無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法，通過在不同情形下選擇采用不同途徑投切補(bǔ)償容量或方式不同的電容補(bǔ)償電路，充分利用了幾種不同類型的電容補(bǔ)償電路各自的優(yōu)點(diǎn)，可在較低成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無功功率的高精度補(bǔ)償（功率因數(shù)可達(dá)到0.99以上），具有無功功率調(diào)節(jié)比較平滑、補(bǔ)償跟隨強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時，運(yùn)營維護(hù)成本較低、系統(tǒng)可靠性耐用性好。與現(xiàn)有的無功功率補(bǔ)償方法相比，本發(fā)明方法的技術(shù)方案性價比極高，極適宜在配電網(wǎng)中推廣使用。
【專利說明】無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無功功率補(bǔ)償方法，尤其是涉及一種無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在配電網(wǎng)中，電力發(fā)電機(jī)所發(fā)的無功功率和輸電線的功率常常不足以滿足網(wǎng)中大量的電機(jī)、變壓器、電抗器、熒光燈等感性負(fù)載的無功需求以及系統(tǒng)中無功的損耗，因而往往造成電網(wǎng)功率因數(shù)下降、電網(wǎng)系統(tǒng)利用率降低。為了減少有功損失和電壓降落、減少電力輸送中的損耗，更為了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效地運(yùn)行，提高電力輸送的容量和質(zhì)量，通常都要進(jìn)行就近的無功功率補(bǔ)償或者調(diào)節(jié)。目前廣泛采用通過投切并聯(lián)電容器(組)的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償，其原理是先通過監(jiān)測線路電壓與電流，計算功率因數(shù)；如果功率因數(shù)滯后則投入電容，如果功率因數(shù)超前則切除電容。
[0003]從綜合系統(tǒng)建設(shè)成本、運(yùn)營管理成本及運(yùn)行性能的角度考慮，無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢是在兼顧成本的基礎(chǔ)上，運(yùn)行更可靠，無功功率調(diào)節(jié)更迅速、平滑、準(zhǔn)確，補(bǔ)償更靈活、高效、快速、合理。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，即在于提供一種性價比較高的無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法。
[0005]本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法同樣是通過投切并聯(lián)電容器(組)的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償，其特別之處在于具體包括采用了如下方法及步驟:
[0006]S1.對接入母線上的負(fù)載側(cè)電壓、電流信號進(jìn)行采樣；
[0007]S2.計算出負(fù)載側(cè)功率因數(shù)和無功功率缺額，推算出無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量；
[0008]S3.根據(jù)該無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量，再以下述的方法步驟選擇投切相應(yīng)的電容補(bǔ)償電路:
[0009](I)當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率欠補(bǔ)時，先投入I型補(bǔ)償電路；如仍欠補(bǔ)，則再投入II型補(bǔ)償電路；
[0010]當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率過補(bǔ)時，先切I型補(bǔ)償電路；如仍過補(bǔ)，則再切II型補(bǔ)償電路；
[0011]所述I型補(bǔ)償電路與II型補(bǔ)償電路，分別包括有一個由晶閘管開關(guān)與補(bǔ)償電容器串聯(lián)而得的電路，或包括有若干個相互并聯(lián)的由晶閘管開關(guān)與補(bǔ)償電容器串聯(lián)而得的電路；但所述II型補(bǔ)償電路的補(bǔ)償容量是所述I型補(bǔ)償電路的1.5-2.5倍；或者，所述晶閘管開關(guān)也可以采用復(fù)合開關(guān)替代；
[0012](2)當(dāng)無功功率欠補(bǔ)額或過補(bǔ)額小于所述I型補(bǔ)償電路的最小補(bǔ)償量時，再通過調(diào)節(jié)無級補(bǔ)償電路，直到配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)或無功功率缺額進(jìn)入設(shè)定值范圍內(nèi)為止；
[0013]所述無級補(bǔ)償電路，包括有補(bǔ)償變壓器、移相電路；所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述1、II型補(bǔ)償電路之間；補(bǔ)償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端；相應(yīng)的無級補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法為:所述無級補(bǔ)償電路先結(jié)合檢測到的接入母線電壓、電流和1、II型補(bǔ)償電路投切的信息，以母線電壓相位作為參考相位，根據(jù)無功功率目標(biāo)補(bǔ)償值計算出補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的目標(biāo)電壓相位及其相位調(diào)整值；然后調(diào)整所述移相電路輸出電壓的相位，使所述補(bǔ)償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補(bǔ)償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同時產(chǎn)生所需的無功功率補(bǔ)償量。
[0014]上述方案中，所述調(diào)整移相電路輸出電壓相位的方法可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及在公知常識的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)計運(yùn)營成本、個人喜好等后自行選用，例如用變頻器改造而得，也可以采用如下方案:對所述移相電路的輸入電源進(jìn)行整流，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制移相逆變及高頻變壓、濾波后輸出與母線同頻的正弦波移相電壓，其移相值取為前述算出的補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的相位調(diào)整值。
[0015]根據(jù)本領(lǐng)域基礎(chǔ)常識，上述無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法所述1、II型補(bǔ)償電路中所用的各補(bǔ)償電容器，可以是獨(dú)立電容，也可以是電容器組；采用電容器組時，所述電容器組采用A或Y連接皆可。
[0016]由上，該無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法通過在不同情形下選擇采用不同途徑投切補(bǔ)償容量或方式不同的電容補(bǔ)償電路，充分發(fā)揮了補(bǔ)償電路及元器件各自的特長，在系統(tǒng)投入成本盡可能降低的情形下實(shí)現(xiàn)了無功功率的快速補(bǔ)償，具有無功功率調(diào)節(jié)比較平滑、補(bǔ)償精度極高的優(yōu)點(diǎn)，同時，運(yùn)營維護(hù)成本較低、系統(tǒng)可靠性耐用性好。本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用也證實(shí)了本發(fā)明技術(shù)方案性價比極高:與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了本發(fā)明方案進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，可在較低成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無功功率的高精度補(bǔ)償(功率因數(shù)可達(dá)到0.99以上)，補(bǔ)償跟隨強(qiáng)、系統(tǒng)工作可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本明顯較低，極適宜在配電網(wǎng)中推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法的一個實(shí)施例的電路原理框圖。
[0018]圖2是本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法使用的移相電路的一個實(shí)施例的電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]一、以下結(jié)合附圖對本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法作進(jìn)一步的說明。
[0020]圖1是本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法的一個實(shí)施例的電路原理框圖。如圖1所示，在采用本發(fā)明方法進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時，是基于并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)脑?，主要包括采用?1、II型補(bǔ)償電路和無級補(bǔ)償電路，以及相應(yīng)的信號監(jiān)測及控制電路(在圖1中未予示出)，其中I型補(bǔ)償電路和II型補(bǔ)償電路電路結(jié)構(gòu)相似，均包括有若干個相互并聯(lián)的補(bǔ)償支路，各支路均由晶閘管開關(guān)(也可用采用復(fù)合開關(guān)替代)與補(bǔ)償電容器串聯(lián)而得；但所述II型補(bǔ)償電路的補(bǔ)償容量設(shè)定為所述I型補(bǔ)償電路的1.5-2.5倍；而無級補(bǔ)償電路主要由補(bǔ)償變壓器和移相電路組成，其中補(bǔ)償變壓器的次級繞組通過控制開關(guān)可移除地串接于接入母線與1、II型補(bǔ)償電路之間；補(bǔ)償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端。
[0021]在進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時，本發(fā)明方法大致包括有如下步驟:
[0022]S1.對接入母線上的負(fù)載側(cè)電壓、電流信號進(jìn)行采樣；[0023]S2.計算出負(fù)載側(cè)功率因數(shù)和無功功率缺額，推算出無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量；
[0024]S3.根據(jù)該無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量，以下述的方法步驟選擇投切相應(yīng)的電容補(bǔ)償電路:
[0025](I)當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率欠補(bǔ)時，先投入I型補(bǔ)償電路；如仍欠補(bǔ)，則再投入II型補(bǔ)償電路；
[0026]當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率過補(bǔ)時，先切I型補(bǔ)償電路；如仍過補(bǔ)，則再切II型補(bǔ)償電路；
[0027](2)當(dāng)無功功率欠補(bǔ)額或過補(bǔ)額小于所述I型補(bǔ)償電路的最小補(bǔ)償量時，再通過調(diào)節(jié)無級補(bǔ)償電路，直到配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)或無功功率缺額進(jìn)入設(shè)定值范圍內(nèi)為止；其中，所述無級補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法為:所述無級補(bǔ)償電路先結(jié)合檢測到的接入母線電壓(含其相位信息)、電流和1、II型補(bǔ)償電路投切的信息(如補(bǔ)償電容器投切狀態(tài)及相關(guān)電壓、電流等)，以母線電壓相位作為參考相位，根據(jù)無功功率目標(biāo)補(bǔ)償值計算出補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的目標(biāo)電壓相位及其相位調(diào)整值；然后調(diào)整所述移相電路輸出電壓的相位，使所述補(bǔ)償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補(bǔ)償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同時產(chǎn)生所需的無功功率補(bǔ)償量。 [0028]在本實(shí)施例中，首先通過投切I型補(bǔ)償電路(一次性或分段地)對配電網(wǎng)進(jìn)行快速跟隨補(bǔ)償，如仍不足再行(一次性或分段地)投切II型補(bǔ)償電路，這樣的每一步投切動作都會在配電網(wǎng)中體現(xiàn)為快速、有效、漸近準(zhǔn)確(而非忽左忽右、波動極大式的)的初步補(bǔ)償；然后，再通過無級補(bǔ)償電路，以調(diào)整無級補(bǔ)償電路中補(bǔ)償變壓器初級繞組兩端的電壓相位并進(jìn)而調(diào)整補(bǔ)償電容器兩端電壓的方式，產(chǎn)生所需的無功功率補(bǔ)償量同時實(shí)現(xiàn)無級高精度無功功率補(bǔ)償。
[0029]上述方案中，所述“調(diào)整移相電路輸出電壓相位”可具體采用如下方法:先對移相電路的輸入電源進(jìn)行整流，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制移相逆變及高頻變壓、濾波后向補(bǔ)償變壓器初級繞組兩端輸出與母線同頻的正弦波移相電壓，其移相值取為前述算出的補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的相位調(diào)整值。(相應(yīng)的電路原理框圖可參見圖2所示)
[0030]在此補(bǔ)充說明的是:雖然上述實(shí)施例對應(yīng)的附圖1中所述1、II型補(bǔ)償電路中所用的補(bǔ)償電容器分別為電容器組并采用△連接，事實(shí)上，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識，所述電容器組也可視生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際采用Y連接，或者使用獨(dú)立電容器。
[0031]二、幾種無功功率補(bǔ)償方法與本發(fā)明無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法的對比
[0032]1、第一種無功功率補(bǔ)償方法:
[0033]補(bǔ)償方案:與本發(fā)明方法相比，其方案中未設(shè)有無級補(bǔ)償電路。
[0034]兩個方案的對比分析:顯然該方案只能進(jìn)行有級補(bǔ)償，從而補(bǔ)償精度不可能很高。而本發(fā)明方法由于是通過調(diào)整補(bǔ)償變壓器初級繞組兩端的電壓相位而連帶使得并聯(lián)電容器的無功功率補(bǔ)償量也跟隨變化，屬于無級補(bǔ)償，從而可實(shí)現(xiàn)高精度的補(bǔ)償(功率因數(shù)可達(dá)到0.99以上)。
[0035]2、第二種無功功率補(bǔ)償方法:
[0036]補(bǔ)償方案:設(shè)有本發(fā)明方法中的無級補(bǔ)償電路，但未設(shè)有所述含晶閘管開關(guān)或快速復(fù)合開關(guān)的1、II型補(bǔ)償電路；在補(bǔ)償時是直接通過調(diào)整移相電路輸出電壓的相位、進(jìn)而使所述補(bǔ)償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補(bǔ)償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同時產(chǎn)生所需的無功功率補(bǔ)償量。
[0037]分析:假設(shè)所采用的移相電路及補(bǔ)償變壓器的容量設(shè)計為3kW，可調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器端電壓范圍為±3%;由于電容器的補(bǔ)償容量與電容器端電壓的平方成正比，經(jīng)計算可知可實(shí)現(xiàn)的無級調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量達(dá)12%。也就是說用一個3%容量的移相電路及補(bǔ)償變壓器可實(shí)現(xiàn)12%的無級調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量的目的，該無級補(bǔ)償電路具有“小馬拉大車”的功能！本發(fā)明方法通過采用1、II型補(bǔ)償電路并結(jié)合采用優(yōu)化的補(bǔ)償投切方法，可首先將大部分的無功補(bǔ)償額交由系統(tǒng)建設(shè)成本較低的1、II型補(bǔ)償電路完成，而由系統(tǒng)建設(shè)成本較高的移相電路來完成剩余部分無功補(bǔ)償額并同時實(shí)現(xiàn)高精度補(bǔ)償，從而，本發(fā)明方法與單純采用無級補(bǔ)償電路完成所有無功補(bǔ)償任務(wù)的方案相比，成本可大大降低。正因?yàn)閮r格低廉，本發(fā)明這樣高性能低成本的靜止無功補(bǔ)償方法才更有可能應(yīng)用到電網(wǎng)配電變壓器上及電動機(jī)就地補(bǔ)償上；同時，本發(fā)明方法顯然對于配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能降耗也極具意義。
[0038](三)本發(fā)明的另一實(shí)施例:
[0039]本實(shí)施例所采用的電路原理結(jié)構(gòu)與圖1所示的基本相同，不同之處在于:所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組可控制地串接于接入母線與所述I型補(bǔ)償電路之間，而所述II型補(bǔ)償電路直接并聯(lián)到母線上。
【權(quán)利要求】
1.無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法，是采用并聯(lián)電容器的方式進(jìn)行補(bǔ)償，其特征在于包括如下步驟: 51.對接入母線上的負(fù)載側(cè)電壓、電流信號進(jìn)行采樣； 52.計算出負(fù)載側(cè)功率因數(shù)和無功功率缺額，推算出無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量； 53.根據(jù)該無功功率目標(biāo)補(bǔ)償量，以下述的方法步驟選擇投切相應(yīng)的電容補(bǔ)償電路: (1)當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率欠補(bǔ)時，先投入I型補(bǔ)償電路；如仍欠補(bǔ)，則再投入II型補(bǔ)償電路； 當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)無功功率過補(bǔ)時，先切I型補(bǔ)償電路；如仍過補(bǔ)，則再切II型補(bǔ)償電路； 所述I型補(bǔ)償電路與II型補(bǔ)償電路，分別包括有一個由晶閘管開關(guān)與補(bǔ)償電容器串聯(lián)而得的電路，或包括有若干個相互并聯(lián)的由晶閘管開關(guān)與補(bǔ)償電容器串聯(lián)而得的電路；但所述II型補(bǔ)償電路的補(bǔ)償容量是所述I型補(bǔ)償電路的1.5-2.5倍；或者，所述晶閘管開關(guān)采用復(fù)合開關(guān)替代； (2)當(dāng)無功功率欠補(bǔ)額或過補(bǔ)額小于所述I型補(bǔ)償電路的最小補(bǔ)償量時，再通過調(diào)節(jié)無級補(bǔ)償電路，直到配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)或無功功率缺額進(jìn)入設(shè)定值范圍內(nèi)為止； 所述無級補(bǔ)償電路，包括有補(bǔ)償變壓器、移相電路；所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述1、II型補(bǔ)償電路之間；補(bǔ)償變壓器的初級繞組接至所述移相電路的輸出端；相應(yīng)的無級補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法為:所述無級補(bǔ)償電路先結(jié)合檢測到的接入母線電壓、電流和1、II型補(bǔ)償電路投切的信息，以母線電壓相位作為參考相位，根據(jù)無功功率目標(biāo)補(bǔ)償值計算出補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的目標(biāo)電壓相位及其相位調(diào)整值；然后調(diào)整所述移相電路輸出電壓的相位，使所述補(bǔ)償變壓器次級繞組感應(yīng)的電壓與接入母線電壓相量疊加后在補(bǔ)償電容器上獲得所需的目標(biāo)電壓，同`時產(chǎn)生所需的無功功率補(bǔ)償量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法，其特征在于所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組可移除地串接于接入母線與所述I型補(bǔ)償電路之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法，其特征在于所述調(diào)整移相電路輸出電壓相位的方法為:對所述移相電路的輸入電源進(jìn)行整流，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制移相逆變及高頻變壓、濾波后輸出與母線同頻的正弦波移相電壓，其移相值取為前述算出的補(bǔ)償變壓器次級繞組兩端的相位調(diào)整值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功功率高精度靜止補(bǔ)償方法，其特征在于所述1、II型補(bǔ)償電路中所用的補(bǔ)償電容器采用△型或T型連接電容。
【文檔編號】H02J3/18GK103683306SQ201310731923
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】駱武寧, 龍軍, 海濤 申請人:廣西諾斯貝電氣有限公司