CN1021682C

CN1021682C - 无功功率高低压共同补偿系统

Info

Publication number: CN1021682C
Application number: CN 90104850
Authority: CN
Inventors: 陈小华; 陆保兴; 刘峻涛; 罗谋杰; 孙达昕
Original assignee: SANXING ELECTRIC EQUIPMENT FACTORY NANCHANG
Current assignee: SANXING ELECTRIC EQUIPMENT FACTORY NANCHANG
Priority date: 1990-07-21
Filing date: 1990-07-21
Publication date: 1993-07-21
Anticipated expiration: 2005-07-21
Also published as: CN1050797A

Abstract

一种无功功率高低压共同补偿系统，采样器件可以接在电力变压器低压侧采样，也可以接在电力变压器高压侧采样，用可调低压无功源对电力变压器低压侧无功功率进行低压适度过补偿，以实现由可调低压无功源共同补偿电力变压器两侧的高、低压无功功率。实施本发明对配电变压器及供电变压器自身所需无功功率进行补偿，可以改善其电压输出特性，使电力系统无功运行优化，从而大部分或部分地避免电力变压器无功消耗所带来的有功损耗。

Description

本发明涉及交流干线或交流配电网络中调整、消除或补偿的装置，尤其涉及一种无功功率高低压共同补偿系统。

采用自动投切或固定投切电容器补偿电网匮乏的无功电力方式已经得到广泛应用。但都属于单一无功电源补偿单一无功负荷。对于具有电压突变、处于电力系统分界处的供用电设备，即变、配电变压器，统称电力变压器，其自身的无功功率需求，迄今为止，尚未有适用的补偿方式和实用的补偿设备。日本公开特许JP52-136347公开了一种《无功功率补偿装置》，其无功功率检测器虽已涉及从变压器高压侧检测电压，却仍是在低压侧检测电流。由于电压可近似认为是定值，而电流是直接反映变压器无功功率变化的重要参数，因而其检测器不可能实现共同反映变压器自身的无功需求量和负荷的无功变化量。它检测出来的电压、电流及两者的乘积。仅仅是反映低压侧负荷的无功功率变化。自然，这样的无功功率补偿装置不可能对变压器自身的无功需求量进行补偿。而变压器对无功的需求量，约占电网总无功量的20%，用户累积起来的无功功率的浪费是十分惊人的。

本发明旨在利用电力用户现有的低压并联电容器补偿或者只需增添若干并联低压电容器就能共同补偿电力变压器的无功功率消耗，提出一种同时就近补偿低压和适度补偿高压无功消耗的无功功率高低压共同补偿系统。

配电系统中，传统的无功功率补偿是用户配用低压无功源Q，一般为低压并联电容器组。其补偿量可调或不可调，此时，电网提供的无功源Q1用于补偿供用电产权分界线处主要是电力变压器PT的高压无功负荷∑Q，而低压无功源Q用于补偿用户产生的低压无功负荷Q2，即按产权界线由供电方和用户各自单一实施无功补偿。本发明对传统的单一补偿方式作出重大改进，其基本思想是将电力变压器PT外特性曲线应用区域由低压欠补区最多至全补区拓展到适度过补区、允许过补区和过度过补区，用可调低压无功源Q对电力变压器PT低压侧无功功率进行低压适度过补偿，以实现由可调低压无功源Q共同补偿电力变压器PT两侧的高压无功负荷∑Q和低压无功负荷Q2，并避免过度过补，其同补系统实施的基本条件有：

1.Q-Q1＝0（无功功率既不需要电力系统供给，也不反馈给电网）;

2.Q＞Q2（无功源的容量要大于氏压无功负荷）;

3.Q≤Q2+∑Q（若Q＞Q2+∑Q，会产生无功倒送）;

4.△U≤5%（电力变压器输出电压偏差应满足电力运行规程要求）。此外，对电力变压器无功功率的理论计算可给出公式∑Q＝Q0+Q＝Q0+Qeβ²

式中：∑Q-电力变压器无功功率的综合消耗（高压无功负荷）。

Q0-电力变压器空载时的无功功率消耗，可近似认为不变;

Qk-电力变压器负载的无功功率消耗，随负载电流变化而变化;

β-负载率;

Qe＝U%，Se-β＝1负载时的无功消耗;

Se-电力变压器额定容量;

Uk-电力变压器短路电压（或称阻抗电压）;

U%-电力变压器短路电压标么值。

该公式是确定无功补偿装置用于高低压同补的自动控制特性的理论依据。

本发明与传统的无功功率补偿系统一样是由信号检测部件1.逻辑控制部件2、输出电路3、执行电路4、可调无功低压源5、附加功能电路6和稳压电源7等七大部件组成。信号检测部件1和现有的无功功率补偿系统的信号检测部件一样也包括设有采样一相相电流的电流互感器LB和并联在电流互感器LB次级两端的采样电阻R1的采样器件8、无功检测电路9、放大器11、采用计算机类智能电路的逻辑控制部件2时，信号检测部件1还包括A/D模数转换单元12。

作为本发明的技术特征之一是采样器件8接在电力变压器PT低压侧abc三相采样时，无功检测电路9由高压无功检测支路9′、低压无功检测支路9″和迭加电路10组成。采样器件8输出并联接至高压无功检测支路9′、低压无功检测支路9″，然后在迭加电路10迭加，再经放大器11放大。信号检测部件1交替采集电压信号与电流信号，最终在此完成信号采集。作为本发明的又一技术特征是采样器件8接在电力变压器PT高压侧的ABC三相采样时，采样器件8相应增设有采样另两相相电压的采样变压器B，且其次级接有将采样相电压降至安全电压范围的隔离变压器B′，高压侧采样相电压和相电流直接输入无功检测电路9，再经放大器11放大，完成信号采集，在高压侧测取信号，控制低压侧电容器的投切。这种方案适用于高压供电高压计量用户。当然，在供电部门许可下，高压供电低压计量用户也可以应用。但都要求配套解决安全供电和计量精度问题。

本发明在低压侧采样，即所谓低测低控方案，通过调整信号检测部件1高压无功检测电路9′的参数，可以从低压侧得到反映高压无功负荷∑Q＝Qo+Qeβ²的检测信号，同时，又从低压无功检测电路9″得到相应的低压无功负荷Q2＝UacibSinφ₂，最后在迭加电路10得到反映高低压无功量Q＝∑Q+Q2的参数。

本发明在高压侧采样，即所谓高测低控方案，无功检测电路9检测高压侧的信号UAC和iB，根据前述同补系统实施的基本条件Q1＝Q＝∑Q+Q2＝UACiBSinφ₁，因此，完全能达到由低压无功源Q同时补偿高压无功功率∑Q和低压无功功率Q2的目的。

逻辑控制部件2可以采用以单片机为主体，例如中央处理单元8031的智能化全自动控制电路，如果受实施条件限制，也可以采用半自动即半可调的控制方式。只要根据电力变压器的型号与规格计算出其不变的激磁无功功率，在低压无功源Q中配置相应的电容器量，以固定方式相补偿，以达到满足电力变压器PT高压侧部分无功功率需求的目的。放大后的无功检测信号经A/D模数转换单元12，将模拟无功量转换为数字量，输入逻辑控制部件2，经比较和判断后输出控制信号分别至输出电路3和附加功能电路6。附加功能电路6可包括电容器投切指示电路、数码显示电路及其他声光指示或报警电路等通用电子线路。

输出电路3与执行电路4为通常采用的电路。前者的功能是将逻辑控制部件2送来的逻辑关系信号，即投、切移相电容器的单值命令信号放大，并输出至执行电路4。而执行电路4根据由信号检测部件1确定的参数所决定的逻辑关系信号再输出强电流信号直接控制对可调无功低压源5即并联移相电容器组的投切，以实现对电网供用电边界处无功功率高低压的共同补偿。从而保证变压器PT高压侧的功率因数值为0.95-1.0（均为滞后值）。也就是说，通过上述电路，实施本发明的可控或半可控低压适度过补偿，就可在基本不增加投资和设备的情况下，既可完全补偿变压器PT低压侧负荷的无功功率，又能够全部或大部分补偿变压器PT自身的无功需求量。

实施本发明，是对传统的无功功率单一补偿方式的重大改进。由配电系统扩展到供电系统，在广泛范围内采用低压适度过补偿，对配电变压器及供电变压器自身所需无功功率进行补偿，可以改善其电压输出特性，使电力系统无功运行优化，从而大部分或部分地避免电力变压器无功消耗所带来的大量有功损耗，产生显著的社会经济效益。

值得强调的是，在本发明权利要求书范围内，对本发明方案的具体实施方式都不应认为是改变了本发明的主要技术特征。

本发明有以下附图：

图1为本发明的系统方框图;图中8′和8″分别为接在电力变压器PT高压侧、低压侧的采样器件8。

图2为本发明实施例1低测低控方案的信号检测部件1电原理图;

图3为本发明实施例2高测低控方案的信号检测部件1电原理图。

实施例1：低测低控方案

结合图1、图2，对本发明的具体实施作进一步的说明。

本发明的高压无功检测支路9′由采样电阻R1并从与之并联的电流互感器LB输出值调节电位器W1取出低压侧电网b相电流信号1b，经二极管D1整流和电阻R2、R3分压，分别输入4电压比较器LM339，以组成4个子检测电路（图2中仅示出1个），与负荷率调节电位器W2预定的电位量相比较后，分别经电阻R5、R6、R7与R8输出相应的4个脉冲信号（图2中仅示出1路）。输出值调节电位器W₁供不同容量，型号和规格的电力变压器在不同负荷时作调整用，通过调节电位器W1和W2，可以从低压侧得到反映高压无功负荷∑Q＝Qo+Qeβ²的检测信号。

本发明的低压无功检测支路9″是以晶体管BG1（3BG130）为核心与降压电阻R9、R10，反馈电阻R11，二极管D2、稳压二极管D3、D4，电容C1、C2等元件组成的限幅、滤波、反馈电路所构成的相敏放大器。经降压电阻R9、R10取自低压侧电网ac相电压Uac和由采样电阻R1取出的b相电流信号1b都加至相敏放大器进行相敏放大，转变成低压无功信号Q2＝UacibSinφ₂。

迭加电路10包括4个子迭加电路，它们分别由晶体管BG2、BG3、BG4、BG5（4×3DG12）及其相应输出电位器W4、W5、W6、W7和平衡电位器W3构成。高压无功检测支路9′的4个子检测电路与低压无功检测支路9″的输出信号都送至迭加电路10相应的4个子迭加电路。迭加电路10的输出就是低压无功量Q2与通过晶体管BG2、BG3、BG4、BG5的通断而接入或切除的4个子迭加电路相应的高压无功量∑Q综合迭加成的高低压无功量Q＝∑Q+Q2，送至后级的放大器11与A/D模数转换单元12。最后由本发明的执行电路4根据信号检测部件1确定的参数，即反映高低压无功量Q＝∑Q+Q2的参数所决定的逻辑关系信号，完成对可调无功低压源5，即并联电容器组的自动投切操作，以实现对电网无功功率高低压共同补偿。

实施例2：高测低控方案

结合图3，仅对本发明的信号检测部件1的采样器件8接在电力变压器PT高压侧的ABC三相采样的工作过程作进一步说明。

采样高压侧两相AC相电压的变压器B次级接隔离变压器B′，使之降至为20伏的电压信号UAC，以电阻R12、R13送至无功检测电路9的电压输入端，采样电阻R1并联接至电流互感器LB次级，将电压信号转变为电流信号iB，经电阻R14、R15输入运放器YF，然后送到无功检测电路9的电流输入端，即无功检测电路9检测的信号是取自高压侧信号UAC和iB，输出接至逻辑控制部件2，其控制量相应的是Q1＝UACiBSinφ₁，因此完全能达到由低压无功源Q同时补偿高压无功功率∑Q和低压无功功率Q2的目的。

图3中整流器ZL，滤波电容C3和稳压二极管D5、D6组成稳压电源，电阻R16为运放反馈电阻。

Claims

1、一种由信号检测部件1、逻辑控制部件2、输出电路3、执行电路4、可调无功低压源5、附加功能电路6和稳压电源7等七大部件组成的无功功率高低压共同补偿系统，信号检测部件1包括设有采样一相相电流的电流互感器LB和并联在电流互感器LB次级两端的采样电阻R1、可以接在电力变压器PT低压侧abc三相采样，也可以接在电力变压器TP高压侧ABC三相采样的采样器件8、无功检测电路9、放大器11、采用计算机类智能电路的逻辑控制部件2时，信号检测部件1还包括A/D模数转换单元12，其特征在于用可调无功低压源5对电力变压器PT低压侧无功功率进行低压适度过补偿，以实现由可调低压无功源5共同补偿电力变压器PT两侧的高、低压无功功率，无功检测电路9由高压无功检测支路9′，低压无功检测支路9″和迭加电路10组成，采样器件8输出并联接至高压无功检测支路9′，低压无功检测支路9″，然后在迭加电路10迭加，再经放大器11放大，采样器件8高压侧采样相应增设有采样另两相相电压的采样变压器B，且其次级接有将采样相电压降至安全电压范围的隔离变压器B′，高压侧采样相电压和相电流直接输入无功检测电路9，再经放大器11放大，放大后的无功检测信号，经A/D模数转换单元12将模拟量转换为数字量，输入逻辑控制部件2经比较和判断后输出控制信号分别至输出电路3和附加功能电路6，而输出电路3再次将控制信号放大并输出至执行电路4，由执行电路4再输出强电流信号直接控制可调低压无功源5中电容器投切。