CN105098796A - 低压无功补偿容量选用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压无功补偿容量选用方法，⑴收集用户安装主变容量相关技术数据及用户负荷报表，收集供电侧电能质量背景评估数据及电网相关技术数据；⑵根据搜集得到的最大、最小系统短路容量、阻抗比值、额定电压、用户主变相关预算设计补偿容量；⑶以设计补偿容量为基准，计算在该容量下的是否存在电网谐波放大，并按照三类情况予以分类处理。本方法避免了按照设计规程规定的单一数据进行容量选取，不能够全面的考虑被补偿系统的实际补偿需求，从而能够更加贴合实际需要，真正做到按照系统补偿需要进行补偿设计。

Description

低压无功补偿容量选用方法
技术领域
本发明属于低压配网技术领域，尤其是一种低压无功补偿设备容量选用方法。
背景技术
配网无功功率的选型及选择容量的大小，通常设计部门按常规，对低压(0.4kV)侧电容补偿容量的确定，基本上沿用主变容量10～30％，部分配电线路端，按主变容量40％～45％，作为无功补偿容量的选择原则。基本上没有根据电源侧电能质量背景评估报告，并折算到低压侧(0.4KV)的参数，同时计算出低压侧的短路容量；并对用户的主要电器设备报表进行分析，得出其特征性质；测算最高和常用负荷的变化曲线，而计划设置的补偿容量，是否会造成谐波放大等诸因素统筹分析却很少。结果导致以下问题：
1.会使部分用户的电容柜投切不上；烧电容柜开关，经常熔断电容柜保险或损坏电力电容器事件频频发生。
2.对于具有点焊机群、碰焊机群、单相交流弧焊机群的负荷由于选型不对，造成无功补偿反应速度太慢甚至会加剧电流的脉冲性，使用户产品质量下降的后果。
3.市场上流通的产品，也不能完全适应各种性质负荷的需要，产品以用电侧为线路负荷为基本假设而生产的，遇到谐波较大的用户，简单加装电抗器来应付是不完善的。电力电容的投切以电压为约束条件，功率因数为投切阀值的原理也是不完善的。缺乏电容器投切后电压、无功变化的动态预算，作为反馈信号的动态跟踪，避开产生投切振荡的闭环技术措施。而采用1分钟只允许发生一次投切作为锁定条件躲避反复动作的问题取样信号一般采用线电压和相电流的相位差，这种方式的取样原理，在相电流较小时，功率因数常常出错。所以部分生产厂家，将电流互感器二次电流小于某值时，作为控制器的不灵敏区来锁定，这就造成用户在低负荷时补偿失控。伴随二次额定电流为1A的电流互感器在电力市场上的运用，这种现象将更加严重。交流接触器作为电容器投切的开关器件，作为低压侧电容补偿的主流。这种方式使电容在投切时，浪涌电流不可避免，切时接触器触点的大电流，极易拉弧。交流接触器在这种工况下工作，将缩短其运行寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种低压无功补偿设备容量的选用方法，用以解决现有低压无功补偿设备选取时，简单的按照配电变压器容量乘以相应系数选取，造成无功补偿容量选取不恰当，从而影响无功补偿设备正常的问题，使低压配网无功补偿设备容量选取合理化。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种低压无功补偿容量选用方法，步骤如下：
⑴收集用户安装主变容量相关技术数据及用户负荷报表，收集供电侧电能质量背景评估数据及电网相关技术数据；
⑵根据搜集得到的最大、最小系统短路容量、阻抗比值、额定电压、用户主变相关预算设计补偿容量；
⑶以设计补偿容量为基准，计算在该容量下的是否存在电网谐波放大，并按照三类情况予以分类处理：
①负荷侧非线性负荷大于主变容量的40％：用谐波滤波回路来抑制相应次数谐波；
②负荷侧非线性负荷大于主变容量的15％，小于主变容量的40％：在补偿回路中设计相应的电抗器并同时提高补偿电容的耐压；
③负荷侧非线性负荷小于主变容量的15％：按照计算容量进行电容补偿。
而且，所述电网谐波放大的计算方法为：
根据计算造成补偿放大的谐波次数，式中hr为谐波次数、Qc为补偿电容容量、Scc为补偿侧短路容量；
根据Af＝hr(X/R)可得电压放大倍数，式中hr为谐波次数、X为电容安装侧电抗、R为电容安装侧电阻；
根据VCn＝jAfgVs计算n次谐波的电压放大有效值，式中Af为电压放大倍数、Vs为n次谐波的有效值、VCn为放大后n次谐波的有效值；
根据计算低压侧的谐波电压，式中VhrD为电网侧传递到用电侧的n次谐波电压，Vhr为用电侧的n次谐波电压。
而且，在补偿回路中设计相应的电抗器，则电容两端的电压根据UC1＝U0/1-K得出，式中K为电抗率％；加装电抗器后实际向电网提供的无功功率根据Q1＝UC1 2/XC/1-K得出，式中：UC1为补偿电容两端的实际电压有效值；XC为基波容抗，提高补偿电容的耐压，此时为达到设计中的无功补偿容量，装置电容容量根据Qf＝hhr 2·Q1/hhr 2-1求得，式中：Q1为设计的无功功率、hhr为产生谐波放大的谐波次数、Qf为实际补偿侧装置的容量。
本发明的优点和积极效果是：
1.本方法在选取低压无功设备补偿容量时，将用户安装主变容量相关技术数据及用户负荷报表进行分析，得出其特征性质，同时对供电侧电能质量背景评估数据及电网相关技术数据进行计算，避免按照设计规程规定的单一数据进行容量选取，不能够全面的考虑被补偿系统的实际补偿需求，从而能够更加贴合实际需要，真正做到按照系统补偿需要进行补偿设计。
2.本方法根据无功补偿的特点，充分考虑谐波对于无功补偿的影响，计算无功补偿容量时，先预算出设计补偿电容容量，以设计补偿容量为基准，计算在该容量下的是否存在电网谐波放大，并按照三类情况予以分类处理：
(1)负荷侧非线性负荷大于主变容量的40％
此种情况下，电容补偿后的谐波含量已经超过了国家标准的限制要求，需要用谐波滤波回路来抑制相应次数谐波。
(2)负荷侧非线性负荷大于主变容量的15％，小于主变容量的40％
此种情况下确定的补偿容量经计算产生谐波放大，并超过ANSL/IEEE(并联电力电容器)标准，则需在补偿回路中设计相应的电抗器并同时提高补偿电容的耐压。
(3)负荷侧非线性负荷小于主变容量的15％
此种情况下确定的补偿容量满足供电侧电能质量评估，低于国标的要求，按照计算容量进行电容补偿即可。
附图说明
图1为电容补偿设计选型流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本无功补偿容量处理流程如图1所示，其实现步骤如下：
⑴收集用户安装主变容量相关技术数据及用户负荷报表，收集供电侧电能质量背景评估数据及电网相关技术数据。
⑵根据搜集得到的最大、最小系统短路容量、阻抗比值、额定电压、用户主变相关预算设计补偿容量。
⑶根据可得造成补偿放大的谐波次数，式中hr:谐波次数；Qc：补偿电容容量(MVA)；Scc:补偿侧短路容量(MVA)。
⑷根据Af＝hr(X/R)可得电压放大倍数，式中hr:谐波次数；X：电容安装侧电抗；R：电容安装侧电阻。
⑸根据VCn＝jAfgVs可得n次谐波的电压放大有效值，式中Af：放大倍数；Vs：n次谐波的有效值；VCn：放大后n次谐波的有效值。
⑹根据可得低压侧的谐波电压，式中VhrD:电网侧传递到用电侧的n次谐波电压，Vhr：用电侧的n次谐波电压。
在电网、输电网电能质量背景评估中，基本上无偶次谐波分量，配变侧主变采用三角形接法，又可将3n次谐波抵消。从供电电源侧反射传递到用户侧的谐波就可大大简化。一般从5、7、11、13次居多。所以在设计确定补偿侧容量时，主要验算5、7、11、13次谐波即可。
⑺若确定的补偿容量，经计算产生谐波放大，并超过ANSL/IEEE(并联电力电容器)标准，则需在补偿回路中设计相应的电抗器。补偿电容支路中加装电抗器，则电容两端的电压可根据UC1＝U0/1-K得出，式中K：电抗率％；加装电抗器后实际向电网提供的无功功率可根据Q1＝UC1 2/XC/1-K得出，式中：UC1：补偿电容两端的实际电压有效值；XC：基波容抗。提高补偿电容的耐压，此时为达到设计中的无功补偿容量，装置电容容量可根据Qf＝hhr 2·Q1/hhr 2-1求得，式中：Q1：设计的无功功率；hhr：产生谐波放大的谐波次数；Qf：实际补偿侧装置的容量。
⑻综合考虑负荷侧的非线性容量，经验数据是以15％为门限值(负荷侧的非线性容量与主变容量的比值，再精确一点是非线性设备总谐波电流有效值与主变容量的基波值的比值)，同时供电侧电能质量评估，满足并低于国标的要求。由此一点的约束条件，则可选用普通通用型，若超过此门限值且小于40％的范围内，就必须在电容补偿支路中加装电抗器了。对于大于40％的非线性负荷，一般也超越了国标限值，需用谐波滤波回路来完成。对于三相不对称的负荷，例点焊机群、碰焊机群、单相交流弧焊机群，大型体育馆、演播厅、剧场内的调光设备，还需对所选型补偿电容柜，提出有分相分级的功能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种低压无功补偿容量选用方法，其特征在于：步骤如下：
⑴收集用户安装主变容量相关技术数据及用户负荷报表，收集供电侧电能质量背景评估数据及电网相关技术数据；
⑵根据搜集得到的最大、最小系统短路容量、阻抗比值、额定电压、用户主变相关预算设计补偿容量；
⑶以设计补偿容量为基准，计算在该容量下的是否存在电网谐波放大，并按照三类情况予以分类处理：
①负荷侧非线性负荷大于主变容量的40％：用谐波滤波回路来抑制相应次数谐波；
②负荷侧非线性负荷大于主变容量的15％，小于主变容量的40％：在补偿回路中设计相应的电抗器并同时提高补偿电容的耐压；
③负荷侧非线性负荷小于主变容量的15％：按照计算容量进行电容补偿。
2.根据权利要求1所述的低压无功补偿容量选用方法，其特征在于：所述电网谐波放大的计算方法为：
根据计算造成补偿放大的谐波次数，式中hr为谐波次数、Qc为补偿电容容量、Scc为补偿侧短路容量；
根据Af＝hr(X/R)可得电压放大倍数，式中hr为谐波次数、X为电容安装侧电抗、R为电容安装侧电阻；
根据VCn＝jAfgVs计算n次谐波的电压放大有效值，式中Af为电压放大倍数、Vs为n次谐波的有效值、VCn为放大后n次谐波的有效值；
根据计算低压侧的谐波电压，式中VhrD为电网侧传递到用电侧的n次谐波电压，Vhr为用电侧的n次谐波电压。
3.根据权利要求1所述的低压无功补偿容量选用方法，其特征在于：在补偿回路中设计相应的电抗器，则电容两端的电压根据UC1＝U0/1-K得出，式中K为电抗率％；加装电抗器后实际向电网提供的无功功率根据Q1＝UC1 2/XC/1-K得出，式中：UC1为补偿电容两端的实际电压有效值；XC为基波容抗，提高补偿电容的耐压，此时为达到设计中的无功补偿容量，装置电容容量根据Qf＝hhr 2·Q1/hhr 2-1求得，式中：Q1为设计的无功功率、hhr为产生谐波放大的谐波次数、Qf为实际补偿侧装置的容量。
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