電網(wǎng)參數(shù)測量算法與無功補償研究