动态无功补偿精选(九篇)

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第1篇：动态无功补偿范文

关键词：动态无功补偿；电能；无功功率

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0075-02

1 无功补偿的意义

在交流电网中，功率分为有功功率、无功功率和视在功率。电压瞬时值U和电流瞬时值I的乘积为瞬时功率，一个周期内瞬时功率的平均值称有功功率，即P=UIcosΦ。瞬时功率的最大值，即电源与整个电路之间能量交换的最大速率称无功功率，即Q=UIsinΦ。交流电路的电压有效值和电流有效值的乘积称为视在功率，即S=UI。有功功率P与视在功率S的之比称为功率因数，用cosφ表示，即cosφ=P/S。可见，当有功功率P一定的情况下，当cosφ的值比较小时，视在功率S就要加大。视在功率加大，就意味着供电线路和变压器的容量均要加大，这样，势必增加供电投资，增加线路网损。所以，提高用电设备的功率因数cosφ，就可以让电网尽可能的传送有功功率，减少设备向电网索取无功功率，从而提高电网效率和安全性。

2 低压动态无功补偿技术简介

传统的低压无功补偿技术，由于使用普通的接触器投切电容器，存在浪涌电流大、补偿时间慢、维护费用高和使用寿命短等各方面的问题，已不能满足现代化电网的要求。动态无功补偿是面向三相低压配电系统，具有动态自动补偿无功功率和抑制用户负荷谐波作用的新型无功补偿技术。主要采用静止无功发生器（SVG）和晶闸管分组投切电容器（TSC），实现三相低压配电系统无功功率的动态连续补偿。TSC实现基础平稳无功的补偿，SVG实现动态变化无功的补偿。

同时在电容器支路串联适当电抗器，实现配电系统用户谐波电流的抑制，防止电容器对配电系统谐波发生放大现象。

3 补偿回路主要部件介绍

①TSC。TSC主回路主要由电抗器，晶闸管开关，补偿电容器等构成；控制系统主要由控制器，触发电路等构成。由控制器对系统的电流电压等参数进行采样、分析、计算，再根据系统的无功需量给触发电路发出投切信号，由晶闸管开关完成电容器的投入或切除动作。采用晶闸管开关的过零检测、投切技术，可以抑制电路过电压或涌流，实现快速、频繁、无冲击投切。其核心技术包括动态采样控制技术，动态触发技术，动态响应投切技术以及补偿滤波器件等。

②SVG（STATCOM）。SVG即静止无功发生器，是柔流输电技术（简称FACTS）的主要装置之一，代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。基本原理是利用全控型开关器件组成自换相桥式电路，辅之以小容量储能元件，通过电抗器或者变压器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧输出电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿。

③控制器。控制单元采用高速DSP采集现场的电压、电流信号，在每一个电网周期对所有数据进行分析，计算处理后发出驱动信号来控制功率单元的运行，同时监测功率单元运行状况。

4 技术参数、难点与创新点

4.1 技术参数

额定电压：AC380 V；额定频率：50 Hz；SVG动态响应时间：≤20 ms；TSC动态响应时间：≤40 ms。

4.2 技术难点与创新点

①通过理论分析与计算机仿真，揭示配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）的输出无功功率、有功功率损耗及直流电压与控制角和线路电抗器的理论关系，提出配电系统静止同步补偿器（DSTATCOM）用线路电抗器的选择计算方法。

②针对低压系统的特点，采用基于IGBT器件的电压源逆变器结构和PWM控制技术，在保证技术性能的前提下，简化主电路结构。

③控制系统采用高速DSP控制器，全面提升补偿系统的控制性能，同时简化控制系统的硬件结构，提高系统可靠性。

④采用瞬时无功理论测算负荷和补偿系统的无功功率，提高补偿的实时性。

5 技术路线和实施方案

5.1 无功补偿技术的分类

电压等级――低压补偿/中压补偿/高电压补偿。

安装位置――集中补偿/线路补偿/随机补偿。

补偿装置――机械开关式补偿器/静止补偿器。该技术从补偿装置的调节机构来讲的。机械开关式补偿器是指补偿装置的调节机构有机械运动部件，如接触器、开关等。静止补偿器是指补偿装置的调节机构中没有机械运动部件，如SVC、STATCOM等。其中STATCOM又分为电压源逆变器型和电流源逆变器型，目前使用的STATCOM多为电压源逆变器型。

补偿方式――动态补偿/静态补偿。该技术从补偿原理上来讲的。动态补偿是指补偿电流能自动跟随负荷无功电流的变化而连续变化；静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内（譬如1 min以上）是固定不变的。

一般而言，静止补偿器属于动态补偿。

5.2 无功补偿技术的进展

第一代：采用机械式接触器投切电容器，属于慢速无功设备。第二代：采用晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器装置，属于快速无功设备。第三代：采用有源无功补偿装置（如SVG静止无功发生器），属于快速无功设备。

5.3 无功补偿的途径

由于负荷基本上都是感性的，因此最常用的无功补偿设备就是并联电容器。

FC为固定电容器；MSC为开关投切电容器；TSC为晶闸管投切电容器。由于电容器的输出无功很难连续调节，因而出现了可控电抗器与并联电容器的组合――SVC。TCR为晶闸管可控电抗器，通常不独立使用，一般为TCR+FC或TCR+TSC。有源型无功补偿装置为STATCOM、SVG、APF。

5.4 无功补偿装置技术性能的比较

无功补偿装置技术性能的比较如表1所示。

5.5 DSTATCOM的特点

①响应时间快。接触器投切电容器装置的响应时间需要几秒钟；SVC的响应时间约为20～40 ms；STATCOM装置补偿响应时间可达20 ms以内，真正实现动态补偿。

②可在极短的时间之内完成从容性无功功率到感性无功功率的相互转换，可以胜任对冲击性负荷的补偿。

③输出无功不受电网电压高低的影响。低电压时，比SVC更有效地发出无功功率。

④由于无需高压大容量的储能元件（如电容器和电抗器），故DSTATCOM的体积更小更紧凑。

⑤运行时可视为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性，还可对谐波和无功功率同时进行补偿。

5.6 无功补偿技术总体结构

无功补偿技术总体结构如图1示。

6 技术经济前景分析

利用动态无功补偿技术可以补偿功率因数、稳定电压、抑制谐波、改善电能质量、节能降耗。而我国能源供需矛盾突出，严重制约了经济的快速增长。国家发改委、国家电监会明确要求电力用户增强节能意识，积极采用先进的节电技术与产品，优化用电方式，提高电源使用效率，减少电力消耗。现在，某些地区已出台了相关政策，对功率因数不达标的用户罚款，对功率因数高的用户奖励。因此动态无功补偿技术的市场前景广阔。

参考文献：

[1] 唐杰.配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）的理论与技术研究[D].长沙：湖南大学，2007.

第2篇：动态无功补偿范文

本课题根据山东华泰矿业有限公司主变电站实际电能质量，经过技术比较，选择得出磁控电抗器的容量，采用磁控式动态补偿方案，快速响应系统中负荷变化引起的无功功率的变化，整套装置可以实现无功的动态连续可调，保证煤矿设备安全运行。

关键词 功率因数，补偿容量，无功补偿

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）120-0073-02

山东华泰矿业有限公司主变电站装有两台35kV的变压器，电压变比为35KV/6.3kV，容量均为12500kVA，采用一用一备运行方式工作。山东华泰矿业有限公司委托杭州银湖电器公司对35kV主变电站进行了电能质量测试。主变电站具体测试数据如下：有功功率最大为9105kW，最小为3246kW，无功功率最大为3876kvar，最小为1469kvar，在电容器切除的情况下，功率因数最大为0.889，最小为0.788，平均为0.837，电压畸变率最大为1.068%，最小值为0.454%，均低于国标限值。从上述测试结果的变化可知，系统中负荷变化较大，而且呈周期性变化，最大时为9100kw左右，此时的功率因数在0.84左右，若使功率因数提高到0.95，查表得补偿系数为0.317kvar/kW，因此计算可得补偿容量为2885kvar，为了使用标准电容器，因此将补偿容量定为3000kvar。由于煤矿中有一部分负荷属于基本负荷（如井下排风机等），此负荷工作时需要一部分无功，所以发出感性无功的磁控电抗器不需要100%按电容器的补偿容量配置。因此经过技术比较选择磁控电抗器的容量为2700kvar，采用磁控式动态补偿（MSVC）的方案，快速响应系统中负荷变化引起的无功功率的变化，保证功率因数0.95以上。装置具备抑制5、7次谐波的功能，根据自动控制器对系统的无功功率取样，自动调节磁控电抗器的晶闸管控制角，改变铁心的磁导率，使电抗值连续可调，从而实现无功平滑补偿。整套装置可以实现无功的动态连续可调，保证煤矿设备安全运行。

山东华泰矿业有限公司对35KV主变站无功补偿进行改造，安装MSVC-W-3000/2700动态无功补偿装置。设备投运正常，并委托杭州银湖电器公司对35KV主变站的电能质量进行现场实测，旨在进一步了解磁控式动态无功补偿装置线路电能质量的具体情况，是否达到预期设计目标。按照杭州银湖电气设备制造有限公司《电能质量测试指导书》、《电能质量供电电压偏差》、《中华人民共和国国家标准，电能质量》、《电能质量公用电网谐波》相关标准，使用FLUKE435电能质量测量仪，接线由控制室端子排将电压信号并入仪器，电流信号用钳表接入仪器的方式对35KV主变站6KV进线进行电能质量测试。

测试数据如下：（CT：2000/5PT：6000/100），有功变化范围2200KW-11000KW，无功功率变化范围为1248kvar-3344kvar，功率因数值稳定在0.95（功率因数上限设定在0.95）。电压畸变率最大值1.22%（《电能质量公用电网谐波》GB/T14549―93中国标要求≤4%），3次谐波电流值18A，5次谐波电流值10A，7次谐波电流值13A。

经过无功补偿设备改造后，各项电能质量参数完全满足国标要求，功率因数亦能达到供电部门考核要求，设备投运非常成功。从设备投运效果来看，6kV进线侧已经达到预期设定目标。

根据现场实际，6KV末端有排水、通风系统，末端满负荷运行负荷1200kW和268kW，末端原有两套固定电容器补偿分别为1032kvar，528kvar，自然功率因数0.85～0.87，对整个系统综合分析是否有必要投入两套固定补偿装置。若将末端功率因数目标提高到0.90。总负荷1200kW+268KW=1468kW，自然功率因数0.85～0.87之间，取平均功率因数0.86，根据查表得到其补偿系数0.109kvar/KW，补偿容量1468kW×0.109=160kvar。

无功补偿减少损耗产生的经济效益：

6kV设计单套补偿容量为160kvar，电容器平均出力取80%，无功补偿经济当量取0.090，则补偿电容器投运后相当于减少的有功损耗为：

根据煤炭特殊工况，MSVC装置为固定滤波兼补偿加磁控电抗器以起到无功连续线性补偿的效果。电容器始终投运在电力系统中，每年投运时间为：按照每天工作22小时，每月工作26天计算，则电容器一年内的工作时间为：22h/d×26d/m×12m/y×1y=6864h

投运上MSVC动态无功补偿系统后，每年可减少损耗为：6864h×11.5KW=78936KW・h

若按照工矿企业的电费标准，取平均值0.50元/KW・h计算，每年在损耗这一方面可减少的经济损失为：78936KW・h×0.50元/KW・h≈3.9万元。

另外考虑到电容器本身损耗，节能效益大概3万左右。如果设备轻载或者空载时间更长，节能效益更低。

以上结果补偿容量只需要达到160kvar，而且需要的技术是分组投切，当设备运行后投入；设备停止后，补偿退出。

而现场补偿容量1032kvar和532kvar，一方面容量过大，会引起过补偿，倒送到电网中，如果倒送过多，会引起供电部门罚款，得不偿失；另一方面，采用固定补偿方式，当空载时，会引起线路末端电压升高，电压出现“翘尾巴”现象，危害电网安全。综合以上，6kV末端的原有两套电容设备由于补偿方式和容量两个方面因素，不适合投入电网运行。

综上，山东华泰矿业有限公司35KV主变站通过系统改造安装MSVC-W-6-3000/2700整套装置后，实现了无功的动态连续可调，保证设备安全运行，保证了电网的纯洁性，提高了供电质量。

参考文献

[1]GB3983.2高压并联电容器.

[2]GB50227并联电容器装置设计技术规范.

[3]GB5583互感器局部放电测量.

[4]GB507绝缘油介电强度测定法.

[5]GB1094.1电力变压器第一部分总则（eqvIEC76-1）.

[6]GB/T6451三相油浸式电力变压器技术参数和要求.

第3篇：动态无功补偿范文

关键词 SVC；SVG；电网改造；性能

中图分类号TM727 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0131-02

1动态无功补偿技术的研究意义

随着我国西电东送、南北互供和全国联网战略的实施，为提高电网输电能力和系统稳定性，应因地制宜的采用动态无功补偿技术。在受端电网负荷中心地区加大动态无功补偿技术的应用，以防止系统电压崩溃和直流输电出现的连续换相失败等问题。当前，用户对电能质量的要求越来越高，采用合适的动态无功补偿技术，可以抑制特殊负荷的谐波、负序电流、有功和无功冲击等，提高用户供电质量和提高电网经济效益。因而，在电网改造中，有必要采用新型动态无功补偿装置来替代老旧的无功补偿装置。

目前，在在电网改造中，具有代表性的动态无功补偿装置SVC、SVG发挥着电压支撑、无功补偿、抑制闪变等重要作用。

2动态无功补偿装置在电网改造中的应用

2.1 SVC的工作原理及在电网改造中的应用

目前，大容量静止无功补偿器SVC主要采用TSC、TCR和TCR、TSC组合的方式。其中，TSC是SVC的一种基本形式，属于并联、无源、静止开关型无功补偿装置。TSC响应速度快，一般都在一个方波周期内完成自动投切，同时能解决电容器的涌流问题和切除电弧问题，减小了投入涌流。但是TSC也存在一个极大的缺点，即不能连续调节，从而输出连续可变的无功功率。针对TSC不能连续调节的缺点，提出了SVC的另一种基本形式TCR，属于并联、无源、连续调节无功补偿装置。但TCR的非线性特性比TSC更加明显，因而产生的谐波会更大，而且其无功补偿容量往往受到电源电压的影响，当电源电压稍有波动，补偿容量会有较大的影响。为了解决TSC不能连续可调和TCR补偿容量受电源电压影响较大的问题，提出了TSC和TCR组合运行的方式，其基本工作原理是是当系统电压低于设定的运行电压时，根据需要补偿的无功量投入适当组数的电容器组，并略有一点正偏差（过补偿），此时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部分过补偿容性无功；当系统电压高于设定电压时，则切除所有电容器组，只留有TCR运行。

综合来说，在高电压长距离交流输电系统中，通过可控的并联无功补偿，可以改变系统的等效波阻抗及传输线的等效自然功率，使得传输的功率都可以让补偿后的等效自然功率与之相等，这样就可以大大地提高系统的受小干扰稳定限制的传输功率极限。通过暂态过程中无功补偿的控制，可以改善系统的暂态稳定，若在无功补偿中引入附加的信号，也可以提供系统附加的阻尼，以消除系统的低频振荡。简言之，SVC会对电网产生如下的积极影响：1）增强系统的暂态稳定性；2）有力的支持系统电压，防止电压崩溃；3）可有效增大系统的阻尼，从而抑制系统的低频振荡；4）补偿不平衡负荷；5）抑制负荷侧电压波动和闪变，提高功率因数。因而，在电网改造中，选择合适的动态无功补偿装置，可以降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率和供电质量。

2.2 SVG的工作原理及在电网改造中的应用

基于自换相换流器和PWM控制技术的SVG，主要是通过换流装置来产生无功功率的，按其直流侧储能元件的不同，可以分为电压型（VSC）和电流型（CSC）2种。在实际应用中，由于VSC电路具有控制简单、运行效率高等优点，所以投入运行的绝大部分都是电压型SVG，而且先进的SVG都采用基于VSC拓扑结构和配置。以VSC为例来阐明SVG的工作原理，其主电路的核心部分是电压型逆变器，每相由N个单相逆变器串联而成，其中2个单相逆变器为冗余运行工作模式，用来解决系统不平衡问题。其工作原理就是将自换相桥式电路经一个串联电抗与电网相连，根据输入系统的无功功率和有功功率的指令，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或发出满足系统所要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

SVG是一个复杂的非线性系统，控制方法也相对较复杂，主要包括间接电流控制和直接电流控制两类。直接电流控制的响应速度和控制精度较高，但要求要有较高的开关频率。而间接电流控制响应速度慢，要提高响应速度必须将晶闸管的控制角和调制深度进行配合控制。另外，电源电压扰动对SVG的影响是深远的，如三相不平衡电压和谐波电压会引起SVG直流侧电压的波动和交流输出电流中较大的负序分量和谐波分量，进而影响SVG的工作性能。所以，在电网改造过程中，采用合理的控制方法和减小电源电压扰动对SVG的影响显得尤为重要。

3 动态无功补偿装置在电网改造中的优越性

在电网改造中，为了降低电网电能损耗、改善供电质量，以动态无功补偿技术为基础的装置受到了众多电力公司的青睐。以SVC和SVG为代表的动态无功补偿装置，以其优越的工作性能得到了快速发展，具体表现在以下几个方面。

3.1动态响应速度快

与传统的无功补偿装置相比，SVC和SVG都表现出了较快的响应特性，而且SVG的响应速度更快。

3.2可连续调节

SVG最大的一个优点是可连续调节，调节精度和控制精度都相对较高。

3.3功能作用多

与传统的无功补偿装置相比，SVC和SVG除了具有基本的动态无功补偿和调节母线电压的功能外，还具有良好的抑制电压波动和平衡三相负载的作用。另外，它们还兼有抑制系统谐波的作用。

4 结论

动态无功补偿装置SVC、SVG在电力系统中应用广泛，起到了提高电网功率因数、降低变压器及输电线路损耗、改善供电环境的重要作用。随着计算机技术和电力电子技术的发展，动态无功补偿技术和装置将会在电网改造中得到更加广泛的应用与改进，以适应电力系统不断发展和用户用电需求的的需要。

参考文献

[1]卢婧婧.动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法[J].上海交通大学，2010.

第4篇：动态无功补偿范文

关键词：晶闸管投切电容器 控制系统 检测系统

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

随着电力系统的发展和技术进步，电能质量问题日益得到重视，许多新技术设备应运而生。目前，为了减少损耗以及调整电压，提高系统的功率因数，在各级变电站里广泛使用了新型电容器组进行系统的无功补偿，这些电容器组的正常运行对降低线损和提高电能质量起着重要作用。晶闸管投切电容器就是其中的一种，于近年来得到了较大发展。晶闸管投切电容器具有无功功率补偿性能的优良动态，适合经常有波动性负荷和冲击性负荷的电网。与机械投切电容器相比，晶闸管作为电容器的投切开关克服了采用机械开关触头易受电弧作用而损坏的缺点，可频繁投切，且投切时刻可精确控制。晶闸管投切电容器的上述优良的动态性能，促使其近年发展迅猛，该文对该技术的现状及最新发展动向进行了介绍。

1 晶闸管投切电容器的分类

晶闸管投切电容器（thyristor switched capacitor，简称TSC）是利用晶闸管作为无触点开关的无功补偿装置，它根据晶闸管具有精确的过程，迅速并平稳的切割电容器，与机械投切电容器相比，晶闸管具有操作寿命长，开、关无触点，抗机械应力能力强和动态开关特性优越等优点。晶闸管的投切时刻可以精确控制，能迅速的将电容器接入电网，有力的减少了投切时的冲击电流的优点。TSC可按电压等级或按应用范围划分。按电压等级划分为：低压补偿方式和高压补偿方式。低压补偿方式适用于1 kV及以下电压的补偿，高压补偿方式（即补偿系统直接接入电网进行高压补偿）则对6～35 kV电压进行补偿。TSC按应用范围划分为：负荷补偿方式和集中补偿方式。负补偿方式是直接对某一负荷进行针对性动态补偿以消除对电网的无功冲击，集中补偿方式是对电网供电采取系统的补偿，以解决整个电网无功功率波动的问题。

2 TSC的主电路

目前，TSC只有两个工作状态：投入和切除状态。在投入状态下，双向晶闸管导通，电容器并入线路中，TSC向系统发出容性无功功率；切除状态下，双向晶闸管（或反向并联晶闸管）阻断，TSC的支路并不起到任何作用，不输出无功功率。TSC主电路设计除了满足分级快速补偿要求外，还应考虑限制并联电容器组的合闸涌流和抑制高次谐波等问题。TSC的关键技术是如何保证电流无冲击，常见的接线方式有两种：晶闸管与二极管反并联接线方式和晶闸管反并联接线方式。在TSC系统中，晶闸管反并联方式是促使两个晶闸管轮流触发，接通和断开补偿回路。晶闸管反并联方式的可靠性非常高，即使是某项损坏了一个晶闸管，也不会导致电容器投入失效或错误。晶闸管和二极管反并联方式与晶闸管反并联方式相比之下，速率较差，但经济且操作简便。晶闸管阀承受的最大反相电压对于晶闸管反并联方式是将电容器上的残压放掉时的电源电压的峰值，晶闸管和二极管反并联方式是电源电压峰值的2倍。TSC系统中，为了限制因晶闸管误触发或事故情况下引起的合闸涌流，主电路中须安装串联电抗器，以抑制高次谐波和限制短路电流。而串联电抗器后，电容器端的电压会升高，所以额定电压应选择电容器高于电网的。电抗器的类型有空芯电抗器和铁芯电抗器两种，其中，而铁芯电抗器限流效果较差，但造价低，空芯电抗器的限流效果很好，但造价也很高。所以选择时，应通过经济、技术等方面比较来确定。TSC主回路接线方式根据晶闸管阀和电容器的连接可分为三相控制的三角形接法、星形接法和其他组合接法。其中三角形与星形的组合接法既综合了前两种接法的优势，也可提升补偿装置的运行质量，因此更为常用。根据电容器电压不能突变的特性，TSC系统投切当电网电压和电容器残压相差较大的时候，则很容易产生冲击电流。当冲击电流与正常稳定电流之比小于1.7倍时，可以认为冲击电流对晶闸管和电容器的使用无影响。投切停止后，电容器上有电网峰值电压，晶闸管在电网电压和电容器直流电压的双重作用下，存在过零电压，过零点触发晶闸管是理想状态，不会产生冲击电流。

3 TSC的检测系统和控制系统

TSC的检测系统用于检测电网与负载系统的相关变量，包括相位采样部分、电压与电流有效值测算部分、待补无功量与无功功率计算部分等。目前比较先进的技术则是利用微机同步相位控制技术和自适应晶闸管触发技术进行检测。当检测到电容器两端电压与电网电压大小等同，极致一样时，瞬时投入电容器，电流过零时晶闸管会自然断开，无需对电容器预先充电，也无需加装限流电抗器及专门的放电电阻，则可随时实现无投切电容器。依据电网与负载的不同功能和需求，TSC的控制系统可分为开环控制、闭环控制和复合控制三种。控制物理变量包括电流、无功功率、电网电压、全周期时间、功率因数角和相位差角等。根据电信号参数，对电信号变量分析处理，在电容组合方式中选出最接近且不会过补偿的组合方式，对无功功率进行实时补偿。由控制系统发出投切指令，当补偿系统所需容量不小于最小一组电容器容量时，可快速、平稳、高效地对设备进行补偿。

4 晶闸管投切电容器的研究动向

目前，采用TSC装置的缺点是：①补偿电容器的投切可靠性低，容易引发谐振；②功率损耗过大；③电容器过电压；④装置的制造成本增加、复杂程度提高及故障率大等；⑤晶闸管投切具有误触发等问题。但由于TSC具有动态无功功率补偿的优良性能，近年来该技术还是在低压配电网中得到很好的广泛应用。而针对TSC使用中的问题，国内外学者进行了相应的研究，研究内容主要针对以下方面：（1）寻找无功参量的快速检测及控制新方法；（2）研制兼具补偿无功和抑制谐波的多功能产品，控制振荡问题；（3）探寻高压系统中的TSC 技术；（4）提高TSC 产品可靠性，并降低其成本等。

5 结语

该文对TSC技术进行了探讨，重点对TSC系统的主电路和检测及控制系统进行了介绍，并对该技术的不足进行了探讨，指出了目前的研究动向。TSC装置具有优良的动态无功功率补偿性能，特别适合于具有经常冲击性负荷和波动性负荷的场所。随着微电子技术和电力电子技术的进步，TSC 技术将会有更大的发展应用空间。

参考文献

[1] 巩庆.晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用[J].电网技术，2007，12（增2）.

[2] 牛飞.利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿[D].中南大学，2010.

第5篇：动态无功补偿范文

【关键词】无功补偿；TMS320LF2407；控制特性；功率因数

0 引言

在交流供电电网中，功率分为有功功率、无功功率和视在功率[1]。其中，有功功率为一个周期内的瞬时功率的平均值，即P有=∫P瞬dt/T，瞬时功率为电流瞬时值i和电压瞬时值u的乘积，即P瞬=iu，其中，电流瞬时值为i=√2Isin（ω1t-φ），电压瞬时值为u=√2Usinω1t。无功功率为供电电路里能量交换过程中瞬时消耗功率的振幅值，即P无=UIsinφ，其中，U为电压有效值，I为电流有效值，φ为电流滞后电压相位角。视在功率为有功功率与相位角φ的余弦值的比值[2-3]，或者定义为供电电网端口处电压有效值和电流有效值的乘积，即S=P有/cosφ或者S=UI。由此可见，当有功功率P有一定时，提高功率因数cosφ势必会导致视在功率S的减小，由于P总=P有+P无+S中消耗总功率不变，因此，视在功率S的减小又势必导致无功功率P无的增加，这就意味着供电电网要承受更多的无功损耗，大量的无功损耗势必会导致电网负荷加重、电路投资加大、电子设备利用率降低等问题。因此适当增加用电设备的有功功率，降低用电设备和输电线路的无功功率损耗，可以提高电网功率因数，增加供电电网效率和可靠性。

1 动态无功补偿控制电路设计

传统的静态无功补偿控制器存在无功补偿慢、浪涌电流大、设备维护费用高和电容器投切反应时间长等问题[4-5]，其无功补偿效率低，设备利用率低，且很容易造成投切电容的过流损坏。采用动态无功补偿方式可以有效地防止上述现象的发生。本文采用以TMS320LF2407为核心控制器的智能低压动态无功补偿装置，配以检测模块、A/D转换模块和电容器投切模块等电路，辅之以AT89C51单片机为控制器的显示模块，构成以TMS320LF2407为核心控制器，AT89C51单片机为辅助控制单元的双控电路结构。

1.1 TMS320LF2407核心控制器

TMS320LF2407核心控制器采用TI公司生产的DSP芯片[6]，其具有全自动智能投切功能、U盘读取CDMA通讯功能、友好的人机交流界面和精确的控制单元等，可以实现无浪涌投切，在检测电路的配合下还可以与上位机时刻保持通讯，以便及时获取控制动态和相关参数。

1.2 电路

检测模块采用电流传感器和电压传感器，用于检测补偿电路中负载的电流和电压，然后将检测到的电信号传输至A/D转换器，在A/D转换器中经信号整形后转换为PWM数字方波信号，然后再输送给TMS320LF2407核心控制器，经过逻辑判断和数据分析之后，控制器发出控制指令，控制电容器投切电路中IGBT开关管的导通时刻和关断时刻，从而可以快速准确地进行动态无功补偿。在电容器投切模块中，电压、电流信号经过信号整形、同步周期测量、相位测量等计算后，把所得数据送入TMS320LF2407核心控制器中进行逻辑分析、判断，并得出被测电路的功率因数。这种设计既简化了功率因数测量电路的结构，又增强了检测的准确性和快速性。

显示模块采用以AT89C51单片机为控制器、1602A双排液晶为显示器的显示电路，上排显示检测到的负载电压值，下排显示检测到的负载电流值。液晶显示采用总线方式，利用51单片机的读写外部RAM功能，将1602A液晶显示器挂在单片机总线上，使其统一按类似读写外部RAM功能的指令方法操作。

目前，国内生产的低压动态无功补偿控制器一般采用单变量控制（按电压变量、功率因数变量和无功功率变量三种控制方式）、复合变量控制（功率因数和电压复合、电压和无功量复合两种控制方式）、人工智能控制（模糊控制、遗传算法和专家系统等人工智能控制方式）三种控制方式，根据不同的电路和控制精度要求，采用不同的控制策略，目前人工智能控制方式虽然控制程序复杂、研究成本较高，但是其正在成为现代社改善低压动态无功补偿控制器的研究方向。本文采用按功率因数变量控制的单变量控制方式。

2 设计思路与创新点

本文是以TMS320LF2407为主控制器的智能低压动态无功补偿装置，主要设计思路与创新点如下：

（1）在分析有功功率、无功功率和视在功率的基础上，提出出本文的目的是通过提高电网功率因数来增加电网利用率和可靠性，并通过介绍静止无功补偿控制器的缺点，来突出动态无功补偿的重要性。

（2）针对低压电网的特点，采用基于IGBT开关器件的电容器投切电路和PWM方波控制方式，并且利用最简单的系统结构获得最大的无功补偿效果。

（3）主控制器采用TMS320LF2407高性能控制芯片，能够全面提升电路的控制精度，缩减电容器投切时间，增加系统稳定性和可靠性。

3 结语

基于TMS320LF2407主控制器的智能低压动态无功补偿装置，是针对传统静态无功补偿控制器控制精度不高、响应时间长、功率因数低等问题而设计的。在供电电网现场测试中的结果表明，其不仅可以大幅提高控制精度、缩短系统响应时间，而且可以提高电网利用率，增加系统稳定性和可靠性。以TMS320LF2407芯片为核心控制器的补偿电路和以AT89C51单片机为控制器的显示电路完美地配合，保证了无功补偿装置的稳定运行，检测模块、A/D转换模块和电容器投切模块等电路，在测试过程中配合良好。本设计适合在供电电网中广泛地推广运用。

【参考文献】

[1]邱军，王楚迪.电力系统无功功率补偿技术发展研究[J].电气开关，2015，01：49-53.

[2]梁青华.配电网中基于DSP的动态无功补偿装置研究[J].电子技术与软件工程，2015，05：132.

[3]刘雄军.关于一种新型动态无功补偿装置应用的研究与探讨[J].科园月刊，2008（6）.

[4]高长伟，王华梁，律德财，郑伟强.高可靠性智能低压无功补偿装置设计[J].电器与能效管理技术，2015，03：27-30+34.

第6篇：动态无功补偿范文

关键词： 两路编码 柱上 动态无功补偿 单片机 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

功率因数和无功平衡是衡量电网质量的重要标志。我国农网普遍存在供电半径长、电压质量差、功率因数低的状况。如果无功能得到有效的平衡，不仅能大大降低电网的损耗，而且对提高电压质量具有重要的意义。但是，目前我国大部分城乡电网功率因数偏低，无功很不平衡。因此提高电网功率因数、平衡无功、提高电压质量、降低线损，是电力系统的一个重要课题。现今国内大部分的无功补偿装置都是并接电容器固定补偿，不能实现动态跟踪补偿。另还有一部分是一路动态跟踪补偿，级数太少，不能做到精补细补。因此，如何实现无功多路补偿，仍是国内外同行关注的热点。

本文设计了一种基于两路不等容编码控制投切的无功动态补偿装置，它能随电网无功的变化，实现四级补偿，基本能达到精补细补的目的，使得电网的无功平衡更科学合理，因而在农网中有着广泛的应用前景。

2. 设计思想

本文主要探讨基于两路不等容编码投切无功补偿装置的控制原理以及实现的方法。在动态跟踪无功补偿装置中，如果是单组的动态补偿，就可根据电网无功以及电压的状况进行投切;如果是多组等容量投切补偿，可根据循环投切的原理去设计控制策略;如果是多组不等容投切，其控制策略就要复杂得多。森宝公司之所以研发该产品，主要是以下两方面的原因：

1) 降低成本。众所周知，单组无功补偿装置不能做到精细补偿，而多组等容的装置虽能做到相对精细的补偿，但是其电容器的组数要多，每组电容器都要配备相应的开关和保护设备，这就大大增加了设备的成本，使节能降损的先期投入成本较大，也使节能降损的效益降低。如果使用不等容投切，就可大大减少设备成本，使用户的效益最大化。举例说明，要补偿300kvar的电容，级差为100kvar，如果采用等容投切，就需要3台电容器和3台开关，而如果采用不等容投切，采用补偿一个100kvar和一个200kvar的方法，就只需要两台电容器和两台开关，这就节省了1台开关和1套保护装置的费用，并且减少了故障点。 信息来自:输配电设备网

2) 使装置的体积减小，节省了空间，也减少故障点。高压电容器的体积相对比较庞大，而且对绝缘距离有一定的要求，电容器的组数越多，那么体积就会大大增加，这就增加了施工成本和施工难度。而且，组数越多，装置的故障点越多，使装置的维护成本增加。使用不等容投切就可以减少这些问题。

基于以上思考，本文设计了两路不等容投切的户外高压无功自动补偿装置。

3. 系统结构以及控制器工作原理

图 1 系统工作原理图

如图1，控制柜内装有两台高压电容器和高压真空接触器，通过单片机控制高压真空接触器的开合，完成投切动作。采用高压熔断器为电容提供保护。PT采样高压电网的B、C相之间的线电压，除了提供电压信号，还为控制器和控制回路提供电源。CT采样线电流，为控制器提供电流采样信号。CT1-CT4采样电容器电流，电容器的过流保护和缺相保护提供硬件支持。控制器将采集到的线电压、线电流、电容器电流的信号进行分析、计算，经过判断，输出控制信号，控制真空接触器关合和开断。

4. 控制策略

在控制方式上，装置采用了按无功投切和按功率因数投切两种方式。用户可以根据需要来选择。单就补偿的最终目的而言，笔者推荐使用无功来控制比较科学合理。

两组电容器由于其容量不等，在投切时就要考虑两个电容器的协调问题，大致来说，分为如下几个情况：

1) 两组都未投入。那么则根据所选控制方式，根据实际参数量来投入合适的容量。

2) 小容量电容器已投入。如果过补，则切电容;如果需要投入的容量大于小电容器而小于大电容器，那么切电容器;如果需要投入的容量大于大电容器，那么投大电容器。

3) 大容量电容器已投入。如果过补，那么切电容器;如果需要投入的容量大于小电容器，那么投小电容器。

4) 两个都已投入。如果过补，那么根据过补的多少，来选择切除哪一组电容器。

5 控制器硬件电路设计

要实现自动控制，通常的做法是利用微控制器或处理器对采集来的数据进行计算，判断，然后再对对象进行控制。在本设计中为了使采集数据更精确，软件编程更简洁，使用新型的智能电表芯片替代了传统的ADC和部分MCU的工作。在软硬件设计中注重了对动态电容器的保护，实现了10分钟保护、过流保护、缺相保护、延时保护等多种保护功能，使得系统工作更加稳定有效。

图2 硬件结构图

如图2，整体电路由AD，CPU，外围IC器件组成。使用专用测量芯片CS5460替代了原先的ADC和部分单片机的工作，通过芯片内的硬件算法得到Irms、Vrms、P。主CPU使用51系列芯片，其内部自带20K字节的FLASHROM和512字节的RAM，设计中，全部采用其内部的程序存储器和数据存储器。外围IC器件主要包括外部扩展的一片E2PROM存储器，它拥有32K字节的存储空间，用来存储参数设定值及历史数据;时钟芯片为系统工作提供时间参考;另外，人机接口模块选用了ZLG7289BP键盘显示管理芯片。该芯片可以同时管理8个数码管和64个按键，采用SPI总线接口，便于进行级联。系统设计还有RS-232串行通讯接口，可以上传下传数据，进行遥控遥测。

6.软件实现

本装置主要是实现按实时无功来控制电容器的投切，具体软件流程图如3 所示

图3 控制器软件流程示意简图

6.1 功能实现。

软件必须做到以下功能：采集数据并传给CPU，然后进行算法运算并处理，发控

制命令，另外还必须有显示，通信的功能。

本装置控制器的软件通过汇编和C语言混合编程实现了以下功能：

1) 采集调理后信号，计算出线路电压、电流、功率因数、有功、无功。

2) 通过继电器控制真空接触器可按照无功的实时情况对补偿电容进行合理控制。控制器还具有过压、欠压、过流、速断、10Min、动作次数、缺相等保护;

3) 提供准确的时钟，并能存储必要的电量数据。

4) 数码管显示电量数据，并可通过按键调整参数。

5) 通过RS-232串口通信模块实现通信。通过无线通信能调出控制器中的实时数据和历史数据。其中历史数据包括近两个月的整点数据和近100次的动作记录。

6.2 算法实现

(1) 运算算法

运算算法结构如图4 所示。

控制器只采集线路上的一个线电压和一个相电流来对线路的电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因数进行计算。电压和电流的有效值由CS5460进行硬件计算。在线路的电压和电流都为三相对称的情况下，系统的无功功率为其中φ为功率因数角。又因为 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，并将它们送入CS5460里，按照有功功率的方法进行计算，再乘以 ，就得到实际线路的无功功率。有了无功功率，就可以求出系统的有功功率为功率因数为φ角的正负由无功功率的正负来判断，当Q>0时，φ>0，负载为感性;当Q

(2) 保护算法

保护算法如图5所示，程序按顺序依次判断是否执行各保护。其中，过流保护和过流速断保护判断的是电容器的电流，当电容器中任一相电流超过保护设定值时，即启动保护。 信息请登陆:输配电设备网

过压保护和欠压保护以过压值和欠压值来判断是否需要启动保护。缺相保护是判断当有一相电容器电流为零时，就启动保护。当电容器进入保护状态时，装置推出控制。其中过流和缺相保护还设置了保护位，当保护位被人工清除时，装置才可重新进入控制状态。

图5 保护算法

第7篇：动态无功补偿范文

关键词：功率因数 无功 补偿 供电

中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0091-01

1 立项背景

显德汪矿随着大量大容量感性设备的投入，功率因数远低于国家功率因数调整电费办法中0.90以上的规定，月平均增交39.8万元无功罚款。其大功率提升设备等频繁启动引起无功冲击，造成了电网电压波动与闪变。同时电子设备整流装置使用中产生的谐波，造成了配电网继电保护拒动和误动以及检测、监控系统误测、误报。使配电网电能质量进一步恶化，供电的可靠性、安全性降低。无功没有就地补偿，大量无功功率在电网中的流动，增加了线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。因此，如何提高功率因数，改善供电质量。安全供电，经济供电成为我矿急待解决的问题。

2 调研与选型设计

为了达到较好的无功补偿效果，保证电网供电质量。考虑系统谐波、电压波动与闪变达到国标要求，并保证系统总功率因数达标并且系统轻载时不过补。针对无功变化较快的情况，在现有治理方案中，以SVG为最佳方案。SVG系统响应时间≤10 ms，可以快速跟踪负荷的变化，追补无功尖峰，实现理想的实时补偿。而本身不产生谐波，同时对电网谐波与背景谐波具备治理能力。是当今无功补偿领域较为先进的补偿装置，技术成熟。经多方调研、论证，决定与山东泰开电力电子有限公司合作，对6 kV系统进行基于柔性技术的SVG静止同步动态无功集中补偿改造。

我矿35 kV变电站6 kV供电系统，是双回路、双母线分段加联络开关辐射供电方式。正常运行方式，合母线联络开关，一回路运行，一回路备用。经测算6 kV母线平均功率因数0.51，功率因数提高到0.98需要无功功率3.4Mvar，最终确定无功补偿容量为3.7 Mvar。为保证补偿的连续性、不间断性，故选用SVG-6/3.7 Mvar静止动态无功补偿装置两套，6 kV母线Ⅰ、Ⅱ段各安装一套。正常时一套运行，一套备用。

3 SVG的工作原理

SVG-3.7 Mvar静止同步动态无功补偿装置主要由连接电抗器、控制屏、启动柜和功率柜等组成。它以三相大功率电压源型变流器为核心，其输出电压通过电抗器接入6kv系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节桥式电路其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质与容量。当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。串联电抗器的主要作用是将SVG与电网连接起来，实现能量的缓冲，同时减少SVG输出电流的谐波含量。

4 应用效果

两套SVG-3.7Mvar静止同步动态无功补偿装置，于2011年8月安装调试运行，正常运行状态下补偿效果较好，功率因数达0.98以上，电网谐波、电压波动与闪变等电能质量经测试均符合标准要求。使用中发现存在如下几个问题，需进一步改进。

（1）功率柜中功率单元控制板故障率较高，停机维护次数多，时间长。

（2）整套装置发热量大而通风散热效果不佳，夏季超温停机频繁。对此我们在室内安装空调解决了此问题。

（3）功率柜内各功率单元的IGBT工作中发热量较大，散热采用柜顶安装大功率抽风机通过风道排出室外。由于风机抽风的原因，将大量灰尘吸入室内和SVG功率柜，因此，定期更换功率柜门的防尘过滤棉，定期清扫功率柜内功率单元上的灰尘，经常打扫动态无功补偿室成为一项准常态工作。否则超温停机，建议改进散热方式。

5 经济与社会效益

（1）减少电能损失。

高压6 kV母线无功就地补偿，降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，其中：主供365线路年节约线路损耗电费：补偿后流过线路电流减少量ΔI=（P/√3×U×cosφ1）-（P/√3×U×cosφ2）=8000/1.732×35×0.51-8000/1.732×35×0.98=124.1 A。线路损耗有功功率减少P损=3I2R=3×128.652×0.2345Ω/km×7.8 km/1000=90.8 kw。年节约电费：90.8×24小时×365天×0.7元/kwh=55.68万元。

（2）减少矿电费支出。

未补偿前，电力设备从电网吸取过多的无功电力，没有达到无功就地平衡，按供电局颁发《功率因数调整电费办法》，月平均增收无功罚款39.8万元。安装无功补偿装置后每月不仅无罚款，而且还奖励0.95～1.2万元。

（3）减少主变压器增容投资。

我矿主变容量12500 kVA，用电高峰期经常出现满负荷运行，计划增容改造。无功就地补偿后，功率因数提高，视在功率S值相应下降。也即主供变压器实际使用容量减少，相对容量增加了ΔS=S1-S2=P（1/cosφ1-1/cosφ2）。变压器潜力得到充分挖掘，节约了变压器增容一次性资金投入。同时节约了每月支付给电业部门按变压器容量收取的增容部分基本电费。

第8篇：动态无功补偿范文

关键词：电力系统 能量损耗 无功功率补偿 MTSC装置

为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50 年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。

在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U 与I 的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数cosφ补偿电路如图1 所示。

电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ< 0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个，这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。

2 　现有补偿装置存在的问题及解决方法

上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电力网的角度来分析。为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压、功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。

另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。

由矢量图可列

式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损

耗角

由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现象。为及时发现并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果及时发送给控制终端，便于及时维修更换，避免事故的发生。

对于功率因数补偿问题，多年来，人们一直在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。

由图可见，前端补偿只补偿了10 kV以上供电网的无功电流，400 V低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采用节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制一种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置(MTSC) 。将此装置安装于居民(或商业) 用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿控制方案，如图

由图可见，采用这种方式后，对于变压器至用户集中配电箱这段电路的线路损失也得到了补偿，其带来的经济效益是相当可观的。

3 　动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现

3.1 　采集传输参数

(1) 变压器工作温度T1 ～ T6

(2) 各相电源电压　UA UB UC

(3) 各相电流　IA IB IC

(4) 功率因数　cosφA cosφB cosφC

(5) 无功电流　I rA I rB I rC

(6) 负荷馈电处电压　V a V b V c

(7) 切入补偿通道号　Ac1～4 Bc1～4 Cc1～4

(8) 电力电容器工作温度　t1 ～ t12

(9) 可控硅功率组件温度　tk1 ～ t k12

(10) 有功功率　PA PA PA

(11) 无功功率　QA QB QC

(12) 视在功率　S A SB S C

(13) 台区用户电量　最多为30 个单元720户

3.2 　采集传输控制参数

(1) 电力电容投切保护控制　12 路开关量

(2) 可控硅过流保护控制　12 路开关量

(3) 可控硅过压保护控制　12 路开关量

(4) 用户窃电、欠费停/ 供电控制　最多720个开关量

3.3 　采集传输控制系统方块图及各部分的作用

采集传输控制系统方块图如图6 所示。

3.3.1 　传感器部分

传感器部分将现场的电流、电压、温度、功率等参数变成采集传输控制器所能识别的信号(一般为0～5 VDC输入) ，以便采集传输控制器对其进行分析、计算，根据分析计算结果，发出相对应的控制信息，控制系统正常工作。

3.3.2 　电量采集控制器

电量采集控制器是集电量采集、传输、控制用户停/供电以及防窃电功能为一体的前端设备，安装于用户各单元配电箱中，能实时采集用户的用电信息，并具有防窃电功能，当用电户有窃电现象发生时，能及时发出报警信息，通过低压电力线载波传输给采集传输集中控制器，采集传输集中控制器再将信息通过传输媒体发送给终端接收控制设备(或控制窃电户停电) 。

3.3.3 　采集传输集中控制器

采集传输集中控制器是装于变压器台区内的一台主控机，它能同时采集64 路信号(模拟量或数字量) ，并能与30 台电量采集传输控制器通讯，进行电量计量、远程供/ 停电控制、窃电报警等操作。同时还能与现有的动态无功功率自动补偿装置相配合，将该装置的工作状态及相关参数通过传输媒体传输给终端计算机，达到全局网无功功率平衡补偿的目的。

3.3.4 　动态功率因数补偿控制器

动态功率因数补偿控制器是根据电网电压与电流的相位差来控制电力电容器组是否投切、投切极数的一种控制器，通过改变投切极数来改变无功电流大小而达到改变的目的。

3.3.5 　电力电容器组及可控硅开关组件

电力电容器组及可控硅开关组件是与动态功率因数补偿控制器相配合，完成动态功率因数补偿的一种附属组件，它能根据动态无功功率补偿装置所发出的控制信息完成相关的投切动作。

以上简述了系统组成及部分作用，其中，前端电量采集控制器是为今后推广应用远程电量管理而设置的，可根据实际情况决定取舍。

4 　结论

通过以上阐述，不难看出在原有的无功功率补偿产品的基础上，配置数据采集、传输、控制系统，能使整个输电网有效地联调，并得到很好的无功功率补偿效果。

参考文献

[1] 　诸俊伟。电力系统分析[M] 。北京：水利电力出版社，1995。

第9篇：动态无功补偿范文

【关键词】智能电网；动态无功补偿；谐波治理

1.引言

电压和谐波是电能质量的重要指标。电压水平直接反映为无功的平衡程度。机械式投切电容器和电抗器为代表的第一代静态无功补偿装置以及同步调相机为代表的第一代动态无功补偿装置，具有结构简单、经济方便的优点，在国内外获得广泛应用。由于机械开关响应速度（10-30s）无法跟踪负荷无功电流的快速变化，且易引起冲击涌流和操作过电压，70年代晶闸管等电力电子器件取代机械开关，诞生了第二代无功补偿装置，代表设备有晶闸管投切电容器TSC、晶闸管控制电抗器TCR和磁控电抗器MCR。第二代装置在调节响应速度上大大提升，但仍属于阻抗型装置，补偿性能受制于系统参数，且TCR/MCR本身就是谐波源，易产生谐波振荡放大等严重问题。70年代末，通过大功率电力电子器件高频开关实现无功能量变换的第三代无功补偿装置—自换相技术静止无功补偿装置（Static Var Generator，SVG）诞生，实现了无功补偿功能的飞跃。

智能电网（Smart Grids）是应用智能传感和测量技术、设备技术、控制方法及决策支持系统技术，以实现电网可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目标的电网智能化，其主要特征包括自愈、激励用户、抵御灾害、满足用户高电能质量需求、容许各种不同发电形式的接入、资产的优化高效运行等。无功补偿和谐波问题在智能电网环境下面临了新挑战：1）电力电子器件和智能组件大量应用，使得无功补偿和谐波问题更加复杂；2）电力负荷对电压和谐波指标提出了更高要求；3）智能电网特性要求无功补偿和谐波治理设备更智能、更快速响应、更高效。因此，研究智能电网环境下典型行业的动态无功补偿与谐波治理具有重要现实意义。

本文选取了智能电网最具代表性的风力发电、电动汽车和轨道交通3个行业领域，对其发电或负荷特征、需求分析、经济技术分析3个内容进行了详细讨论。分析结果表明，SVG型无功补偿装置和APF型谐波装置在综合性能和经济性上的平衡优势，是建设智能电网的关键组件。

2.风力发电

2.1 发电特征

风速、风向的不确定性以及风电机组的运行特性（风电机组类型复杂多样，其中感应异步电机型风电机组数量众多），使得风电机组输出功率是随机波动的，导致并网功率因数不合格、电压波动和稳定性差等问题，严重时可导致节点电压暂降。辅助组件大量采用电力电子器件，产生大量谐波电流。

2.2 智能电网环境下的需求分析

风力发电是世界各国智能电网战略的重要内容之一。智能电网环境将极大促进各类型、各规模风电场快速发展（发电容量比重超过10%），因此目前风力发电的低效、脆弱和低可靠性问题必须得以解决，使得：

1）满足风电场接入系统的稳定性要求，补偿传输线路、升压变压器和风电机组无功损耗，保持功率因数在0.95以上；

2）减少系统电压的波动对风机的影响，减少切机次数；

3）使风电场具有较好的低电压穿越能力；

4）配套装置成熟高效、维护简单、成本适中。

2.3 经济技术分析

可供风电场选择的无功补偿装置主要有以下几类：①分组电容器；②串联电抗器；③TCR型或MCR型可调式电容器组（SVC）；④SVG；⑤SVG+FC（补偿电容器组）5种类型。此5种类型无功补偿装置的经济技术分析对比如表1所示。在目前工程实际中，通常取方案②或取经济技术指标折中的方案⑤，进而根据需要合理设计补偿装置容量：

1）对于接入节点为电网关键节点的风电场或大型风电场，须以潮流计算为依据，并充分考虑系统现有补偿能力和风机无功调节能力，以确定无功补偿容量，目前我国西北风电基地常用的补偿方案为SVC+FC，SVC单独运行。

2）对于中小型风电场，考虑到其对电网影响相对较小，可按以下原则设计：对于恒速恒频风电机，补偿容量可按风电场装机容量的50%-60%设计；对于变速恒频风电机，补偿容量可按风电场装机容量的30%-40%设计；对于直驱同步风电机，补偿容量可按风电场装机容量的20%-30%设计；补偿方案通常选较经济的MCR型SVC。

3.电动汽车

3.1 负荷特征

主要负荷为电动汽车充电机和充电站系统。其负荷特征主要有：

1）电动汽车充电机和充电站系统为非线性负载，充电过程中将给电网注入较大谐波电流，谐波次数主要为次，1，2，3，…，即5次、7次、11次、13次等奇次谐波，次数越高，谐波幅值越小。

2）谐波与基波关系不固定，负载越轻，则谐波越大，基波越小；滤波电感越大，则谐波越小，基波越大。

3）大规模保有量的电动汽车实际充电行为是随机的，导致电力系统多个变电站负载率随机波动，常规无功补偿难以应对。

3.2 智能电网环境下的需求分析

目前常用电动汽车充电设备主要有以下两类：

1）不控整流设备+DC/DC变换器。优点是体积小、直流侧电压纹波小、动态响应快、高频隔离，缺点是变换效率低、电网侧电流总畸变率大（在30%左右），5次、7次、11次和13次等奇次谐波超出国标要求。

2）PWM整流设备+DC/DC变换器。优点是体积小、输出纹波低、动态性能好、功率因数高、变换效率高、电网侧电流总畸变率低，不需要配置的谐波治理装置，但由于目前价格昂贵，应用较少。

电动汽车是世界各国智能电网战略的重要内容之一。电动汽车与智能电网相互影响、共同推动。智能电网环境极大促进电动汽车以及各规模充电机（站）快速发展（我国规划目标是2020年电动汽车保有量达到500万辆以上）；电动汽车充放电特性可有效平抑电网负荷峰谷波动、接纳间歇性能源以及提高电网利用效率。因此目前电动汽车充电的低效、低可靠性、对电网电能质量影响大、造价昂贵等问题必须得以解决。

3.3 经济技术分析

可供电动汽车充电机（站）选择的谐波防治装置主要有以下几类：①无源滤波器；②有源滤波器（APF）；③无源+有源混合性滤波器3种类型。此3种类型谐波防治装置的经济技术分析对比如表2所示。

在目前工程实际中，基于经济技术性能的综合考虑，通常取方案②或取经济技术指标折中的方案③，进而根据需要合理设计补偿装置容量，其容量设计公式为：

（式2-1）

式中：为可靠系数，取1.05-1.20；为充电机充电效率；为充电机在交流电源输入端产生的谐波电流含有率；为单台充电机功率。

对于充电容量较大的充电站，还需考虑电力系统周边电容性补偿容量引发5次、7次谐振的可能，在规划工作中需做进一步做测试分析，必要时需考虑对电容性补偿容量进行改造（改为4.5%或6%电抗率）。

4.轨道交通

4.1 负荷特征

主要负荷为轨道交通的牵引和辅助供电系统。其负荷特征主要有：

1）行车频率的不连续性引起牵引负载率变化大，主变无功损耗和负荷电流变化大，因此，主变所需补偿容量变化范围大，需采用可靠的动态无功补偿装置。

2）在负载率较轻时（行车间隙），无功功率过剩，功率因数低；在负载率较重时（行车期），无功功率不足，功率因数同样低。

3）列车在行车过程中加速、制动、乘客人数、坡度、操作等因素亦使得牵引负荷随机波动。

4）轨道交通普遍存在多条线路由同一变电站供电的现象，受各条线路规划先后影响，供电网络规模和供电线路长度逐年增长，供电网络充电功率变化导致无功补偿需求变化。

5）城市轨道交通供电系统通常采用环网方式，且运行方式复杂，对无功补偿要求高。

4.2 智能电网环境下的需求分析

轨道交通是电动汽车在有轨公共交通领域的延伸，在欧洲、美国和我国有着重要战略地位。近年来，我国城市轨道交通迅猛发展，截止2012年，城市轨道线路五十余条，运营里程约1600公里，预计到2015年全国22个城市拥有79条城市轨道线路，运营里程2259.84公里。因此轨道交通的高速发展、高速大牵引力机车对电网的影响、合理控制造价等问题必须得以解决，使得：

1）经济且合理地补偿轨道交通的牵引和辅助供电系统的无功需求；

2）不对接入的城市电网产生谐波污染；

3）运行损耗小，节能降耗效果显著；

4）占地、电磁干扰等满足城市设施建设指标。

4.3 经济技术分析

可供轨道交通选择的无功补偿装置主要有以下几类：①分组电容器；②TCR型或MCR型SVC；③SVG；④SVG+FC；⑤有源电力滤波器（APF）5种类型，类型①-④的经济技术分析详见表1-1，类型⑤是一种特殊的SVG，经济技术性能可参考③。

在目前城市轨道交通工程实际中，由于SVG占地面积小、布置和扩展灵活、无需配套加装滤波设备的优点，使得采用SVG设备的方案在施工建设总投资费用上要优于采用SVC设备方案。

此外，SVG具有不产生谐波；运行损耗小；运行噪声低；电磁干扰小；具有快速电压支撑能力，可以充分提高牵引供电能力、提高牵引变压器等设备的利用率等突出优点，因此，不同于风力发电领域补偿方案选择的多样化，采用SVG设备的方案是城市轨道交通领域的最优选择。

5.结论

本文选取了智能电网最具代表性的风力发电、电动汽车、轨道交通3个行业领域，对其发电或负荷特征、需求分析、经济技术分析3个内容进行了详细讨论。分析结果表明，非线性、随机型负荷大量涌现是智能电网重要特征，现有传统无功补偿装置和谐波治理装置难以应对，SVG型无功补偿装置和APF型谐波治理装置在响应速度、可靠性等综合性能以及土地和空间占用、损耗、运行维护费用等经济性指标上的具有更好的平衡优势，可作为智能电网建设的关键组件。

本文目前仅就典型行业动态无功补偿和谐波治理中的负荷特征、需求分析、经济技术分析等问题进行了综述。事实上，在行业规模（如不同规模风电场的差异、电动汽车充电站规模差异）、设计差异（如周边电容性补偿容量对电动汽车充电站谐波治理装置容量设计的影响、城市空间对轨道交通补偿设备土地和空间的限制）、需求差异（如电动汽车分散式充电桩和集中式充电站）等问题上，动态无功补偿和谐波治理的规划设计工作存在差别，其研究对于工程实际具有重大价值，本文因篇幅问题留作后续详细讨论分析。

参考文献

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[3]百度百科.智能电网[EB/OL].http：///view/2222513.htm.

[4]石新春，杨京燕，.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[5]罗斌，綦光泽.大型风机并网的电能质量问题及解决方案[J].电力设备，2008，9（10）：19-23.