无功补偿技术论文范文

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二无功补偿技术的发展

根据以上分析来看，无功补偿技术在近年来取得了非常显著的发展成效，在无功补偿效能方面也有一定的完善。然而在当前的无功补偿技术方案中，还存在一定的不足，未来在无功补偿技术上还需要向着以下三个方向做进一步的发展：第一，合理应用新型信息检测技术以及信号处理技术，当前大量的理论与实践研究已经证实——广义瞬时无功功率检测方法即便是在电网电压出现畸变或不对称问题的情况下，仍然能够对基波正序瞬时无功电流以及不对称（高次谐波）瞬时无功电流进行准确的分离。在此基础之上，根据分离得到的不同类型的瞬时无功电流，在无功补偿时有选择性地进行部分补偿或完全补偿，整体运行效能好，未来需要进一步探索将这种信息检测技术与无功补偿装置的融合方法。除此以外，考虑到电力系统具有数据规模庞大、数据质量整体水平较低以及数据量大等方面的特点，同时系统要求相关装置能够根据所接收的数据快速、高效地做出反应，因此，在无功补偿装置方面，还需要探索将其与数据挖掘技术以及粗糙集技术的融合方法，以提高无功补偿装置在处理庞大数据以及获取重要信息方面的能力。第二，促进控制理论、控制方法的发展。在现代计算机技术快速发展的背景之下，无功补偿装置中现代化的控制器、控制方法以及控制理论得到了非常深刻的体现。在无功补偿装置系统设置中，通过引入新型的数字化处理器，不但能够使数据采集的工作效率得到提高，还对处理的精度、实时性有重要影响，通过对控制方法的完善达到提高无功补偿装置运行效能的目的。第三，提高电力电子器件性能。在整个电力系统当中，所使用电子器件的具体性能将对整个无功补偿装置的运行效率产生直接性的影响。因此，为了提高无功补偿装置的运行效能，可以尝试从材料、技术、工艺等多个方面入手，提高基于半控制或全控制电力电子期间的性能。特别是在国内当前技术水平比较薄弱的全控型电子期间中苦下功夫，能够为无功补偿技术的应用带来非常深远的影响。

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0.前言

随着电力电子装置的广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重。另外,许多电力电子装置的功率因数很低,给电网带来额外负担并影响供电质量。可见消除谐波污染并提高功率因数,已成为电力电子技术中的一个重要的研究领域。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本思路有两条: (1)装设补偿装置,以补偿其谐波和无功功率; (2)对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,且不消耗无功功率,或根据需要对其功率因数进行控制。

1.无功与谐波自动补偿装置的原理

1.1有源电力滤波器的原理

电力滤波器主要包括有源滤波器和无源滤波器,或两者的混合,即混合滤波器。

有源电力滤波器(APF)根据其与补偿对象连接的方式不同,分为并联型和串联型两种,而并联型滤波器在实际中应用较广。下面以并联型有源滤波器为例,介绍其工作原理。论文参考。HPF(High Pass Filter)是由无源元件RLC组成的高通滤波器,其主要作用是滤除逆变器高频开关动作和非线性负载所产生的高频分量;负载为谐波源,它产生谐波并消耗无功功率。有源电力滤波器主要由两部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(PWM信号发生电路、驱动电路和逆变主电路)。指令电流运算电路的作用是检测出被补偿对象中的谐波和无功电流分量,补偿电流发生电路的作用是根据指令电流发出补偿电流的指令信号,控制逆变主电路发出补偿电流。

作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作。为了维持直流侧电压基本恒定,需要从电网吸收有功电流,对直流侧电容充电时,此时作为整流器工作。它既可以工作在逆变状态,又可以工作在整流状态,而这两种状态无法严格区分。

有源滤波器的基本工作原理是:通过电压和电流传感器检测补偿对象(非线性负载)的电压和电流信号,然后经指令电流运算单元计算出补偿电流的指令信号,再经PWM控制信号单元将其转换为PWM指令,控制逆变器输出与负载中所产生的谐波或无功电流大小相等、相位相反的补偿电流,最终得到期望的电源电流。

1.2无功与谐波自动补偿装置的原理

为适应滤波器要求容量大这一特点,我们采用了有源电力滤波器与无源LC滤波器并联使用的方式。其基本思想是利用LC滤波器来分担有源电力滤波器的部分补偿任务。由于LC滤波器与有源电力滤波器相比,其优点在于结构简单、易实现且成本低,而有源电力滤波器的优点是补偿性能好。两者结合同时使用,既可克服有源电力滤波器成本高的缺点,又可使整个系统获得良好的滤波效果。

在这种方式中,LC滤波器包括多组单调谐滤波器和高通滤波器,承担了补偿大部分谐波和无功的任务,而有源滤波器的作用是改善滤波系统的整体性能,所需要的容量与单独使用方式相比可大幅度降低。

从理论上讲,凡使用LC滤波器均存在与电网阻抗发生谐振的可能,因此在有源电力滤波器与LC滤波器并联使用方式中,需对有源电力滤波器进行有效控制,以抑制无源滤波器与系统阻抗之间发生谐振。论文参考。

2.无功与谐波自动补偿装置控制系统设计

2.1系统技术指标

(1)适用电源电压等级: 220 V(AC) , 380V(AC)

(2)有源滤波器补偿容量: 50kVA(基波无功);150A(最大瞬时补偿电流)

(3)可以控制的无源补偿网络的功率等级: 500kVA。

(4)在无源补偿网络容量范围内,补偿后的电源电流:功率因数高于0. 9,总谐波畸变系数(THD) <5%,三相负载电流的不对称系数<3%。

(5)可适用的运行环境:室内;温度-20~

55℃;相对湿度<90%。

2.2有源滤波器控制系统的设计

双DSP芯片分别采用浮点芯片TMS320VC33和定点芯片TMS320LF2407,以下简称为VC33和F2407。对VC33来讲,其运算能力很强,主频最高为75MHz,但片内资源和对外I/O端口较少,逻辑处理能力也较弱,主要用于浮点计算和数据处理;而F2407正好相反,其片外接口资源丰富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于数据采集和过程控制。

中央控制器由F2407实现,主要用于①主电路电压、电流的采集;②四象限变流器的控制;③无源补偿控制指令的;④显示、按键控制;⑤与上位机的通讯。两个DSP芯片通过双端口RAM完成数据交换。通过这两个DSP芯片的互补结合,可充分发挥各自的优点,使控制系统达到最佳组合。各相无源补偿网络的控制及电流检测由各自的控制器完成。各控制器通过光电隔离的RS-485通讯总线与F2407相连。

3.结论

3.1提出了一种新的电力系统谐波与无功功率的综合动态补偿方式,对无功与谐波自动补偿装置主电路和控制系统工作原理进行了分析。

3.2由于电源系统的谐波对应于一个连续的频谱,投入有源滤波器可以大大改善滤波性能,并能抑制LC电路与电网之间的谐振。有源滤波器的控制系统采用了基于双DSP结构的全数字化控制平台。论文参考。

3.3在此项目的实践中,电力系统的功率因数提高到0.9以上,完全符合此项目合同的技术性能指标。同时使供电网的谐波得到了有效抑制。通过仪器检测5次、7次等谐波电流几乎为零值。

【参考文献】

[1]赵庆华,吴琦.无功补偿电容器容量计算及放电器的配置[J].安徽电力职工大学学报,2003,(03).

[2]刘凯峰,郑常宝.一种SVC试验装置的设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2007,(06).

[3]杨孝志.几种无功补偿技术的分析和比较[J].安徽电力,2006,(02).

[4]柯勇,钱峰.有源电力滤波器谐波电流检测研究及仿真[J].安徽工程科技学院学报(自然科学版),2008,(02).

[5]张艳红,张兴,林闽,吕绍勤,张崇巍.与建筑相结合的光伏并网发电示范电站[J]中国建设动态.阳光能源,2005,(06).

[6]朱连成,王琳,宁春明,刁嫣妲.基于EXB841的IGBT驱动保护电路的设计[J].辽宁科技大学学报,2008,(01).

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[8]许娅.供电系统中谐波产生原因及限制措施[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2003,(02).

[9]范木宏,成立,刘合祥.电荷泵锁相环的全数字DFT测试法[J].半导体技术, 2005,(04).

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（一）电力系统无功补偿技术的原理与作用

无功补偿的基本原理是将具有容性设备与感性负载相并联。在日常的工业与生活用电负载中，绝大多数都属于感性负载，具体应用在变压器、荧光灯等设备中，这些设备在整个运行过程中都需要进行无功补偿以维持其正常的运转、保持其稳定性。由于无功补偿装置能够补偿掉负序电流分量，并可以达到三相负荷平衡的效果，因此，无功补偿可使设备容量降低、电网电压稳定、供电质量提高，因此，无功补偿技术是维持电网稳定与电网安全的一个重要保障，也是提高供电质量与供电效率的一个必不可少的手段。

（二）无功补偿装置的应用现状

1、同步调相机

同步调相机是最早采用的一种无功补偿装置。它相当于空载运行的同步电动机，不附带机械负载，虽然在早期运用中，同步调相机确实起到了调节电压、稳定电网的作用，但是由于其本身是旋转机械，噪声及损耗都较大，且投资费用不低，因此，在后来并联电容器发展起来后，其应用逐渐降低，但由于它可在短时间内进行强行励磁，所以仍用于一些高压直流输电系统中。

2、并联电容器

继同步调相机后，并联电容器逐渐应用到无功补偿装置中。较同步调相机而言，并联电容器价格低廉，投资费用少，且损耗低、易于安装维护，既适合集中使用，又适合分散装设。因此，并联电容器在电网中应用最多。但是由于电容量固定，并联电容器无法实现系统的无极补偿，同时，当系统出现谐波现象时，由于并联电容器本身的负电压效应，这时便会出现并联谐振、放大谐波电流的问题。因此，随着无功补偿装置的不断发展，并联电容器的地位也逐渐的降低。

3、并联电抗器

并联电抗器是无功补偿装置的又一重要组成部分。其主要作用是通过提高感性无功功率来达到电力系统过剩容性功率平衡的效果。但是这种装置的运用有一定的条件限制，一个是电力系统初期输送功率较小，维持在一个额度内；一个是后期负荷较轻，否则会打破系统的电压平衡，电压会升高，从而导致电网安全无法保障。

4、静止无功补偿器

最早的静止无功补偿装置是饱和电抗器，饱和电抗器又分为自饱和式与可控饱和式两种。前者通过运用铁心的饱和特性来控制无功功率的增减，这种装置的响应速度较快，但是由于铁心损耗比较大，且噪声也较大，因此在运用中优势并不明显；后者可通过控制电流来控制铁心的饱和度，从而改变电抗器的电抗，进一步改变无功电流的大小，但其使用仍受到一定的制约，因为在运用过程中，会产生很大的噪声。

5、静止无功发生器

静止无功发生器与静止无功补偿器相比较更具进步性，因为其主要采用自换相变流电路。其基本原理是将自换相桥式电路并联在电网上，通过对桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值进行调节，从而达到使电路吸收或者发出无功电流的目的。这种装置与静止无功补偿装置相比更加简便易行，因为其体积已经大大缩小。同时，静止无功发生器的成本也较为低，其运行速度、运行范围都更具优越性，因而在实际运用中，该种装置有着广泛的市场。

但不可否认的是，静止无功发生器的控制系统以及控制方法较静止无功补偿器更加复杂，因此其器件水平有待于进一步的提高。

二、我国国内无功补偿技术的应用情况

目前国内应用较为广泛的无功补偿技术是机械投切电容器的方式，其较同步调相机等装置而言价格更加低廉，性价比较高，同时，在系统运行过程中，它的变化频率与波动幅度都比较小，因此其市场比较广泛。目前，国内较为先进且有着一定市场的无功补偿装置是静止无功补偿装置，我国约有5个变电站采用改种装置。目前而言，一套静止无功补偿装置设备的市场价格在150至275美元之间，可见其成本也并不很低，所以国内的高电压等级的装置设备尚未实现国产化。当今静止无功补偿装置的生产企业为数不多，主要以西电科技、电科院电力电子公司等为代表。这些企业都较早的引进了静止无功补偿技术，也是较早的一批将其运用到输电网络中的企业。由于技术条件的限制，目前应用于电气化铁路的装置还不是很多，国内关于电气化铁路装置的研究也逐渐的展开与深入。

在国外，静止无功补偿技术已经广泛应用，尤其是在欧洲、美国、日本等发达国家。较于国内而言，国外关于高电压、大功率的静止无功发生器装置的应用也已成熟，其技术已经取得了很大的进步，其低成本、简化的器件使得该种装置的优势得以全面的体现，因而，静止无功发生器的运用较国内而言更加的广泛，其占据的市场份额也更大。现今，国外许多国家已经进入了研究电压不平衡以及非线性负载的阶段。

三、结语

电力系统无功补偿技术是维持电网稳定、保障电网安全的一个重要手段，因此对于无功补偿装置的研究也是我国电力系统发展研究的一个重要方面。目前，由于静止无功补偿装置的价格比较低廉，性价比较高，且操作过程简单易行，因而在应用中最为广泛。本文旨在通过对电力系统无功补偿技术的发展现状及其在国内的应用情况进行分析，以此为我国电力系统的发展提供一定的参考依据。

参考文献

[1]丁永忠；袁佑新；肖义平 基于功率变换的可变电抗器研究[期刊论文]-武汉理工大学学报 2008（03）.

[2]袁佑新；蔡珊珊；班泉聚 基于可变电抗的静止无功补偿器拓扑结构研究[期刊论文]-武汉理工大学学报 2009（12）.

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0.概述

CJK型低压无触点无功功率补偿装置是改善供电系统功率因数及电能质量的动态无功功率补偿及谐波滤除治理设备，采用大功率电力半导体模块和热管散热器、高次谐波滤波器、自愈式低压电容器，配以先进的投切技术，分相实时过零触发，无触点切换，具有无涌流、无振荡、快速动态响应，具有投切无涌流、无振荡、无火花、无噪声、自动动态跟踪补偿，补偿精度高，使用寿命长等一系列优点，是传统的接触器型补偿装置的理想升级换代产品，广泛适用于冶金、造船、汽车制造、建材、机械制造、电力、化工、石油、造纸、煤炭、市政设施以及其他用电负荷大、网压波动大，无功电流大，谐波严重以及三相电流不平衡等行业的配网系统。论文参考网。

1.工作原理

1.1监测终端工作原理

此装置由测量、显示、控制、接口和电源等部分组成。

如图所示：

测量部分由精密小型互感器（输入：0~600V、0~5A）及前置信号处理电路构成，从中获取电压、电流、频率、相位等多种实时数据；显示部分采用高品质的液晶（LCD）显示模块，每屏可以显示8*16个汉字（16*16）或128*64个像素的图形；控制部分以16位单片微机为核心，配以多路A/D，实时时钟，以及容错电路等外围芯片；接口部分采用半双工的RS-485接口，用于向下位机实时传递测量数据、可编程参数、最大（小）值及其时间标签。电源部分采用高频开关电源，使得仪器更加节能，更能适应各种不同的电源电压环境。

软件主要实现测量数据计算、内部参数计算、电能累加、人机界面等功能。由于软件量较大、功能复杂，因此程序采用了先进的编程理念：功能模块化，结构格式化，任务简单化，时间多元化。具有多种优点：程序维护简单，流程式清晰明了，事件并行处理，响应快速有效。

为了提高系统的可靠性、稳定性，内部装有高稳定度基准源，温度监测及软硬件冗余等容错技术；为了提高整机的抗干扰能力，采用了多项电磁兼容保护措施，确保了在恶劣的工作环境下也能安全工作。

2、电容投切方式

采用“循环+灵活编码”投切方式，根据当前无功需量，一次性动态精准选组投切电容器，使补偿容量与系统的需要容量始终保持靠近动态持平点，提高了补偿清度，彻底解决了欠补及无功倒送的问题，补偿精度可达0.95以上。

2.功能特点

2.1使用功能

保护：装置具备上电保护、掉电保护、过压保护、欠压保护、过流保护等多种保护功能。时钟：准确的时钟功能为系统事件的发生和各种统计量提供时间坐标。开关次数统计：统计并显示每只开关的当月动作次数和总动作次数。电压统计：统计包括电压合格率、超上限时间、超下限时间、最大值、量小值等。谐波测量：装置可测量至15次谐波并显示。多项监测：CJK型装置功能强大，它集合了电量变送器、数字式电度表、数显表、数据采集器、记录分析仪、RTU等仪器的部分或合部功能。测量功能包括：一条三相四线制回路或全部相电压/线电压（V）、电流（I）、功率（P、QO）、电能（WH、QH）、功率因数（COS￠）、频率（F）、谐波（%）及谐波棒图分析等到功能。通讯：CJK2W为了未来测量仪表的环境具备通讯功能，可通过RS232或RS485通讯口，与就地的计算设备通讯或组网与远程，允许连接开放式结构的局域网络。应用MODBUS通讯规约，在PC或数据采集系统上运行的软件，能提供一个对于工厂、电厂工业和建筑物的服务的简单、实用的电量管理方案。自动稳零：具有自动校准零点随时间和温度的漂移。宽动态输入：CJK2W允许用户对其工作状态“测量系统选择”、“CT、PT变比”、“通讯”、“电能累加复位”等到进行更改设定。故障自诊断：具有故障自动诊断功能，并将结果显示在屏幕上或通过串行口输出。抗电磁开扰：完善的电磁兼容性设计，具有极强的抗电磁干扰能力，适合在强电磁干扰的复杂环境中使用。

2.2基本功能

2.2.1数据采集

三相电压/三相电流/三相功率因数。有功功率/无功功率。频率/谐波电压/谐波电流/谐波分析至15次。

2.2.2数据通讯

实时监控。三相电压/三相电流/三相功率因数。有功功率/无功功率。谐波/频率。定期采集

累计数据。三相电压/三相电流/三相功率因数。三相有功功率/三相无功功率。

2.2.3参数设置

电流互感器变比/电压互感器变化。论文参考网。电压上限/电压下限设置。电压谐波总畸变率超限。单相电容设置/三相电容设置。投入门限系数/切除门限系数。投切延时/电容设置。系统报警延时设置。论文参考网。通讯波特率/通讯串口和奇偶校验位。

2.2.4无功补偿

取样物理量为无功功率，系统按照无功需量进行投切电容，无投切振荡，无补偿呆区

3.应用效果