CN105024386A - 一种提高供电系统考核点功率因数的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高供电系统考核点功率因数的方法，属于钢铁企业供电技术，其特征是调整静止式无功动态补偿装置的控制参数，使静止式无功动态补偿装置向上级供电系统倒送无功功率。本发明利用钢铁企业装备SVC的条件，结合实际负荷对无功的消耗情况，使SVC改变常规完全补偿状态，调整成过补偿状态，使无功富裕量倒送上级系统，使考核点功率因数有一定程度的提高。

Description

一种提高供电系统考核点功率因数的方法
技术领域
本发明属于钢铁企业供电技术领域。
背景技术
大型钢铁企业轧钢、电炉的冲击负荷，对电能无功的需求是非常可观的。系统中这种作用于磁电转化的无功能量如果不能满足冲击负荷，必然导致电压的波动及功率因数的降低。为了补偿这种冲击负荷造成的无功动态的消耗，SVC被广泛应用且效果明显，它工作在全补偿状态，动态跟踪负荷的无功变化而实施补偿，理论上使本系统无功供给达到平衡，该系统母线侧达到功率因数为1的理想状态。但对于一个较大的供电系统而言，各种用电负荷集于一身，SVC只在局部范围发挥无功补偿平衡的作用。整个系统无功仍显不足，而且一些政策对考核点功率因数提出更高的要求，涉及到经济利益，因此需要充分发挥各种无功源的补偿作用，向大系统做贡献，尽可能的提高考核点的功率因数。
发明内容
本发明的目的是在SVC装置滤波电容器组设计容量有富裕，而负荷机组无功功率消耗又往往达不到设计最大容量的前提下，如何提高系统考核点的功率因数。
本发明的技术方案：一种提高供电系统考核点功率因数的方法，通过调整静止式无功动态补偿装置的控制参数，使静止式无功动态补偿装置向上级供电系统倒送无功功率。从而提高上级供电系统考核点功率因数。
所述静止式无功动态补偿装置由高压电抗器、滤波电容器组构成；高压电抗器由控制器、电压互感器、可控硅阀组、高压断路器、高压电抗器和2个电流互感器组成；
第一电流互感器连接在10kv母线上，第二电流互感器连接在高压电抗器和可控硅阀组之间；
控制器分别连接电压互感器、第一电流互感器、可控硅阀组、第二电流互感器；
电压互感器一端连接10kv母线，另一端连接控制器；
可控硅阀组分别连接第二电流互感器、控制器、高压断路器；
高压断路器一端连接10kv母线，另一端连接可控硅阀组；
滤波电容器组由3个滤波电容器组成，每个滤波电容器由高压断路器、滤波串联电抗器和滤波电容器串联而成；其中高压断路器的一端连接10kv母线，另一端连接滤波串联电抗器。
调整静止式无功动态补偿装置的控制参数，是通过控制器自动调整可控硅开关导通时间，调整控制器控制角，即减少一个周波内可控硅的触发导通时间，使静止式无功动态补偿装置向上级供电系统倒送无功功率。
本发明利用钢铁企业装备SVC的条件，结合实际负荷对无功的消耗情况，使SVC改变常规完全补偿状态，调整成过补偿状态，使无功富裕量倒送上级系统，使考核点功率因数有10%—20%的提高。本发明能在同等行业供电运行单位中借鉴和应用。
附图说明
图1是某大型钢铁企业典型供电系统图。
图1中，总降压站两趟电源1#和2#是功率因数的考核点，在每趟电源所带负荷的下级终端分别带：1#电源终端带炼钢冲击负荷及静止式无功动态补偿装置SVC及其它负荷；2#电源终端带轧钢冲击负荷及静止式无功动态补偿装置SVC及其它负荷；SVC为无功动态补偿装置。
图2是静止式无功动态补偿装置的原理接线图。
图2中，1——电压互感器，2——电流互感器，3——可控硅阀组，4——高压电抗器，5——高压断路器，6——滤波串联电抗器，
7——滤波电容器，8——控制器。
图3是无功功率平衡原理图。
图3中，00为波动负荷。
图4是本发明全补偿状态无功补偿曲线。
图5是本发明过补偿状态无功补偿曲线。
图6是电抗器电流有效值随控制角α=0时，无延时触发，电流完整正弦波图。
图7是电抗器电流有效值随控制角α=某较小值时，略微延时触发，电流大部分正弦波图。
图8是电抗器电流有效值随控制角α进一步增大时，进一步加大延时触发，电流正弦波比例进一步减少图。
具体实施方式
某大型钢铁企业典型供电系统如图1，总降压站向一个轧钢系统和一个电炉系统供电，且分别来自不同的两趟电源。这两趟电源就是功率因数的考核点，要求在0.96以上。这两趟电源又同时带有其它负荷，即总降压站是一个较大的供电系统。其一趟电源带的电炉系统配备一套SVC，另一趟电源下级变电带轧钢系统，也配备一套SVC。我们希望电源考核点源点功率因数很高，理想为1，就是需要满足下列条件：
两套SVC对本系统负荷（电炉和轧钢）无功功率补偿后，向大系统贡献的无功功率分别是Qsvc1、Qsvc2，大系统无功功率总需量是
Q总，总降压站从电源上级系统吸收的无功功率为Q吸  ，满足：
Q总-（Qsvc1+Qsvc2）=Q吸
当Q吸非常小接近零时，此时考核点功率因数达到最理想。
因此要有Qsvc1、Qsvc2两个无功功率贡献量，且这两个量越大，则Q吸越小。通常SVC运行于完全补偿状态，即无功功率在电炉炼钢、轧钢系统内部自动达到供需平衡，对大系统无功功率的贡献为零。如果利用SVC现有条件，通过调整参数，使其工作在过补偿状态，就可得到一定量的Qsvc1、Qsvc2。
如何得到这两个无功功率贡献量，首先需了解SVC工作原理。
图２所示， 母线接负载冲击负荷，静止式无功动态补偿装置的控制器探测母线电压、电流及电抗器电流进行无功功率计算，输出控制可控硅开关，调节TCR电抗器电流，实现无功功率调节。
所述静止式无功动态补偿装置由高压电抗器TCR、滤波电容器组FC构成。
高压电抗器由控制器、电压互感器、可控硅阀组、高压断路器、高压电抗器和2个电流互感器组成。
第一电流互感器连接在10kv母线上，第二电流互感器连接在高压电抗器和可控硅阀组之间；
控制器分别连接电压互感器、第一电流互感器、可控硅阀组、第二电流互感器；
电压互感器一端连接10kv母线，另一端连接控制器；
可控硅阀组分别连接第二电流互感器、控制器、高压断路器；
高压断路器一端连接10kv母线，另一端连接可控硅阀组。
滤波电容器组由3个滤波电容器组成，每个滤波电容器由高压断路器、滤波串联电抗器和滤波电容器串联而成；其中高压断路器的一端连接10kv母线，另一端连接滤波串联电抗器。
高压电抗器通过控制器自动调整可控硅开关导通时间，实现流过电抗器的电流可调，从而改变电抗器从母线吸收的无功功率量。
滤波电容器组向母线提供恒定的无功功率量，对负载需要的无功功率进行补偿，同时对可控硅因频繁开断产生的高次谐波进行滤波。控制器探测母线的总体无功功率量和电抗器电流量进行运算，输出变化的可控硅触发角，调节高压电抗器的电流有效值，改变电抗器吸收的无功功率。
当负载（冲击负荷）吸收感性无功功率增加时，控制器自动调整高压电抗器减少从母线吸收感性无功功率，滤波电容器向母线发出的恒定容性无功功率，补偿负载增多，补偿电抗器减少；当负载不吸收无功功率时，电抗器吸收滤波电容器发出的全部无功功率。
如图3所示，全补偿时，母线无功功率为零，即不从上级吸无功功率，也不向上级倒送无功功率，高压电抗器、滤波电容器和控制器之间的无功功率满足
Ql+Qt-Qc=0；     Qsvc=Qc-Qt=Ql ；
式中：Qt是高压电抗器吸收无功功率，
Ql是负荷吸收无功功率，
Qc是滤波电容器组发出的无功功率，它是SVC装置的无功源。
Qsvc是系统无功（消耗、发出的无功的代数和，可正可负，正表示富裕，即本地无功到送上级系统；负表示不足，即本地从上级吸收无功。
过补偿状态下Ql+Qt-Qc=常数（小于0），即电容器组发出的无功功率被负载和高压电抗器（TCR）吸收后，仍有一个富裕的恒值，就是向系统贡献的无功功率量。全补偿和过补偿不同状态时的无功功率关系曲线如图4、图5所示，图5的QT比图4的QT减少一个水平，Qc保持，负载Ql不变，因此产生富裕的无功量QD 是倒送上级系统的无功功率量。
利用本地富裕的无功发出量，向上级系统提供无功补偿，使上级某功率因数考核点的功率因数提高；本发明通过调整SVC装置导通角，确实产生了无功富裕量QD，将它向上级系统输送。
把控制器对母线无功功率探测的给定值设定为0~滤波电容组容量与电抗器额定容量的差范围内某一值或者调整控制器控制角为0~90度范围内某一值，在实际调试中确定。
理想情况QD=滤波电容器组装机容量减去TCR电抗器额定容量：
即QD=Qc装机-Qt装机（单位千乏kVar或兆乏MVar）；
图3、图4中，公知状态—全补偿：Qs= Ql+Qt-Qc=0；Qsvc=Qc-Qt=Ql；
本发明状态—过补偿：Qs= Ql+Qt-Qc=恒量（倒送到上级系统的无功）；
图4中，负载无功Ql波动变化，电抗器无功Qt随Ql变化而反向变化，呈互补方式。在全补偿方式下，负责吸收负载从电容器组吸收剩余的无功，即Qt=Qc-Ql，Qc发出的无功全被Qc、Ql吸收，母线无功为零；
图5中，过补偿状态，人为调整Qt降低一个水平，但不小于负载吸收的无功最大量，即Qt不完全吸收负载吸收剩余的无功，使Qc富裕一个无功量QD ，这个无功富裕量倒送到上级系统。
电抗器电压、电流在可控硅全开时，是正常的正弦波；当可控硅受控情况，每个周波经过α角度才被触发导通，α角度叫作控制角，相当于延时；从图6、图7、图8中可见，随着控制角的增大，电抗器电流波形变为不完整正弦，正弦波的比例逐渐减小即有效值减小，如图7、图8中粗线波形相当于改变了电抗器的电流，就改变了电抗器吸收无功的能力。这样，控制角触发模块测量母线上无功变化（主要是冲击型负荷造成的无功变化）并相应改变控制角变化，从而改变电抗器吸收无功的变化，以达到母线无功平衡，同常情况下，母线无功为0，即全补偿状态，不向上级系统倒送无功，也不向上级系统吸收无功。
本发明给当前控制角加一个恒定的偏移量（该偏移量在实际调试中最终确定）从而使当前电抗器变化的无功减少一个恒定量QD，则母线将产生一个恒定的的富裕无功量，这个无功量向上级输送，为提高功率因数做贡献。

Claims (3)

1.一种提高供电系统考核点功率因数的方法，其特征是调整静止式无功动态补偿装置的控制参数，使静止式无功动态补偿装置向上级供电系统倒送无功功率。
2.根据权利要求1所述一种提高供电系统考核点功率因数的方法，其特征是所述静止式无功动态补偿装置由高压电抗器、滤波电容器组构成；高压电抗器由控制器、电压互感器、可控硅阀组、高压断路器、高压电抗器和2个电流互感器组成；
第一电流互感器连接在10kv母线上，第二电流互感器连接在高压电抗器和可控硅阀组之间；
控制器分别连接电压互感器、第一电流互感器、可控硅阀组、第二电流互感器；
电压互感器一端连接10kv母线，另一端连接控制器；
可控硅阀组分别连接第二电流互感器、控制器、高压断路器；
高压断路器一端连接10kv母线，另一端连接可控硅阀组；
滤波电容器组由3个滤波电容器组成，每个滤波电容器由高压断路器、滤波串联电抗器和滤波电容器串联而成；其中高压断路器的一端连接10kv母线，另一端连接滤波串联电抗器。
3.根据权利要求1所述一种提高供电系统考核点功率因数的方法，其特征是调整静止式无功动态补偿装置的控制参数，是通过控制器自动调整可控硅开关导通时间，调整控制器控制角，即减少一个周波内可控硅的触发导通时间，使静止式无功动态补偿装置向上级供电系统倒送无功功率。
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