CN103066609A - 低压配电系统快速无功补偿方法 - Google Patents

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陈勇
盛连军
苏国豪
吴家华
张建兴
包虎平
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Jiangsu Fangcheng Electric Science and Technology Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Municipal Electric Power Co
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Abstract

本发明涉及一种低压配电系统快速无功补偿方法，该方法适用于低压交流电网的无功补偿，包括以下步骤：1)电流采集模块采集电网中电压、电流信号以及由逆变模块输出至电网的无功补偿电流，并输送至控制模块内；2)控制模块采用实域数字移相法进行计算，并分离出其中的无功成分；3)将分离出的无功成分与输出至电网的无功补偿信号进行比较，获取差值；4)控制模块根据该差值，经滞环比较器处理后送至逆变模块，由滞环跟踪补偿无功发生器对电网进行实时无功补偿。与现有技术相比，本发明能够自动对低压交流电网中的无功电流进行补偿，抑制电压波动和闪变，从而提高电网的运行效率。

Description

低压配电系统快速无功补偿方法
技术领域
本发明涉及配变电技术，尤其是涉及一种低压配电系统快速无功补偿方法。
背景技术
我国的电网主要依靠电压等级进行区分，其中66kV/110kV被称为高压配电系统，20kV/10kV/6kV为中电压配电系统，而220V/380V为低电压配电系统。配电系统中广泛存在的问题是供电可靠性、电能质量问题以及传输效率问题。其中的传输效率是指配电系统输送至用户的电能，与从输电网络中获得的电能的比值。输送效率与多种因素相关，其中一个重要问题就是无功补偿问题。交流电在通过实际负载时，由于其不可能是纯容性或纯感性的原因，使得有相当部分电能不做功而被消耗，成为无功功率，因此需要对线路中的无功功率进行补偿，这便是无功补偿需要完成的任务。采用合理方式对用电设备进行无功功率的补偿有以下效果：向电力系统提供或从系统中吸收无功功率，稳定受电端及电网的电压；改善输电系统的稳定性，提高输电能力；提高发电机的有功输出能力；降低各种设备发热，提高设备利用率等。
在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速精确调节，在保证母线功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够自动对低压交流电网中的无功电流进行补偿，抑制电压波动和闪变，从而提高电网的运行效率的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低压配电系统快速无功补偿方法，该方法适用于低压交流电网的无功补偿，包括以下步骤：
1)电流采集模块采集电网中无功电流信号以及由逆变模块输出至电网的补偿电流信号，并输送至控制模块内；
2)控制模块采用实域数字移相法对电流信号进行处理，分离出其中的无功成分；
3)将分离出的无功成分与输出至电网的补偿电流信号进行比较，获取差值；
4)控制模块将该差值送入滞环比较器，经处理后输出控制信号调整逆变模块输出至电网的补偿电流信号。
电流采集模块通过电流互感器采集电流信号。
控制模块采用数字处理芯片进行处理，电流采集模块采集的信号在输入控制模块后，首先进行A/D转换处理。
电流信号的无功成分检测采用时域数字移相法计算无功功率。
所述的控制模块采用滞环比较，由滞环跟踪补偿无功发生器对电网进行实时无功补偿。
步骤4)中逆变模块由直流电容作为储能元件提供能量，通过三相桥式逆变电路经电抗器向交流电网输出补偿电流。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、提高线路输电稳定性
在配变低压侧安装柔性无功补偿装置，不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，抬高线路电压，提高输电线路有效输电容量，而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节，阻尼系统振荡，提高输电系统稳定性。
2、维持受电端电压，加强系统电压稳定性
对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而柔性无功补偿装置具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。
3、补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗
电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功；同时，配电网络中线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。
4、抑制电压波动和闪变
电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的，负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。柔性无功补偿装置能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种低压配电系统快速无功补偿方法，该方法适用于低压交流电网的无功补偿，包括以下步骤：
步骤1：电流采集模块通过电流互感器采集电网中负载侧的电流信号以及由逆变模块输出至电网的补偿电流信号，并输送至控制模块内进行处理，其中，无功成分检测采用时域数字移相法，该方法不仅在电网电压畸变时适用，在电网电压不对称时也同样有效。
步骤2：控制模块对输入的采样信号进行处理，分离出其中的无功成分。由于控制模块采用数字处理芯片实现功处理功能，因此电流采集模块采集的信号在输入控制模块后，首先要进行A/D转换处理。
步骤3：将分离出的无功成分与输出至电网的补偿电流信号进行比较，获取差值；
步骤4：控制模块将该差值送入滞环比较器，经处理后输出控制信号调整逆变模块输出至电网的补偿电流信号。其中，控制模块采用滞环跟踪补偿法，获取的差值经比例放大环节后，通过滞环比较器与给定的补偿电流进行比较，二者的产生的延时作为逆变模块的开关的动作时刻，达到脉宽调制的精确控制。
而逆变模块由直流电容作为储能元件提供能量，通过三相桥式逆变电路经电抗器向交流电网输出补偿电流。由于直流电容的电压稳定控制是无功补偿精准快速补偿的十分重要的环节，对直流电容的电压进行控制，使其保持补偿效果具有重要意义。本实施例中，采用了PI模糊控制理论，通过适当的参数设计及工程试验整定，设计出适当的控制参数，达到了较好了直流电压控制效果。三相桥式逆变电路中采用IGBT作为逆变元件，IGBT是一种N沟道增强型场控(电压)复合器件，它兼有了POWER MOSFET和双极性器件的优点：高的输入阻抗(容抗性质)、开关频率高(可达20KHZ)、速度快、安全工作区宽；饱和压降比较低，甚至接近GTR的饱和压降，耐压高、电流大。具有投切无冲击、无暂态过电压，使用寿命长和动态响应快等优点。

Claims (6)

1.一种低压配电系统快速无功补偿方法，该方法适用于低压交流电网的无功补偿，其特征在于，包括以下步骤：
1)电流采集模块采集电网中无功信号以及由逆变模块输出至电网的补偿电流信号，并输送至控制模块内；
2)控制模块采用实域数字移相法对电流信号进行处理，分离出其中的无功成分；
3)将分离出的无功成分与输出至电网的补偿电流信号进行比较，获取差值；
4)控制模块将该差值送入滞环比较器，经处理后输出控制信号调整逆变模块输出至电网的补偿电流信号。
2.根据权利要求1所述的一种低压配电系统快速无功补偿方法，其特征在于，所述的电流采集模块通过电流互感器采集电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种低压配电系统快速无功补偿方法，其特征在于，所述的控制模块采用数字处理芯片进行处理，电流采集模块采集的信号在输入控制模块后，首先进行A/D转换处理。
4.根据权利要求1所述的一种低压配电系统快速无功补偿方法，其特征在于，电流信号的无功成分检测采用实域数字移相法计算无功功率。
5.根据权利要求1所述的一种低压配电系统快速无功补偿方法，其特征在于，所述的控制模块采用滞环比较跟踪法得出调制信号，实时补偿无功。
6.根据权利要求1所述的一种低压配电系统快速无功补偿方法，其特征在于，步骤4)中逆变模块由直流电容作为储能元件提供能量，通过三相桥式逆变电路经电抗器向交流电网输出补偿电流。
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