農(nóng)網(wǎng)平滑投切無功功率補(bǔ)償?shù)难芯?/h1>
2019-05-30 11:59:52牛軼霞
山東工業(yè)技術(shù) 2019年10期
牛軼霞
摘 要：我國農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)備大都比較陳舊、落后，隨著設(shè)備使用時(shí)間的增長，各種損耗就越來越大，因此并接電力電容器對(duì)感性負(fù)載的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償就顯得非常重要。本論文改變了以往常用的一次性并接電力電容器對(duì)感性負(fù)載的補(bǔ)償方法，而是采用多次無極差的投切方法對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，提高了農(nóng)村電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償；SVC；無極差
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.127
0 引言
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)技術(shù)也與時(shí)俱進(jìn)，農(nóng)網(wǎng)中的無功負(fù)載的容量也有所增加，大量的無功功率在電網(wǎng)的傳輸中造成電能損耗降低了電能的利用率影響了電能質(zhì)量，同時(shí)也造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失。10KV農(nóng)網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，它關(guān)系到農(nóng)村的生活、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方方面面。農(nóng)網(wǎng)的建設(shè)及穩(wěn)定是我國發(fā)展的基礎(chǔ)是不可或缺的環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償器多采用機(jī)械開關(guān)投切電容器將電容并聯(lián)到電網(wǎng)中，用此方法實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。然而，這種機(jī)械投切方式有很明顯的劣勢，經(jīng)過研究人們用晶閘管投切電容器代替機(jī)械投切開關(guān)。
本文將采用晶閘管投切電容器（TSC）構(gòu)成的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）作為農(nóng)網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償方式，硬件方面采用ARM芯片來控制，改芯片具有運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。提高了無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的智能化和實(shí)時(shí)性，提高了處理效率。最后，通過MATLAB軟件，搭建仿真系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行仿真。通過電壓的波形圖直觀的得出對(duì)比結(jié)果，驗(yàn)證了多次投切具有較好的穩(wěn)定性。
1 SVC裝置研究
1.1 SVC的基本原理
目前，SVC的類型有多種，有晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管控制高祖抗變壓器型（TCT）、晶閘管投切電抗器（TSR）和飽和電抗器（SR）等，基本類型是TCR和TSC。SVC的優(yōu)越性是它能連續(xù)快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率輸出。根據(jù)農(nóng)網(wǎng)的設(shè)備特點(diǎn)，本文選用了TSC型的補(bǔ)償器。
1.2 晶閘管投切時(shí)刻的選取
晶閘管投切電容器投切時(shí)間選取得條件。對(duì)于感性負(fù)載來說，并接電力電容器使得電路中的總電壓和總電流的夾角減小，就能提供電路的功率因數(shù)。由于純電容性負(fù)載的電壓滯后電流900，且實(shí)際并接的電容器均與電抗器串聯(lián)構(gòu)成無源濾波器，其無源濾波器的諧振頻率，，為諧波次數(shù)。要想使TSC投切時(shí)做到?jīng)]有沖擊電流存在的話，就必須滿足晶閘管在正弦交流電源電壓的最大值的時(shí)刻進(jìn)行可靠的觸發(fā)導(dǎo)通。要想實(shí)現(xiàn)晶閘管可靠導(dǎo)通，電容器就需要進(jìn)行提前充電，使其兩端電壓滿足要求，一般情況下，應(yīng)為電網(wǎng)電壓峰值的 倍。
2 補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)
補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)采用ARM公司生產(chǎn)的型號(hào)為STM32F107VCT6為控制芯片，并根據(jù)ARM運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的控制器系統(tǒng)，其應(yīng)能檢測系統(tǒng)的相關(guān)變量，計(jì)算出功率因數(shù)、無功功率以及所要投切的電容量，從而控制電容的分組投切實(shí)現(xiàn)它的無級(jí)差的無功功率補(bǔ)償。根據(jù)檢測電路的反饋量和給定量的偏差的大小，產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角，觸發(fā)晶閘管工作，調(diào)節(jié)補(bǔ)償器起到無功功率的補(bǔ)償作用。系統(tǒng)框圖如圖1所示：
2.1 硬件電路設(shè)計(jì)
整個(gè)無功補(bǔ)償裝置包括AD采樣模塊、無功功率計(jì)算、計(jì)算投切電容量、輸出使能信號(hào)、晶閘管投切電容器組。無功補(bǔ)償裝置主要是采用ARM公司生產(chǎn)的型號(hào)為STM32F107VCT6為主要控制芯片，并根據(jù)ARM運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。ARM的控制系統(tǒng)通過檢測、比較、運(yùn)算、數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。
2.2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件由以下幾部分組成：初始化程序：ARM系統(tǒng)正常工作所需的一些程序。1）數(shù)據(jù)處理程序：根據(jù)檢測電路得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過和給定進(jìn)行比較，應(yīng)用一些算法，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得到所需的各種參數(shù)。2）控制程序：根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過控制電路控制電容的投切，達(dá)到補(bǔ)償無功功率的目的。為了很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，所有的軟件均采用匯編語言進(jìn)行編寫。
3 MATLAB仿真結(jié)果分析
根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理，搭建系統(tǒng)仿真模型，利用MATLAB仿真軟件中Simulink 來對(duì)論文所涉及的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）進(jìn)行了仿真。本文采用三相電壓源產(chǎn)生的10KV電壓作為供電電源，無功功率的補(bǔ)償容量分別是8kvar、4 kvar、2 kvar、1 kvar，電容器容量分別是407.6μF、203.8μF、101.9μF、51μF。通過對(duì)構(gòu)建的仿真模型進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。
由圖2和圖3可以直觀的看出來補(bǔ)償前后的功率因數(shù)變化，這種方法將功率因數(shù)由之前的0.87-0.88之間提高到了0.96-0.98之間，滿足了預(yù)期效果。
4 結(jié)論
本文對(duì)10KV農(nóng)網(wǎng)存在的問題現(xiàn)狀做了總結(jié)與研究，提出了一種無極差的補(bǔ)償方式，利用由TSC構(gòu)成的SVC系統(tǒng)來對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，并通過MATLAB的Simulink來對(duì)其補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行仿真，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知該系統(tǒng)有穩(wěn)定性良好同時(shí)有效提高功率因數(shù)，從而提高了電網(wǎng)利用率。
參考文獻(xiàn)：
[1]程文等.低壓無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2012（08）.
[2]樸在林，譚東明，郭丹.10kV配電線路無功優(yōu)化智能系統(tǒng)的研究與實(shí)施[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（12）：206-210.
[3]譚東明，李明.10kV線路無功補(bǔ)償投切方式對(duì)降損效果的影響[J].農(nóng)村電氣化，2010（09）：22-23.
牛軼霞
摘 要：我國農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)備大都比較陳舊、落后，隨著設(shè)備使用時(shí)間的增長，各種損耗就越來越大，因此并接電力電容器對(duì)感性負(fù)載的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償就顯得非常重要。本論文改變了以往常用的一次性并接電力電容器對(duì)感性負(fù)載的補(bǔ)償方法，而是采用多次無極差的投切方法對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，提高了農(nóng)村電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償；SVC；無極差
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.127
0 引言
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)技術(shù)也與時(shí)俱進(jìn)，農(nóng)網(wǎng)中的無功負(fù)載的容量也有所增加，大量的無功功率在電網(wǎng)的傳輸中造成電能損耗降低了電能的利用率影響了電能質(zhì)量，同時(shí)也造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失。10KV農(nóng)網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，它關(guān)系到農(nóng)村的生活、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方方面面。農(nóng)網(wǎng)的建設(shè)及穩(wěn)定是我國發(fā)展的基礎(chǔ)是不可或缺的環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償器多采用機(jī)械開關(guān)投切電容器將電容并聯(lián)到電網(wǎng)中，用此方法實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。然而，這種機(jī)械投切方式有很明顯的劣勢，經(jīng)過研究人們用晶閘管投切電容器代替機(jī)械投切開關(guān)。
本文將采用晶閘管投切電容器（TSC）構(gòu)成的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）作為農(nóng)網(wǎng)的無功功率補(bǔ)償方式，硬件方面采用ARM芯片來控制，改芯片具有運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。提高了無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的智能化和實(shí)時(shí)性，提高了處理效率。最后，通過MATLAB軟件，搭建仿真系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行仿真。通過電壓的波形圖直觀的得出對(duì)比結(jié)果，驗(yàn)證了多次投切具有較好的穩(wěn)定性。
1 SVC裝置研究
1.1 SVC的基本原理
目前，SVC的類型有多種，有晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管控制高祖抗變壓器型（TCT）、晶閘管投切電抗器（TSR）和飽和電抗器（SR）等，基本類型是TCR和TSC。SVC的優(yōu)越性是它能連續(xù)快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率輸出。根據(jù)農(nóng)網(wǎng)的設(shè)備特點(diǎn)，本文選用了TSC型的補(bǔ)償器。
1.2 晶閘管投切時(shí)刻的選取
晶閘管投切電容器投切時(shí)間選取得條件。對(duì)于感性負(fù)載來說，并接電力電容器使得電路中的總電壓和總電流的夾角減小，就能提供電路的功率因數(shù)。由于純電容性負(fù)載的電壓滯后電流900，且實(shí)際并接的電容器均與電抗器串聯(lián)構(gòu)成無源濾波器，其無源濾波器的諧振頻率，，為諧波次數(shù)。要想使TSC投切時(shí)做到?jīng)]有沖擊電流存在的話，就必須滿足晶閘管在正弦交流電源電壓的最大值的時(shí)刻進(jìn)行可靠的觸發(fā)導(dǎo)通。要想實(shí)現(xiàn)晶閘管可靠導(dǎo)通，電容器就需要進(jìn)行提前充電，使其兩端電壓滿足要求，一般情況下，應(yīng)為電網(wǎng)電壓峰值的 倍。
2 補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)
補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)采用ARM公司生產(chǎn)的型號(hào)為STM32F107VCT6為控制芯片，并根據(jù)ARM運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的控制器系統(tǒng)，其應(yīng)能檢測系統(tǒng)的相關(guān)變量，計(jì)算出功率因數(shù)、無功功率以及所要投切的電容量，從而控制電容的分組投切實(shí)現(xiàn)它的無級(jí)差的無功功率補(bǔ)償。根據(jù)檢測電路的反饋量和給定量的偏差的大小，產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角，觸發(fā)晶閘管工作，調(diào)節(jié)補(bǔ)償器起到無功功率的補(bǔ)償作用。系統(tǒng)框圖如圖1所示：
2.1 硬件電路設(shè)計(jì)
整個(gè)無功補(bǔ)償裝置包括AD采樣模塊、無功功率計(jì)算、計(jì)算投切電容量、輸出使能信號(hào)、晶閘管投切電容器組。無功補(bǔ)償裝置主要是采用ARM公司生產(chǎn)的型號(hào)為STM32F107VCT6為主要控制芯片，并根據(jù)ARM運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。ARM的控制系統(tǒng)通過檢測、比較、運(yùn)算、數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。
2.2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件由以下幾部分組成：初始化程序：ARM系統(tǒng)正常工作所需的一些程序。1）數(shù)據(jù)處理程序：根據(jù)檢測電路得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過和給定進(jìn)行比較，應(yīng)用一些算法，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得到所需的各種參數(shù)。2）控制程序：根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過控制電路控制電容的投切，達(dá)到補(bǔ)償無功功率的目的。為了很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，所有的軟件均采用匯編語言進(jìn)行編寫。
3 MATLAB仿真結(jié)果分析
根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理，搭建系統(tǒng)仿真模型，利用MATLAB仿真軟件中Simulink 來對(duì)論文所涉及的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）進(jìn)行了仿真。本文采用三相電壓源產(chǎn)生的10KV電壓作為供電電源，無功功率的補(bǔ)償容量分別是8kvar、4 kvar、2 kvar、1 kvar，電容器容量分別是407.6μF、203.8μF、101.9μF、51μF。通過對(duì)構(gòu)建的仿真模型進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。
由圖2和圖3可以直觀的看出來補(bǔ)償前后的功率因數(shù)變化，這種方法將功率因數(shù)由之前的0.87-0.88之間提高到了0.96-0.98之間，滿足了預(yù)期效果。
4 結(jié)論
本文對(duì)10KV農(nóng)網(wǎng)存在的問題現(xiàn)狀做了總結(jié)與研究，提出了一種無極差的補(bǔ)償方式，利用由TSC構(gòu)成的SVC系統(tǒng)來對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，并通過MATLAB的Simulink來對(duì)其補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行仿真，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知該系統(tǒng)有穩(wěn)定性良好同時(shí)有效提高功率因數(shù)，從而提高了電網(wǎng)利用率。
參考文獻(xiàn)：
[1]程文等.低壓無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2012（08）.
[2]樸在林，譚東明，郭丹.10kV配電線路無功優(yōu)化智能系統(tǒng)的研究與實(shí)施[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（12）：206-210.
[3]譚東明，李明.10kV線路無功補(bǔ)償投切方式對(duì)降損效果的影響[J].農(nóng)村電氣化，2010（09）：22-23.
