CN109713683B - 低压双电源供电系统无功补偿配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压双电源供电系统无功补偿配置方法，步骤1、将无功补偿配置成动态无功补偿单元+固定无功补偿单元组合方式；动态无功补偿单元容量配置为低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；固定无功补偿单元容量配置为低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；实现低压双电源供电系统计算无功补偿容量0～100%范围内的动态连续补偿；步骤2、在低压双电源供电系统的双电源转换开关进、出线侧配置电流信号采集装置；双电源转换开关出线侧配置的电流信号采集装置，对电网侧电力变压器供电时的电流信号和柴油发电机组供电时的电流信号进行采集，将电流信号传输到动态无功补偿单元和固定无功补偿单元的控制器,实现全相完整的无功补偿。

Description

低压双电源供电系统无功补偿配置方法

技术领域

本发明涉及低压双电源供电系统，尤其是涉及低压双电源供电系统无功补偿配置方法。

背景技术

我国现行的国家标准《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)是国内电气专业领域工程技术人员从事电气专业设计的重要依据,规范第4章电源及供电系统4.0.2条以强制性条文的形式规定:应急电源与正常电源之间,应采取防止并列运行的措施。当有特殊要求，应急电源向正常电源转换需短暂并列运行时，应采取安全运行的措施；第6章无功补偿6.0.2条规定：当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。

工程设计中，工程师首先进行电力负荷分析，并根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电对人身安全、经济损失所造成的影响程度，通常将电力负荷分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。供电电源的设置方式，一级负荷采用双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏；二级负荷的供电电源，宜由两回线路供电，在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。目前在水利水电、工矿企业、市政、民用建筑等行业，用电负荷容量为中小容量时（≤1000kW），供配电系统常规设计采用一台变压器作为主供电源满足所有负荷设备用电需求。另选一台柴油发电机组作为备用电源，满足一级负荷、二级负荷等重要负荷供电需求，兼顾三级负荷中相对重要性较强负荷供电需求。

现有技术举例说明，南水北调中线干线工程建设管理局河南分局工程维护及抢险设施物质设备仓库0.4kV用电负荷主要有:物资设备仓库200kW、餐厅用电设备70kW、电力电池室175kW、职工宿舍160kW、消防泵站41kW、户外照明10kW、污水处理设备4kW、其他负荷50kW等；各用电负荷清单见表1。

表1

分析以上负荷，最重要的用电设备是消防泵站，设备供电按照二级用电负荷设计；物资设备仓库200kW主要是办公用电负荷，关系到防汛物资储存、管理、紧急时期的调拨使用，为重要负荷；餐厅用电设备70kW主要提供南水北调工作人员后勤餐饮保障，属于重要负荷。其余负荷为三级非重要负荷。现有技术已经用于工程设计的供电系统电路原理图见图2。

现有技术遵照设计规范选择的供电方案中，低压双电源供电系统无功补偿配置存在以下不足：

一、在计算无功补偿容量范围内不能够实现动态连续的无功补偿；

二、全工况运行方式下，存在无功补偿和电能计量不完整：

1、在双电源转换开关电源进线侧变压器供电回路，配置一组三相电流互感器用于变压器供电电能计量，配置一只单相电流互感器，单相电流互感器二次信号传至无功补偿装置智能控制器，智能控制器通过电流相位与母线电压相位逻辑分析对比，判断投入供电系统的无功补偿容量。双电源转换开关电源进线侧柴油发电机组供电回路，未配置用于柴油发电机组供电计量的电流互感器，也未配置为无功补偿装置智能控制器提供电流信号的电流互感器。以上电流互感器配置方式虽然可以实现变压器供电的电能计量，但不能够实现柴油发电机组供电电能计量；仅能实现变压器供电时对供电系统进行无功补偿，改善供电质量；不能够实现柴油发电机组供电时对供电系统进行无功补偿。

2、虽然在0.4kV母线上配置固定电容器和分级电容器组相组合的无功补偿装置，无功补偿装置的智能控制器的电流采样信号来自于双电源转换开关电源进线侧变压器供电回路，电压采样信号来自于0.4kV母线；通过固定电容器补偿0.4kV母线上的基础负荷，通过分级电容器组补偿0.4kV母线上的动态负荷。其存在的不足是：虽然可以实现变压器供电时0.4kV母线上的无功补偿，但不能够实现动态连续的无功补偿；当柴油发电机组供电时，尽管在0.4kV母线上设置有无功补偿装置但也不能发挥设备的作用，不能够对供电系统进行无功补偿。尤其是当柴油发电机组供电启动电动机负荷时，电动机启动暂态过程中需要大量的无功容量，而这时在0.4kV母线上设置的无功补偿装置不能发挥设备的作用，电动机启动需要的无功容量全部由柴油发电机组提供，导致选择的柴油发电机组容量增大。

发明内容

本发明目的在于提供一种低压双电源供电系统无功补偿配置方法，实现提高供电系统的电能质量、运行功率因数，达到电网侧电力变压器供电时或柴油发电机组供电时的无功功率动态平衡，降低供电系统的设备采购成本和运行成本。

为实现上述目的，本发明发明采取下述技术方案：

本发明所述低压双电源供电系统无功补偿配置方法，包括下述步骤：

步骤1、无功补偿的配置采用组合型比例式配置：即将无功补偿配置成动态无功补偿单元+固定无功补偿单元组合方式；所述动态无功补偿单元采用电子式无功发生器，其容量配置为所述低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；所述固定无功补偿单元采用电容器件，其容量配置为低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；实现低压双电源供电系统计算无功补偿容量0～100%范围内的动态连续补偿；

步骤2、电流信号双采集：在低压双电源供电系统的双电源转换开关进、出线侧配置电流信号采集装置；所述双电源转换开关出线侧配置的所述电流信号采集装置，对电网侧电力变压器供电时的电流信号和柴油发电机组供电时的电流信号进行采集，将采集到的所述电流信号传输到动态无功补偿单元和固定无功补偿单元的控制器,在全工况运行方式下，实现全相完整的无功补偿；双电源转换开关进线侧配置的所述电流信号采集装置，将电力变压器供电回路电流信号传输到电力变压器电能计量表，并将柴油发电机组供电回路电流信号传输到发电机电能计量表，在全工况运行方式下，实现完整电能计量。

本发明优点在于采取将无功补偿装置配置成动态无功补偿+固定无功补偿组合方式，从而实现低压双电源供电系统计算无功补偿容量0～100%范围内的动态连续补偿。

附图说明

图1是本发明的低压双电源供电系统的无功补偿配置图。

图2是现有的低压双电源供电系统的无功补偿配置图。

具体实施方式

如图1所示，是按照本发明方法配置的低压双电源供电系统无功补偿电路原理示意图。图中详细完整表达了本发明的低压双电源供电系统的无功补偿配置，包括电力变压器、柴油发电机组、双电源转换开关、双电源转换开关进线侧变压器进线回路电流互感器及电能计量表、双电源转换开关进线侧柴油发电机组进线回路电流互感器及电能计量表、双电源转换开关出线侧电流互感器、0.4kV低压母线、动态无功补偿单元、固定无功补偿单元、馈线回路（n回路）。

现结合图1，对本发明所述的低压双电源供电系统无功补偿配置方法进行详细描述：

步骤1、无功补偿的配置采用组合型比例式配置：即将无功补偿配置成动态无功补偿单元+固定无功补偿单元组合方式；所述动态无功补偿单元采用电子式无功发生器，其容量配置为所述低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；所述固定无功补偿单元采用电容器件，其容量配置为低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；实现低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的0～100%的连续补偿；

步骤2、电流信号双采集：在低压双电源供电系统的双电源转换开关进、出线侧配置电流信号采集装置；双电源转换开关的电源出线侧配置的一组三相电流互感器1，用于电力变压器供电或柴油发电机组供电时，为动态、固定无功补偿单元的智能控制器2提供电流信号，动态、固定无功补偿单元的智能控制器2电压信号采集自0.4kV低压母线，实现全相完整的无功补偿；双电源转换开关进线侧配置的所述电流信号采集装置，将电力变压器供电回路电流信号传输到电力变压器电能计量表，并将柴油发电机组供电回路电流信号传输到发电机电能计量表，在全工况运行方式下，实现完整电能计量。

本发明工作原理简述如下：

一、低压双电源供电系统在最小运行方式时，无功补偿容量也较低，这时由动态无功补偿单元投入运行，满足低压双电源供电系统的计算无功补偿容量0～50%的要求；随着低压双电源供电系统运行负荷增大，需求的无功补偿容量近似等于计算无功补偿容量50%的要求时，固定无功补偿单元投入运行，动态无功补偿单元退出运行；伴随低压双电源供电系统运行负荷继续增大，需求的无功补偿容量大于计算无功补偿容量50%时，固定无功补偿单元和动态无功补偿单元同时投入运行，在固定无功补偿容量的基础上，实现低压双电源供电系统计算无功补偿容量0～100%范围内的动态连续补偿。

低压双电源供电系统最小运行方式时的经济分析：

动态无功补偿单元是全时段投入运行的，固定无功补偿单元仅在所需无功补偿容量超出计算无功补偿容量50%时投入运行，动态无功补偿单元要比固定无功补偿单元利用率高得多。按照目前市场经济水平测算，固定无功补偿单元采用传统电容器型式，其经济指标为60～80元/kvar；动态无功补偿单元采用电子器件（IGBT）型式，其经济指标为80～100元/kvar；两种型式同容量相比较，动态无功补偿单元比固定无功补偿单元的设备器件投资增加10%左右，折算到无功补偿成套装置（包括器件、控制器、导线、端子、设备外壳）核算结果，动态无功补偿单元比固定无功补偿单元的设备成套装置投资增加5～10%左右，但由于利用率高，因此无功补偿设备成套装置投资增加是合算的。

二、低压双电源供电系统在全工况运行方式下，实现全相完整的无功补偿和电能计量。

在双电源转换开关电源出线侧，配置一组三相电流互感器1，用于电力变压器供电或柴油发电机组供电时，为动态、固定无功补偿单元的智能控制器2提供电流信号；配置三相电流互感器1的重要意义是用电负荷在不完全对称运行方式下，A相、B相、C相所需要补偿的无功容量是有差别的，三相电流互感器1可以检测出各相负荷的电流相位，通过智能控制器2动态控制无功补偿容量。尤其是柴油发电机组供电启动大容量电动机负荷时，通常供电系统缺乏大量的无功容量，动态无功补偿单元能够以毫秒级的时间迅速发出无功功率，减轻柴油发电机组的发无功功率负担，电压波动小，柴油发电机组运行稳定，便于电动机启动，还可以降低供电系统柴油发电机组设备采购成本和运行成本。

Claims (1)

1.一种低压双电源供电系统无功补偿配置方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1、无功补偿的配置采用组合型比例式配置：即将无功补偿配置成动态无功补偿单元+固定无功补偿单元组合方式；所述动态无功补偿单元采用电子式无功发生器，其容量配置为所述低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；所述固定无功补偿单元采用电容器件，其容量配置为低压双电源供电系统的计算无功补偿容量的50%；实现低压双电源供电系统计算无功补偿容量0～100%范围内的动态连续补偿；

步骤2、电流信号双采集：在低压双电源供电系统的双电源转换开关进、出线侧配置电流信号采集装置；所述双电源转换开关出线侧配置的所述电流信号采集装置，对电网侧电力变压器供电时的电流信号和柴油发电机组供电时的电流信号进行采集，将采集到的所述电流信号传输到动态无功补偿单元和固定无功补偿单元的控制器,在全工况运行方式下，实现全相完整的无功补偿；双电源转换开关进线侧配置的所述电流信号采集装置，将电力变压器供电回路电流信号传输到电力变压器电能计量表，并将柴油发电机组供电回路电流信号传输到发电机电能计量表，在全工况运行方式下，实现完整电能计量。

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