CN104810839A

CN104810839A - 一种对变压器无功补偿的补偿方法

Info

Publication number: CN104810839A
Application number: CN201510250685.XA
Authority: CN
Inventors: 邹军
Original assignee: CHENGDU MOLO ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: CHENGDU MOLO ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明公开了一种对变压器无功补偿的补偿方法，涉及电能治理技术领域，该补偿方法如下步骤：步骤一：根据变压器模型空载时变压器无功计算方法计算空载时产生的无功Q_空载；步骤二：根据负载时变压器无功计算方法计算负载时产生的无功Q_负载；步骤三：计算变压器总无功量；步骤四：根据步骤三所获得的总无功量作为变压器无功补偿指令，对变压器进行补偿。本发明无须采样高压侧电压电流，通过用户负荷对变压器产生无功功率进行预测，同时调节SVG输出对变压器无功也进行补偿，降低入网无功，并且动态响应快，补偿准确，不存在谐振问题，可有效解决变压器无功问题。

Description

一种对变压器无功补偿的补偿方法

技术领域

本发明涉及电能治理技术领域，具体涉及一种对变压器无功补偿的补偿方法。

背景技术

随着近代工业的迅速发展，工业用电量越来越大，工业用电设备以电机和大功率整流器为主，因此无功和谐波成为工业用电质量中最突出的问题，无功过大将会导致输电线路损耗增加，降低电能的利用率，功率因数是衡量电能利用率的重要指标，其定义如下：

ρ = \frac{Q}{\sqrt{P^{2} + Q^{2}}} - - - (1)

其中ρ为功率因数；Q为电网总无功，包括基波无功和总谐波；P为电网总有功。

交流电中，功率分三种功率，电网总有功P、电网总无功Q和视在功率S，任何时候，三种功率总是同时存在。

在电网对用户输电的过程中，电网要提供给负载的电功率有两种：有功功率和无功功率。电网总有功P是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量如机械能，光能，热能等的电功率；电网总无功Q是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。功率因数ρ主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备或电路系统中建立和维护磁场的功率。它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。特别指出的是无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量，作用却十分重要。电机运行需要旋转磁场，就是靠无功功率来建立和维护的，有了旋转的磁场，才能使转子转动，从而带动机械的运行。变压器也需要无功功率，才能使一次线圈产生磁场，二次线圈感应出电压，凡是有电磁线圈的电气设备运行都需要建立磁场，然而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率，没有无功功率电机不能转动、变压器不能运行、电抗器不能工作、继电器不会动作，所有设备中的磁场无法建立，电气设备也就不会运行。因此供电系统中除了对用户提供有功功率，还要提供无功功率，两者缺一不可，否则电气设备将无法运行。

电网中功率因数ρ低存在以下危害：

①增加了供电线路的损失，为了减少这种损失则必须增大供电线路的截面，这又增加了投资；

②增加了线路的电压降，降低了电压质量；

③降低了发、供电设备的利用率；

④增加了企业的电费支出，加大了成本；

在电能输过程中如果功率因数低于0.9，则将受到不同程度的罚款，功率因素越低用户受到罚款力度就越高。

为了解决工业用电中的无功问题，出现了SVC电容投切设备，SVC电容投切设备通过电容向电网发出一个超前的电流来补偿用户负荷和变压器感性滞后电流，SVC电容投切设备的缺点是通过机械投切，投切速度比较慢，投入时需要零电压投入，断开时需要零电流断开，在负载变化不频繁的场合适用，同时其补偿并不能实现完全补偿，而是分段补偿，过补偿和欠补偿无可避免，一些设备通过将段划分更细来减少过补偿和欠补偿。

在负荷变化频率高的场合，显然SVC电容投切设备根本无法适用，负荷变化过快不仅SVC电容投切设备起不到补偿作用，还存在谐振的隐患，于是出现了SVG补偿设备，SVG设备可以看做电流源设备，能够在ms级进行全响应，并且对无功和谐波都可以准确补偿，避免了过补偿和欠补偿的情况，其输出电流受控，不会产生谐振问题，但是SVG补偿都安置在低压侧，目前对变压器补偿方法是通过采样高压侧功率因数来闭环控制，这样会增加高压侧电压电流采样，系统相对复杂，同时需要功率因数PI后作为电流指令，增加闭环控制必定会牺牲动态响应时间。

发明内容

为克服现有技术中，在负荷变化频率高的场合下，SVC电容投切设备根本无法对变压器功率因数进行补偿的问题，本发明旨在提供一种对变压器无功补偿的补偿方法，其根据变压器模型，在利用有源电力滤波器APF补偿变压器后端负载无功和谐波时同时对变压器无功进行准确预测，对变压器产生的无功也进行补偿。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种对变压器无功补偿的补偿方法，其特征在于，包括空载时励磁电感产生的无功补偿和负荷后电流在漏感上产生的无功补偿，如下步骤：

步骤一：根据变压器模型空载时变压器无功计算方法计算空载时产生的无功Q_空载；

步骤二：根据负载时变压器无功计算方法计算负载时产生的无功Q_负载；

步骤三：变压器总无功量为：Q_总＝Q_空载+Q_负载；

步骤四：根据步骤三所获得的总无功量作为变压器无功补偿指令，对变压器进行补偿。

在本发明中，步骤一的具体详细步骤如下：

①取变压器设定参数进行初始化计算，变压器设定参数为：变压器额定电压U_K、变压器容量Se、变压器短路容量S％、变压器短路损耗Plaod、变压器空载电流I％、变压器空载损耗Pnoload；

②将变压器额定电压U_K和变压器容量S_e带入计算得到阻抗标值Z_BASE，变压器额定电压均以高压侧计算则代入10KV，均以低压侧计算则代入0.4KV。

③将变压器短路容量S％带入Z＝S％*Z_BASE，计算出变压器实际阻抗Z的大小；

④将变压器额定电压U_K、变压器容量S_e和变压器短路损耗Plaod代入计算出变压器等效电阻R；

⑤将变压器实际阻抗Z和变压器等效电阻R代入公式

X = \sqrt{Z * Z - R * R}

计算变压器漏抗X；

⑥将变压器容量Se、变压器空载电流I％、变压器空载损耗Pnoload代入公式计算变压器空载时励磁产生的无功Q_空载。

在本发明中，步骤二的具体详细步骤如下：

将变压器的工作电流I代入Q_负载＝I*I*(X1+X2)，计算负载后产漏感产生的无功，即变压负载后负载无功，其中，I为变压器工作时电流，根据(X1+X2)等效在原边侧和副边侧进行折算，(X1+X2)为漏抗之和，该漏抗之和通过短路测试参数计算得到。

在发明中，所述变压器工作时电流I由采样取得或通过采样节点支路计算取得。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

本发明无须采样高压侧电压电流，通过用户负荷对变压器产生无功功率进行预测，同时调节SVG输出对变压器无功也进行补偿，降低入网无功，并且动态响应快，补偿准确，不存在谐振问题，可有效解决变压器无功问题。

附图说明：

图1为变压器短路测试模型；

图2为变压器补偿无功发生装置；

图3为图2中补偿控制器框图；

图4为本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

步骤二：②根据负载时变压器无功计算方法计算负载时产生的无功Q_负载；

步骤三：③变压器总无功量为：Q_总＝Q_空载+Q_负载；

步骤四：④根据步骤获③所得的总无功量作为变压器无功补偿指令，对变压器进行补偿。

根据变压器模型空载时变压器无功计算方法：

Q_空载：空载时产生的无功；％I：空载电流，如S11－630KVA/10KV型变压器为0.6％；Se：变压器额定容量；P_空载为空载损耗，主要为励磁电流产生的铁损。

根据负载时变压器无功计算方法计算负载时产生的无功：

Q_负载＝I*I*(X1+X2) (2)

Q_负载为负载时产生的无功；I为变压器工作时电流，需要根据X1+X2等效在原边侧和在副边侧进行折算，X1和X2两个漏抗不能分别计算得出，其可以通过短路测试参数计算得到漏抗之和X＝X1+X2，X为变压器漏抗

变压器总无功量计算方法：

Q_总＝Q_空载+Q_负载 (3)

根据短路测试见图1，计算变压器漏感方法如下：

因为RM和LM远大于R1+R2、X1+X2，RM和LM可忽略不计。

Z_{BASE} = \frac{U_{K} * U_{K}}{S_{e}} - - - (4)

Z_BASE为变压器阻抗标值，U_K为变压器额定电压，均以高压侧计算则代入10KV，均以低压侧则代入0.4KV，S_e变压器容量。

Z＝S％*Z_BASE (5)

Z为变压器实际阻抗；S％变压器短路容量，亦称短路阻抗，如S11－630KVA/10KV变压器为4.5％。

补偿方法中的无功补偿发生装置，该装置基本构成如图2，包括数据采集模块、补偿控制器，辅助电源，驱动电路、IGBT逆变器和监控端，各单元说明如下：

数据采集：采集三相电网电压作为控制前馈量，采集三相负载电流提取谐波和无功电流作为电流输出指令，采集三相设备输出电流做闭环控制实现对输出电流的控制，采集直流侧电压对直流侧进行稳压控制，以提供足够的电压支撑。

补偿控制器：对负载无功和谐波进行补偿，并预测变压器的无功对变压器进行补偿，计算生成IGBT的PWM信号。

驱动电路：对开关信号隔离输出，并提供足够的功率驱动IGBT。

功率输出：实现信号和功率的转换。

图3为补偿控制器控制框图，补偿控制器的补偿方式为：

①根据三相负载电流计算出负载无功和谐波，用于补偿负载侧；

②根据直流侧电压做电压外环闭环控制，稳定直流侧；

③根据三相负载电流视在功率计算变压器产生无功量；

④负载无功谐波指令、直流侧闭环指令、变压器补偿指令之和得到总的补偿指令；

⑤经过电流调节器，PI闭环生成电压指令进行逆变输出，控制设备输出电流以达到补偿目标。

Claims

1.一种对变压器无功补偿的补偿方法，其特征在于，包括空载时励磁电感产生的无功补偿和负荷后电流在漏感上产生的无功补偿，如下步骤：

步骤三：变压器总无功量为：Q_总＝Q_空载+Q_负载；

2.根据权利要求1所述的一种对变压器无功补偿的补偿方法，其特征在于，所述步骤一的具体详细步骤如下：

⑤将变压器实际阻抗Z和变压器等效电阻R代入公式

X = \sqrt{Z * Z - R * R}

计算变压器漏抗X；

3.根据权利要求1所述的一种对变压器无功补偿的补偿方法，其特征在于，所述步骤二的具体详细步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种对变压器无功补偿的补偿方法，其特征在于，所述变压器工作时电流I由采样取得或通过采样节点支路计算取得。