CN111404172B - 一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统及方法，系统包括无功补偿装置和控制单元，控制单元采集母线电压和电流信息并根据电压和电流信息调整无功补偿装置的输出容量，无功补偿装置包括一体式设置调压调容电容器组和可控电抗器。方法包括采集母线电压和电流信息；计算功率因数并判断需要进行的无功补偿类型；根据无功补充类型调节调压调容电容器组和可控电抗器的输出容量。本发明的优点是：可控电抗器和调压调容电容器组一体化设置，占地面积小；可以实现从容性无功到感性无功双向连续调节；电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，整体运行损耗降低；无需设置投切高压开关，操作过电压和投切涌流冲击极小，运行可靠性高。

Description

一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及配电技术领域，尤其涉及一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统及方法。
背景技术
城市供电系统随着电缆化率的提高，电缆充电功率造成电网容性无功倒送问题日益突出，严重影响了供电电压质量，需要变电站增加电抗器实现无功平衡和电压调节。
现有的无功补偿装置，如申请号为201410252629.5的发明专利，其包括一隔离开关，所述隔离开关一端分成两路，一端经第一熔断器连接固定补偿电容器，另一路经第二熔断器连接磁控电抗器。其通过设置两个条支路实现无功补偿，整个装置占用的面积大，而对于变电站而言，尤其是建成时间长的变电站，场地面积小，并不能提供足够的场地来安装无功补偿装置。
发明内容
本发明主要解决了传统无功补偿装置占地面积大的问题，提供了一种与变压器结构类似，将可控电抗器和调压调容电容器分别连接到一个次级绕组中，实现可控电抗器和调压调容电容器一体化设置，占地面积小的基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统，包括无功补偿装置和控制单元，所述控制单元采集母线电压和电流信息并根据电压和电流信息调整无功补偿装置的输出容量，所述无功补偿装置包括一体式设置调压调容电容器组和可控电抗器。
控制单元根据采集的电压和电流信息获取功率因数，根据功率因数控制可控电抗器和调压调容电容器组的输出容量实现感性无功补偿及容性无功补偿的双向调节。
作为上述方案的一种优选方案，所述无功补偿装置包括初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，初级绕组与母线相连，第一次级绕组中串联有晶闸管组，所述晶闸管组包括两个反向并联的晶闸管，初级绕组和第一次级绕组组成可控电抗器。第一次级绕组为低压绕组，晶闸管两端无需承受配电网高电压，无需大量晶闸管串联。
作为上述方案的一种优选方案，所述调压调容电容器组与可控电抗器的第二次级绕组串联，所述调压调容电容器组包括串联的电容器组和用于改变电容器组两端电压的有载分接开关。无功补偿装置为一个类似于三绕组变压器的结构，使得可控电抗器和调压调容电容器组能够实现一体化设置，减少占地面积；有载分接开关的设置使得第二次级绕组具有调压变压器的作用，能够改变电容器端电压实现容性无功平滑调节；电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，相较于传统SVC电容器组和可控电抗器相互抵消的运行方式，本系统整体运行损耗大大降低。
作为上述方案的一种优选方案，所述控制单元分别与晶闸管导通角和有载分接开关相连。
作为上述方案的一种优选方案，所述控制单元还设有通信模块，控制单元通过通信模块接收无功补偿指令。
对应的本发明还提供一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，采用上述基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统，包括以下步骤：
S1：控制单元采集母线电压和电流信息；
S2：控制单元根据电压和电流信息计算功率因数并判断需要进行的无功补偿类型；
S3：根据无功补充类型调节调压调容电容器组和可控电抗器的输出容量。
控制单元根据采集的电压和电流信息获取功率因数，根据功率因数控制可控电抗器和调压调容电容器组的输出容量实现感性无功补偿及容性无功补偿的双向调节。
作为上述方案的一种优选方案，所述无功补充类型包括感性无功补偿和容性无功补偿。
作为上述方案的一种优选方案，在进行容性无功补偿时，控制单元优先调节可控电抗器的输出容量，当调节范围大或负荷波动周期长时，控制单元调节调压调容电容器组的输出容量。优先调节可控电抗器能够减少有载分接开关的动作次数，通过调节有载分接开关能够实现容性无功平衡调节。
作为上述方案的一种优选方案，在进行感性无功补偿时，控制单元将调压调容电容器组的输出容量调到最小，通过调整可控电抗器输出容量实现感性无功调节。
本发明的优点是：可控电抗器和调压调容电容器组一体化设置，占地面积小；可以实现从容性无功到感性无功双向连续调节；电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，整体运行损耗降低；无需设置投切高压开关，操作过电压和投切涌流冲击极小，运行可靠性高。
附图说明
图1为实施例中基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统的一种结构框图。
图2为实施例中无功补偿装置的一种电路原理图。
图3为实施例中基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法的一种流程示意图。
图4为实施例中系统输出容量从0至目标值时的一次侧电流暂态波形图。
图5为实施例中系统输出容量从当前值至0时的一次侧电流暂态波形图。
1-无功补偿装置 2-控制单元 3-母线 6-初级绕组 7-第一次级绕组 8-第二次级绕组 9-晶闸管 10-电容器组 11-有载分接开关 12-通信模块 13-上位机 14-电压互感器15-电流互感器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿系统，如图1所示，包括无功补偿装置1、控制单元2和上位机13，控制单元通过电压互感器14和电流互感器15采集母线3电压及电流信息并根据电压和电流信息调整无功补偿装置的输出容量，控制单元中还设有通信模块12，控制单元通过通信模块12与上位机相互通信，使得工作人员能够通过上位机远程控制无功补偿装置的输出容量，无功补偿装置包括一体式设置调压调容电容器组和可控电抗器，可控电抗器实现感性无功功率调节，调压调容电容器组实现容性无功功率调节。
如图2所示，无功补偿装置1包括初级绕组6、第一次级绕组7和第二次级绕组8，初级绕组6与母线3相连，第一次级绕组中串联有晶闸管组，晶闸管组包括两个反向并联的晶闸管9，初级绕组和第一次级绕组组成可控电抗器，晶闸管的导通角与控制单元2相连，受控制单元2控制，第一次级绕组为低压绕组，与第一次级绕组相连的晶闸管无需承受母线的高电压，因此，无需大量串联晶闸管。
调压调容电容器组与可控电抗器5组一体化设置，组成一个类似与三绕组变压器的结构，调压调容电容器组4与可控电抗器的第二次级绕组8串联，调压调容电容器组包括串联的电容器组10和用于改变电容器组两端电压的有载分接开关11，通过有载分接开关与控制单元相连，受控制单元控制，控制单元通过控制有载分接开关改变第二次级绕组的接入匝数从而改变电容器组两端的电压从而实现电容器组容量的自动分级调节，由于电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，相较于传统SVC电容器组和可控电抗器相互抵消的运行方式，本系统整体运行损耗大大降低。电容器组输出容量计算公式如下：
Qc＝2πfCU2
其中，f为交流电频率，C为电容量，U为电容器组两端电压。因有载分接开关的设置免去了投切开关的设置，在调节过程中过电压和投切涌流冲击极小，提高了系统的可靠性，还使得电容器组无需长时间运行在额定电压下，有利于延长电容器组的实用寿命。
初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组均设置在铁芯上，铁芯采用无小截面阀式结构铁芯，在磁路上始终处于不饱和状态，同时铁芯始终工作在线性区，电感线性度好，补偿容量与晶闸管控制角度对应精确；除此之外还具有发热均匀，不存在局部饱和及温升过高的问题，避免绝缘老化，磁滞损耗小、噪音低等优点。
本实施例还提供一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1：控制单元采集母线电压和电流信息；
S2：控制单元根据电压和电流信息计算功率因数并判断需要进行的无功补偿类型，无功补充类型包括感性无功补偿和容性无功补偿；
S3：根据无功补充类型调节调压调容电容器组和可控电抗器的输出容量。在进行容性无功补偿时，控制单元优先调节可控电抗器的输出容量，当调节范围大或负荷波动周期长时，控制单元调节调压调容电容器组的输出容量。在进行感性无功补偿时，控制单元将调压调容电容器组的输出容量调到最小，通过调整可控电抗器输出容量实现感性无功调节。
在调节过程中，可控电抗器的控制晶闸管每半个周波导通一次，本体响应时间小于10ms，如图4、图5所示。具有响应速度快的优点。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：实现方法的系统包括无功补偿装置(1)和控制单元(2)，所述控制单元采集母线(3)电压和电流信息并根据电压和电流信息调整无功补偿装置的输出容量，所述无功补偿装置包括一体式设置的调压调容电容器组和可控电抗器，所述无功补偿装置包括初级绕组(6)、第一次级绕组(7)和第二次级绕组(8)，初级绕组与母线相连，第一次级绕组中串联有晶闸管组，所述晶闸管组包括两个反向并联的晶闸管(9)，初级绕组和第一次级绕组组成可控电抗器，所述调压调容电容器组与无功补偿装置的第二次级绕组(8)串联，所述调压调容电容器组包括串联的电容器组(10)和用于改变电容器组两端电压的有载分接开关(11)；
所述方法包括以下步骤：
S1：控制单元采集母线电压和电流信息；
S2：控制单元根据电压和电流信息计算功率因数并判断需要进行的无功补偿类型；
S3：根据无功补偿类型调节调压调容电容器组和可控电抗器的输出容量。
2.根据权利要求1所述的一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：所述控制单元(2)分别控制晶闸管(9)导通角和有载分接开关(11)。
3.根据权利要求1所述的一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：所述控制单元还设有通信模块(12)，控制单元通过通信模块接收无功补偿指令。
4.根据权利要求1所述的一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：所述无功补偿类型包括感性无功补偿和容性无功补偿。
5.根据权利要求1所述的一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：在进行容性无功补偿时，控制单元优先调节可控电抗器的输出容量，当调节范围大或负荷波动周期长时，控制单元调节调压调容电容器组的输出容量。
6.根据权利要求1所述的一种基于高阻抗变压器的混合型动态无功补偿方法，其特征是：在进行感性无功补偿时，控制单元将调压调容电容器组的输出容量调到最小，通过调整可控电抗器输出容量实现感性无功调节。
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