CN104678219B - 一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，包括以下步骤：将升流器和电缆等效为一个负载阻抗，调压器输出端等效为电源输入，测量负载阻抗角、负载电压有效值和负载电流有效值；计算负载阻抗；计算补偿电容的大小；确定试验负载电流，计算通过补偿电容的电流值；根据已有电容器的电容值等级、总的补偿电容电流以及总的补偿电容值，确定分配到不同电容等级补偿电容的电流值，然后选择分配电流未超过补偿电容额定电流的电容器；在符合额定电流要求的电容器中，在两个符合条件的电容器中进行选择；确定最优的补偿配合。采用本发明，可以通过试验的方法得出系统发生并联谐振时的补偿电容，为试验人员选择电容器的总电容值提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路电容补偿配合研究领域，特别涉及一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法。
背景技术
在电力系统中，由于输电线路感性以及感性负载的接入，如电动机、变压器、日光灯、电弧炉等大多属于电感性负荷，使得系统的功率因数较低。较低的功率因数会降低系统的供电效率，不利于供电环境的改善。因此往往需要对系统进行无功补偿，以提高线路有功功率的传输，降低线路无功损耗。对于供电部门而言，通过无功补偿提高功率因数是一项收效快、且投资少的节能减损措施，它能帮助降低电能损耗，改善电能质量，同时有利于用户用电设备的安全运行。同时，国内一些科研机构由于研究的需要，需要搭建大电流或大电压的试验系统，如搭建大电流升流试验系统，对负载进行温升试验。由于这些试验系统的负载对象往往呈感性，为了降低电能消耗，同时保证系统设备安全运行，也需要对系统进行无功补偿。
无功补偿的方法有多种。对于大电流试验系统，其包括依次连接的220V/380V电源、稳压器、调压器、升流器、电缆。其基本原理是通过升流器在电缆端产生低电压、大电流。系统的无功补偿是通过在升流器输入端并联多个补偿电容实现的，因而不能自动补偿。由于各个补偿电容的容量不同，电容值不同，在进行补偿时，需要用多个电容器进行配合，配合的原则是既要保证补偿的总电容值满足计算要求，又要保证补偿电流不会超过补偿电容器的额定电流。因此，有必要找到一种合适的补偿电容配合方法，以符合补偿原则
发明内容
本发明的目的是解决如何进行补偿电容配合的问题，提供一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，该方法可以在保证满足额定电流条件的情况下，以最低的成本选择补偿电容器。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，包括以下步骤：
(1)将升流器和电缆等效为一个负载阻抗，调压器输出端等效为电源输入，测量负载阻抗的负载阻抗角、负载电压有效值和负载电流有效值；
(2)根据并联电路的电流谐振的条件计算补偿电容的大小；
(3)根据试验的升流要求，确定试验负载电流，计算通过补偿电容的电流值Ic；
(4)根据已有电容器的电容值等级Ci、总的补偿电容电流Ic以及总的补偿电容值C，计算分配到不同电容等级补偿电容的电流值：
其中，i＝1,2,…,n，n为已有电容器的电容值等级数；
然后选择分配电流未超过补偿电容额定电流的电容器；
(5)在符合补偿电容额定电流要求的电容器中，用下述公式在两个同样符合条件的电容器中进行选择：
式中，Cp、Ip为电容器p的电容值和额定电流值；Cq、Iq为电容器q的电容值和额定电流值，若满足上述公式，则选择电容器p；
(6)最后根据总的补偿电容值，确定最优的补偿配合。
优选的，所述步骤(1)，负载端的负载阻抗角、负载电压有效值和负载电流有效值通过下面方式测量得到：示波器与闭合线圈组合来测量，或者通过电能质量分析仪测量。
具体的，所述步骤(2)，补偿电容大小的计算公式为：
式中，C表示补偿电容，单位为uF，f表示电源频率，实际中采用50Hz，U表示负载电压有效值，单位为V，I表示负载电流有效值，单位为A，θ表示负载阻抗角。
具体的，所述步骤(3)，通过补偿电容的电流值的计算公式为：
Ic＝Ib sinθ；
其中，Ic表示通过补偿电容器的电流，Ib表示负载电流，θ表示负载阻抗角。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、采用本发明方法可以通过试验的方法得出系统发生并联谐振时的补偿电容，为试验人员选择电容器的总电容值提供参考。
2、本发明方法提供了一种进行补偿电容器优化配合的方法，保证满足额定电流条件的情况下，以最低的成本选择补偿电容器。
附图说明
图1为本发明大电流试验系统的结构原理图。
图2为图1所示试验系统简化并联等效电路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
下面结合附图对本实施例一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法进行具体说明。
1、开机运行电力电缆大电流升流试验系统，其结构图如图1所示。由于补偿电容的位置是并联到升流器输入端，将升流器和电缆等效为一个负载阻抗，调压器输出端等效为电源输入，得到只考虑补偿的并联等效电路，如图2所示。用电能质量分析仪测量得到负载阻抗的阻抗角为78°，等效阻抗电压(即负载电压有效值)为339.9V，等效阻抗电流(即负载电流有效值)177.9A。
2、补偿电容器并联到负载端，并联电路的电流谐振的条件为，
根据谐振条件，可以计算补偿电容的大小。
通过公式计算得到补偿电容约为1700uF，通过公式Ic＝Ib sinθ计算通过补偿电容器的电流约为174A。
3、本实施例中，可供选择的电容器等级为100uF,额定电流为10.5A；200uF，额定电流为24A；400uF,额定电流为35.7A；500uF，额定电流为60.5A；800uF,额定电流为75.5A。
4、通过公式计算得到可供选择电容器等级100uF、200uF、400uF、500uF、800uF的分配电流分别为10.2A、20.4A、40.9A、51.2A、81.9A。
然后通过公式Ii<I′i，判断分配电流是否超过补偿电容额定电流，最后保留未超过的电容器，本实施例可选用的电容器为电容值为100uF、200uF、500uF的电容器。
5、利用公式计算可知，选用100uF的电容器比200uF电容器更优，选用500uF电容器比100uF电容器更优。因此，考虑到总的补偿电容为1700uF，可以得到本次补偿的最优配合为：3个500uF的电容，2个100uF的电容。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将升流器和电缆等效为一个负载阻抗，调压器输出端等效为电源输入，测量负载阻抗的负载阻抗角、负载电压有效值和负载电流有效值；
(2)根据并联电路的电流谐振的条件计算总的补偿电容值C的大小；
(3)根据试验的升流要求，确定试验负载电流，计算通过总的补偿电容的电流值Ic；
(4)根据已有电容器的电容值等级Ci、总的补偿电容的电流值Ic以及总的补偿电容值C，计算分配到不同电容等级补偿电容的电流值：
<mrow>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mi>C</mi>
</mfrac>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，i＝1,2,…,n，n为已有电容器的电容值等级数；
然后选择分配电流未超过补偿电容额定电流的电容器；
(5)在符合补偿电容额定电流要求的电容器中，用下述公式在两个同样符合条件的电容器中进行选择：
<mrow>
<mfrac>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo><</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<msub>
<mi>I</mi>
<mi>q</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中，Cp、Ip为电容器p的电容值和额定电流值；Cq、Iq为电容器q的电容值和额定电流值，若满足上述公式，则选择电容器p；
(6)最后根据总的补偿电容值，确定最优的补偿配合。
2.根据权利要求1所述的基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，其特征在于，所述步骤(1)，负载端的负载阻抗角、负载电压有效值和负载电流有效值通过下面方式测量得到：示波器与闭合线圈组合来测量，或者通过电能质量分析仪测量。
3.根据权利要求1所述的基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，其特征在于，所述步骤(2)，根据并联电路的电流谐振的条件，总的补偿电容值C用下式进行计算：
<mrow>
<mi>C</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mi>f</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>U</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&theta;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中，C表示总的补偿电容值，单位为uF，f表示电源频率，实际中采用50Hz，U表示负载电压有效值，单位为V，I表示负载电流有效值，单位为A，θ表示负载阻抗角。
4.根据权利要求1所述的基于大电流试验系统的电容补偿配合的方法，其特征在于，所述步骤(3)，通过总的补偿电容的电流值的计算公式为：
Ic＝Ibsinθ；
其中，Ic表示通过总的补偿电容的电流值，Ib表示负载电流，θ表示负载阻抗角。
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