智能无功

2024-06-16

智能无功（精选九篇）

智能无功篇1

1 传统的低压无功补偿设备的状况

1.1 采集单一信号, 采用三相电容器, 三相共补

这种补偿方式适用于负荷主要是三相负载 (电动机) 的场合, 但如果当前的负载主要是为居民用户, 三相负荷很可能不平衡。那么各项无功需量也不同, 采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。

1.2 投切开关多采用交流接触器

其缺点是响应速度较慢, 在投切过程中会对电网产生冲击涌流, 使用寿命短。

1.3 无功控制策略

控制物理量多为电压、功率因数、无功电流, 投切方式为:循环投切、编码投切。这种策略没有考虑电压的平衡关系与区域的无功优化。

1.4 通常不具备配电监测功能

2 目前应用的智能无功补偿设备状况

2.1 补偿方式

1) 固定补偿与动态补偿相结合。随着社会的发展, 负载类型越来越复杂, 电网对无功要求也越来越高, 因此单纯的固定补偿已经不能满足要求, 新的动态无功补偿技术能较好的适应负载变化。

2) 三相共补与分相补偿结合。新的设备尤其是大量的电力电子、照明等家居设备, 都是两相供电, 电网中三相不平衡的情况越来越多, 三相共补同投同切已无法解决三相不平衡的问题, 而全部采用单相补偿则投资较大。因此根据负载情况充分考虑经济性的共分结合方式在新的经济条件下日益广泛应用。

3) 稳态补偿与快速跟踪补偿相结合。稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的补偿方式是未来发展的一个趋势。主要针对大型的钢铁冶金等企业, 工艺复杂、用电量大, 负载变化快、波动大, 充分有效地进行无功补偿, 不仅可以提高功率因数、降损节能, 而且可以充分挖掘设备的工作容量, 充分发挥设备能力, 提高工作效率, 提高产量和质量, 经济效益大。

2.2 采用先进的投切开关

目前采用的投切开关主要有以下几种。

1) 过零触发固态继电器。其特点是动态响应快, 在投切过程中对电网无冲击、无涌流, 寿命较长, 但有一定的功耗和谐波污染。目前运用比较普遍。2) 机电一体化智能复合开关。该开关时有交流接触器和固态继电器并联运行, 综合两种开关的优点, 既实现了快速投切, 又降低了功耗。目前主要由于成本及可靠性原因应用较少。3) 机电一体化智能型真空开关。该开关采用低压真空灭弧室及永磁操作机构, 可实现电容过零投切, 还可适应电容器串联电抗器回路的投切, 寿命长, 可靠性高, 目前正在实现商品化。

2.3 采用智能型无功控制策略

采集三相电压、电流信号, 跟踪系统中无功的变化, 以无功功率为控制物理量, 以用户设定的功率因数为投切参考限量, 依据模糊控制理论智能选择电容器组合, 智能投切是针对星-角结合情况。电容投切控制采用智能控制理论, 自动及时地投切电容补偿, 补偿无功功率容量。根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合, 依据“取平补齐”的原则投入电网, 使补偿精度高。

1) 科学的电压限制条件。可设定的过、欠压保护值, 可设置禁投 (低谷高电压) 、禁切 (高峰低电压) 电压值, 具缺相保护功能, 以无功功率为投切门限值。

2) 可设置投切延时。延时时间可调 (既可支持快速跟踪无功补偿, 也可支持稳态补偿) , 同组电容投切动作时间间隔为可设置, 对快速跟踪补偿可设置为零。

2.4 集成综合配电监测功能

配合配电监测功能集配电电压电气参数测量、记忆、通信与一体, 是一套比较完整的配电运行参数测量机构, 是低压配电电网中考核单元线损的理想手段。它能随时为电网管理人员提供所需要的各类数据, 是为电网的安全运行和经济运行提供可靠的管理依据, 是配电电网自动化系统的基本组成部分。主要功能如下:1) 实时监侧配变三相数据:电压、电流、功率、功率因数、频率 (1~3次谐波) ;2) 累计数据记录、整点数据记录和统计数据记录功能, 累计计量有功、无功电量;3) 查询统计分析功能并根据输入条件生成各种报表、曲线、棒图、饼图。

一般都配有相关的后台处理软件, 大多数可实现网络多机操作与数据共享。

2.5 集成电压监测功能

根据电压监测仪标准进行采样与数据统计处理, 便于用户考核电压合格率, 可用于电压监测考核。

2.6 集成在线谐波监测功能

较好一点的监测终端采用DSP作为CPU, 应用FFT快速傅立叶算法, 可精确计算测量出电压、电流、功率因数、有功及无功电量等配电参数, 还可以分析1~31次谐波, 从而实现在线的谐波监测功能, 该数据可根据用户要求在后台软件上进行分析处理。

2.7 通信

某些功能较先进的监控终端充分地考虑了设备的可持续性使用, 采用标准的RS232、RS485接口, 可根据用户要求特殊配置Modem、现场总线 (Profibus) 等, 与配网自动化系统有机结合。具体通信方式有以下几种, 或是其一或是多种方式的结合。

手工抄表:有线、无线、电卡等多种抄表方式。

直接通信:与配电自动化系统接口, 为用户提供了多种解决方案以适应不同的配网自动化系统与子站或主站的直接通信。

与FTU的通信:可通过FTU实现一点对多点采集, 以实现数据远传并与配电自动化系统接口与集抄系统的通信, 通常采用载波或直联

2.8 模块化结构

当前应用较广的模块化设计结构, 将电容器、投切开关、保护集成在一个单元内、形成多种容量规格的标准化单元, 其特点是结构与功能的模块化形成满足不同用户要求的系列产品, 同时还便于各种装置在使用现场的维修与调整。

智能无功篇2

概述一、一、概述

JKL5F-18智能无功功率自动补偿控制器（简称：控制器）是低压配电系统补偿无功功率的专用控制器。本控制器采用美国最新无功功率控制专用芯片，控制器抗干扰能力强，适应各种不同参数配电系数，运行稳定可靠、补偿彻底、操作简单。

二、型号说明二、型号说明□□JKL7F-7F-□

特殊功能最大的控制路数设计序号

取样物理量：L无功电流

W无功功率G功率因数

控制器代号

使用条件三、三、使用条件

1.海拔高度：≤2OOOm;2.环境温度：-10℃～40℃;3.相对湿度：85%(当25℃时);

4.周围环境：无易燃、易爆的介质存在，无导电尘埃及腐蚀气体存在。

四、功能特性

1.控制信号：采用功率因数和无功电流两物理量进行综合控制；

2.操作简单：通过三个键操作，可以达到自动运行、手动投切、参数设定；3.电流判别：电流输入不用考虑极性，能自动判别转换；4.路数通用：投切路数13～18由用户按需设定；

5.数据保存：当改变设定参数后失电时，设定参数不会丢失，数据能永久保存，上电时参数不用重新设定；

6.参数显示：可显示功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率等五种参数；7.过压保护：当电网电压超过设定值时，自动快速逐级切除已投入的电容器组；

8.低负荷封锁：当电流信号小于设计容量5%时，封锁电容器的投入，同时按设定延时逐级切除已投入的.电容器组；

9.切投时间间隔自锁：为了防止电容器因放电不完全，引起切投过电压，当同一组电容器切投动作时间间隔小于电容器放电时间不投入，待时间间隔大于1分钟后才能投入。

五、技术参数1.工作电压：2.输入电流：3.输出触点容量：4.投入门限：5.切除门限：6.C0Sφ设定：7.延时设定：8.过压设定：9.互感器变比设定：

38OVAC±20%5OHz；≤5A；25OV/3A；大于无功门限Qs；大于目标COSφ；0.85～O.99可调；5～120s可调

410～470V可调，电压回差8～10V10～80O可调

1O.无功投入门限设定：1～100kvar可调11.主显示模式：

00-显示COSφ03-显示有功功率

12.功耗：13.执行标准：

15VA

01-显示电压04-显示无功功率

02-显示电流

输入及接线六、六、输入及接线

1.输入电流必须取自配电总屏电流互感器的信号，接23、24端子；

2.输入信号如取A相，则输入电压必须取B、C相，即：电流信号无论取那一相，电压输入必须取另外两相，电压输入接20、21端子；3.端子1～18为路数输出端；

4.端子19为控制器输出继电器的公共端，一般与端子2O相接。

参数设定七、七、参数设定1.自动状态：按

功能键将转换到手动方式，并显示主显示参数；

按▲上升键将循环显示功率因数□、电压U、电流l、有功功率P、无功功率G的代码，再按下降键将显示对应参数值（40秒内无按键则自动回复到主显示参数）；2、手动状态：

按▲上升键逐级投入电容器组，按下降键逐级切除电容器组，按换到自动方式，按

保持3秒将转换到设定状态，显示功能码（F-□），

功能码对照表

功能码F-OF-1F-2F-3F-4F-53.

设定方式：

显示功能码时：按

▲

上升键或

下降键将改变功能码值，按

功能键将转换到显

功能

名称COSφ延时过压路数无功门限变比

可设定范围O．85～O．995～1204lO～47013～181～1001～800

KvarSV单位

最小范围0.0115115

出厂设定值O．983043018460

功能键将转

示设定参数，显示设定参数时：按▲上升键或下降键可更新设定参数，再按键将转换到显示下一个功能码（F-□），再按显示主显示参数。

功能键保持3秒将转换到自动状态，同时

字符显示解释八、八、字符显示解释

字符

名称功率因数COSφ

≡≡≡≡UUAACC

电压电流有功功率无功功率电压欠压电流欠流

COSφ超出显示值或无电流

VAkWkvar

电压低于150V或开路电流小于200mA或开路

电流超过999A时，显示单位变为kA，如1300A显示：1.3kA

单位解释

九、特别说明1.变比的设定：

有功功率、无功功率的绝对值数与电流互感器的变比具有严格的比例关系，因此，第一次开机使用时必须正确设定变比。例如：用户的取样电流互感器为300/5A，其变比值为60，其它规格电流互感器变比详见下表：

电流互压器变比电流互压器变比

50：51O600：5120

75：515800：5160

100：500：5200

150：5301500：5300

200：540：5400

300：5602500：5500

400：5803000：5600

500：51004000：5800

2.无功门限的设定：

无功门限Qc的设定对电容器的投切频繁程度(影响到电容器使用寿命)有至关重要的影响。Qc设定过小，电容器投切次数频繁（产生振荡），Qc设定过大，影响补偿效果。因此Qc的最小设定值不能小于最小电容器组的千乏数。例如：用户为8路电容器组，其值为15、15、30、3O、3O、30、3O、30Qc应选大于15千乏值，取16千乏。

3.通电后，未投入电容器前如某相显示超前状态或功率因数大于O.9O小于O.3O时，说明

输入电压与电流没有一一对应，应重新接线。

4.电压输入和电流输入线不能错接，输出端子不能与强电流短路。

5.在自动状态，功率因数低于设定不投，可能电网无功小于无功门限，也可能无功门限设定过高。

接线图十、十、接线图

浅析中压配网无功智能补偿技术篇3

[关键词]配电自动化；智能；无功补偿技术

一、加强电网无功补偿的重要意义

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断变化，会造成系统的无功分布不合理，甚至可能出现局部地区无功不足、电压偏低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。

电力系统配置的无功补偿装置应在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，保证分层和分区的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，从整体上考虑无功补偿装置在各电压等级变电站、10kV及以下配电网和用户侧配置比例的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电网安全、经济运行的需要。

二、智能无功补偿的基本原则

1.线路补偿点的选择

在10kV线路上进行并联电容器补偿，如果补一组，一般安装在线路长度的2/3处，如果补二组，一般安装在线路长度的2/5和4/5处，如果补三组，一般安装在线路长度的2/7、4/7、6/7处，具体安装地点可视线路正常运行情况下无功潮流而定。由于本文讨论实現自动控制，因此多组安装效果好于单组安装。建议有条件的按照二至三组进行配置，一般不宜大于三组。

2.补偿容量的确定

各条10kV线路状况千差万别，补偿容量应根据各线路特性单独制定，而不应该简单的按照线路安装变压器容量确定。可以调用调度自动化系统中的无功曲线进行分析，以补偿到无功曲线基本平直为准，不应出现无功到送。以此确定补偿的总容量，然后根据曲线的具体情况和线路的无功分布情况，确定分几组，以实现在时间段和线路分段上的就地平衡。如线路无功平均分布，则补偿容量平均分配；线路无功以某段为多，则重点补某段。尽量做到靠近无功负荷中心，实现就地平衡。如无功曲线出现明显的台阶，则容量参考台阶确定，以实现不同时段的完美补偿，比如峰谷时段的巨大差距。

三、智能无功补偿的硬件选择与组装形式

本智能无功补偿系统拟采用的主要线路设备为跌落式熔断器、避雷器、晶闸管投切电路、电容器。

保护从简配置，采用跌落式熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护，按照常规选择即可。此处重点讨论晶闸管作为电容器投切开关的好处。当使用断路器将电容器投入电网时，一方面有可能产生拉弧等现象，这种拉弧会减少断路器的动作次数，不能频繁投切；另一方面由于机械断路器触头动作时间的分散性，难以实现同步，不可避免地产生过渡过程，会造成系统振荡，特别是频繁投切断路器会使系统不稳定。使用晶闸管作为开关，与机械投切电容器相比，晶闸管开关是无触点的，它的操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，能够快速无冲击地将电容器接入电网，大大减小了投切时的冲击涌流和操作困难，所以从开关角度来看，晶闸管比传统断路器投切具有明显优势。通过对电容器组进行分相投切，实现了补偿效果快速、准确、无冲击、无过电压和避免无功倒送等功能，做到快速跟踪检测负荷变化和进行分相补偿。另外，晶闸管控制不需要机械开关开合所需的大控制电流，便于精简控制电源储能蓄电池容量。

补偿装置的组装形式可采用杆上式和落地式，架空线路采用杆上式安装，跌落式熔断器和避雷器直接装在杆子上，晶闸管投切电路和电容器组箱，单杆或双杆安装。控制电路、通讯电路、操作控制电源、蓄电池等另外组箱，安装在电杆较低处，便于检修操作。电缆线路使用的补偿装置采用落地式安装，可单独安装，也可与开闭所共室。分断设备可采用负荷开关加熔断器组合，其余部分与杆上式相同。

四、智能无功补偿的软件和通讯系统

智能无功补偿系统是以一条10kV线路为单元进行工作，他的服务对象就是一条10kV线路。将多条线路的控制功能做成一个系统，本系统可单独存在，也可集成在配网自动化系统或调度自动化系统中。本系统需采集的数据只有调度自动化系统里的各条线路的无功功率，经计算后，发出指令控制晶闸管的导通脉冲，实现无功补偿精确控制。对有多组补偿装置的线路，还需针对性的设定各组的投切顺序，这需要根据线路运行经验。电缆线路则可按照配网自动化系统反馈的开闭所潮流数据，精确实现各点补偿，从而减少配电线路上的无功流量。本系通讯依托已建成配网自动化系统，无上行数据，仅有少量下行数据。如尚未建成配网自动化系统，则可租用无线公网，接受下行指令，简单实现单系统运行。

五、结束语

电网无功补偿是一项建设性的技术措施，对电网安全、优质、经济运行有重要作用。随着科技的快速发展进步，智能电网全面建设，各种新技术、新设备在电力系统中的应用越来越广泛，未来的无功补偿技术将会更加经济有效。因此要更加重视无功补偿与新技术新设备的结合，提高电网经济运行能力。

参考文献：

[1]梁安邦，王刚.新形势下如何装表接电[J].农村电气化，2002（10）：38.

[2]张巨辉.窃电与反窃电[J].湘电培训与教学，2006（2）：36.

智能无功篇4

矿山企业生产设备的动力来源主要是异步电动机、井下采煤机、刮板输送机、掘进机、小绞车及泵站用电动机等。这些电气设备满载时的功率因数为0.8左右,轻载和空载时功率因数更低,供电设备的利用率较低。在电力网络运行中,功率因数越大,越有利于减少无功功率的损耗,因此有必要通过无功补偿的方法提高供电设备的工作效率。

1 无功补偿效益及就地补偿方式

通过提高功率因数的方法可以减小电源与负载间的无功功率互换规模,提高电源容量的利用率,从而使发电设备容量得以充分利用。

1.1 无功补偿效益

1.1.1 降低线路损耗

线路或变压器中的有功功率损耗为:

其中:P为线路或变压器输送的有功功率,W;Ue为线路的额定电压,V;R为线路或变压器的每相阻抗,Ω;cosφ为功率因数,φ为功率角,(°)。

当功率因数由cosφ1(提高前功率因数)提高到cosφ2(提高后功率因数)时,若忽略提高功率因数而减少电压对负荷电压的影响,则线路或变压器输送的有功功率减少值为:

其百分数比为:

当功率因数由cosφ1=0.8提高到cosφ2=0.96时,可降低功率损耗30%。因此,采用降低线路损耗的方法对长距离供电线路节电效益显著。

1.1.2 降低线路电压降

对负载端进行无功就地补偿,减少无功功率,可以降低线路和变压器中的电压损失。三相对称负载下,电压减小量为:

其中:X为线路电抗,Ω;I为线路电流,A;Q为无功功率,Var。

在线路末端装设补偿容量Qc后,线路电压损失减少值为:

1.1.3 提高供电设备能力

在视在功率S相同的条件下,通过无功补偿可以提高有功功率。当有功功率的增加量为ΔP时,所需的无功功率补偿容量为:

无功补偿与增加有功功率的关系为:

在具有相同有功功率负荷的条件下,提供无功补偿可以减少视在功率。视在功率由S1减少为S2所需要的无功补偿容量为:

变压器可以减少的视在功率为:

1.2 无功就地补偿方式

矿山企业的负载大多数为感性负载,一般采用并联电容的方法提高功率因数,工作原理如图1所示。图1(a)为电路图,图1(b)为以电压为参考向量做出的向量图。其中,φ1为原感性负载的阻抗角,φ为并联电容C后线路总电流I与U间的相位差。显然并联电容C后,线路电流减小,负载电流与负载的功率因数仍不变,而线路的功率因数提高。

由图1(b)还可看出,并联电容前、后电流的有功分量不变,而无功分量变小。这说明通过电容C补偿了一部分无功分量,使有功功率P不变,无功功率Q减小,提高了电源容量的利用率。需要说明的是,提高功率因数是指提高电源或电网的功率因数,而负载的功率因数并没改变,即输出同样的有功功率,电源供给的总电流I减小,电源可以带更多的负载,输出更多的有功功率。另外,图1(a)中,增大并联电容C,IC将增大,I将进一步减小,但并不是C越大、I越小。因为当C增加到一定程度时,电流I将超前于电压U,出现过补偿情况。

供电部门要求用户负载的功率因数大于0.9,工矿企业常在变配电室中安装大型电容器来统一调节。这种采用电容器在母线上进行集中无功功率补偿只能解决前面线路的损耗问题,而母线以下支路得不到补偿,一旦出现谐振,危害较大。如果实现设备低压终端无功就地补偿,不仅能避免上述问题,而且适于电网收费侧的无功补偿,节能效果更好。

低压无功补偿按照补偿装置与被补偿设备的形式不同可分为随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗,主要是补偿励磁无功;随器补偿为固定补偿方式,用于补偿配变空载无功;跟踪补偿采用将低压电容器组补偿在低压大用户母线的方式,通过投切电容组来补偿无功峰荷。按照补偿电容投切方式的不同又分为静态补偿和动态补偿。静态补偿补偿容量固定,不随用电设备的无功变化而调整;动态补偿补偿容量随用电设备的无功变化及时调整,能实现良好补偿。

2 无功就地智能补偿装置设计

2.1 无功补偿容量计算方法

无功补偿容量与无功补偿实现的目的密切相关,计算方法也有差别。

(1)根据提高功率因数确定补偿容量。若电网或设备最大负荷日的平均功率为Pa,功率因数由cosφ1提高到cosφ2,则补偿容量为:

(2)根据降低线损的需要确定补偿容量。若补偿前流经线路的电流为I1,补偿后流经线路的电流为I2,则补偿容量为:

(3)根据提高运行电压的需要确定补偿容量。欲将补偿母线电压由U1提高到U2,则线路电压增量与补偿容量Qc的关系为:

2.2 补偿装置设计

补偿装置的主电路由继电接触器系统组成。根据电动机的功率因数值,用控制器发出指令自动投切电容器C1、C2,…,Cn,实现最佳补偿。

2.2.1 无功就地智能补偿装置结构

无功就地智能补偿装置的结构示意图如图2所示。其中电压互感器、电流互感器分别采集电压和电流信号,信号经降压、限幅后,再通过电量变送器转换为4 m A～20 mA标准信号。利用采集到的电压、电流信号计算出实时有功功率和功率因数。再根据PLC内部程序设定的控制方案,用输出隔离电路控制接触器的工作状态,完成补偿电容的自动投切。系统本安操作箱可设置系统工作状态,完成手动/自动切换。文本显示器TD200通过PLC内部程序控制显示数据,显示量包括功率因数、电压、电流值。控制软件采用SIEMENS STEP 7编程,具有效率高、易于维护、可靠性高的特点。系统还使用CP243以太网模块进行远程数据传输,通过WEB浏览器,用一台联网的工控机控制系统。

2.2.2 控制器硬件组成

补偿装置的控制器为本安兼隔爆型PLC控制器,采用西门子公司S7-200型PLC为控制主机,该机由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。其中,CPU226主机输入和输出点数为40点,最大可以扩展248点数字量和35点模拟量,增加了通信口的数量,通信能力大大增强。为满足现场控制的需求,PLC扩展了模拟模块EM235。EM235具有12位分辨率、4点模拟输入,用于电压信号与电流信号的采集。在本系统中,EM235为单极性输入,量程为0 V～5 V,分辨率均为1.25 mV。以太网模块CP243用于实现数据联网传输。

现场显示及操作设备TD200通过特殊的通讯电缆与PLC连接,具有文本信息显示、过程参数显示和修改、设定实时时钟、选择通讯速率等功能。文本显示区为可以显示两行信息(每行20个字符)的液晶显示LCD,显示从可编程序控制器中读出的信息。共有9个按键,其中5个键提供预定义上下文的有关功能,另外4个键由用户自定义,作为开关量输入点使用。可编程序控制器与TD200通过TD/CPU电缆通信,TD/CPU电缆还为TD提供电源。由于现场环境比较恶劣,为避免工人的误操作,采用工人所熟悉的按钮作为控制键,将TD200按键的功能转换到按钮上,而TD200用来作为显示面板,便于操作工人监视设备的运行情况。

2.2.3 应用效果

通过对无功就地补偿智能装置的现场应用,实现了如下目标:功率因数提高到0.95以上,降低了线路损耗,提高了现有输配电线路负荷能力;改善了线路供电质量,提高了设备端电压;由于线路电流减小,导线截面积减小。

3 结论

本文通过对无功补偿容量的计算,针对煤矿井下较大功率的感性负载,采用分散动态的补偿策略,研发了基于SIEMENS S7-200 PLC的矿山智能无功就地补偿装置。该装置能够随着用电设备的无功变化及时进行补偿容量投切控制,使其功率因数提高到0.95以上,提高了输配电线路的负荷能力,改善了线路供电质量。

参考文献

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[4]陈江海.异步电动机无功就地补偿的研究[J].电气开关,2002,40(5):17-21.

智能型抽油机无功动态补偿装置篇5

由于抽油机负载的特殊性, 使得抽油机配套电动机普遍轻载运行, 造成油田配电网运行效率和功率因数很低。在油田电网低压配电系统中, 通常采用并联电容器组对无功功率进行集中补偿或分散就地补偿, 以提高电网设备利用率、降低线损和改善供电电压的质量。然而, 目前低压配电网中大量使用的无功功率补偿装置, 主要采用机械开关投切电容器组方式, 投切过程涌流大、操作过电压高、接触器触头烧毁严重, 影响电容器使用寿命和装置的可靠性。此外, 放电时间长, 不能实现频繁投切和快速跟踪补偿, 将会导致功率因数达不到规定的标准。

一、技术组成和原理

近年来, 试验应用的智能型抽油机无功动态补偿装置采用无触点开关投切电容式无功功率补偿技术 (Thyristor Switching Capacitor, TSC) , 可实现投切过程涌流较小、无操作过电压、电容器切除过程无电弧重燃、动态响应较快的优点, 是较为先进的低压无功补偿设备。

主要结构组成:信号输入输出模块、数字信号处理器模块、无功调节模块、GSM通讯模块和电容五大部分, 如图1。

主要工作原理:输入和输出模块通过电压、电流传感器从电网中实时检测三相电网电压和电流的幅值, 并转换成控制器能接收的信号输入到数字信号处理器模块。控制系统是以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为基础, 控制系统实时计算出电网所需的无功功率容量后发出相应的控制信号, 通过对晶闸管的控制实现电容器组的零电流投切, 实现对抽油机的无功功率动态补偿。

二、技术特点

1.快速跟踪无功变化, 可频繁投切, 动态响应速度快, 可实现5~20ms内投/切所有电容器组。

2.零过渡过程投切电容器, 无浪涌电流无闪变电压, 提高了补偿电容的使用寿命 (电容器最怕大电流冲击) 。

3.新型的无功检测算法:采用新型无功检测算法, 能够在谐波环境下快速、精确的计算无功功率和功率因数。

4.模块化设计:新型TSC无功补偿装置由控制器模块、无功调节器模块、电容器组三大部分安装于柜体内构成, 安装简捷、维护方便。

5.多重保护功能:具有工频过电压、欠电压、负序、零序、缺相、过流、温度保护功能和谐波超限保护功能, 装置的可靠性极高。

6.故障显示和告警:检测并显示所有无功调节器的温度、SCR状态 (有无损坏) 、保险丝状态 (有无烧断) , 运行中若出现故障, 即时告警, 并能判别故障类型予以显示, 便于快速检修。

7.友好的人机接口:可实时显示数字式功率因数、超前/滞后无功、无功补偿量、电压/电流, 并具备断电记忆功能。

8.远程操作控制:可与上位机连接, 实现远程操作控制。

9.自诊断功能:通电后对系统检查, 若不具备运行条件给出报警信号。

10.能补偿不平衡负载:采用新型无功控制算法, 能够在不平衡条件下进行无功功率补偿, 使功率因数达到规定的范围。

三、主要技术参数

1.额定频率50Hz, 额定电压380V。

2.防护等级:IP30。

3.输出路数:1-32路。

4.功率因数整定范围:0.9-0.98。

5.补偿容量:10Kvar~2000Kvar。

6.可以补偿三相平衡负载和三相不平衡负载。

7.电容投切方式:采用编码+循环工作方式。

8.动态响应时间:小于10ms。

四、现场应用

现场开展了7井次的试验, 均取得了较好的应用效果。7井次补偿容量共计161 k Var, 则每年可节约电量为24h/天×365天/年×161k Var×0.1=141, 036 k Wh/年, 则每口井节约电量20, 148 k Wh/年, 节约电费10, 074元/年。不仅能够减少电机、输电线路电能损耗, 起到节能降耗的作用, 而且能够改善电能质量, 降低变压器、电机的使用容量, 提高设备利用率, 经济和社会效益显著。

井例营1-X41井:由于该井功率因数较低, 进行无功补偿前为0.123, 于10月9日投入使用无功补偿装置。测试方法:10月9日、14日、19日共进行三次测试。测试参数:电压、电流、有功功率、功率因数、无功功率、视在功率, 将测试结果取平均值。

补偿效果分析:1) 功率因数由补偿前0.123提高至补偿后0.974;2) 电流由41.26A下降至8.77A;3) 电压由392.1V升高至404.5V。取得了非常好的补偿效果。

结论

1.智能型抽油机无功动态补偿装置, 可有效解决抽油机井运行功率因数低的问题;

2.该装置采用晶闸管零电流投切控制技术, 实现了抽油机井动态无功补偿, 响应时间小于10ms;

3.通过现场7井次应用证明, 平均每口井每年节电费1万余元, 节能降耗作用显著, 具有较大推广价值。

摘要：文章介绍了抽油机配套的无功功率补偿技术现状和存在的问题。针对这些问题, 开展了抽油机无功动态补偿技术的研究, 形成了一套比较完善的智能型抽油机无功动态补偿技术。文章对该技术的组成和原理、关键技术、技术指标和现场应用等进行了详细的论述。通过现场应用表明, 该技术实现了零电流投切, 节能效果显著, 具有广阔的应用前景。

关键词：无功补偿,零电流,投切电容

参考文献

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[2]王大志.电力系统无功补偿原理与应用.电子工业出版社, 2013.

低压智能无功补偿器的研究与设计篇6

低压电网处于电网最末端, 因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键, 通常采用的方式有三种即随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。随机补偿就是将电容器组与电动机并联, 通过控制、保护装置与电动机共同投切。随器补偿是指将电容器通过低压保险接在变压器二次侧, 以补偿变压器空载无功的补偿方式。随机补偿只能补偿负载的空载无功功率, 而随器补偿只能补偿变压器的空载无功功率。在此我们采用跟踪补偿, 根据电网运行情况将电容器组补偿在配电变压器低压侧的补偿方式。考虑到电动机不同时率和单台电动机补偿容量的限制等因素, 采用跟踪补偿比随机、随器补偿能获得更好的效果, 而且不需提高补偿度, 并可调整各组电容器的运行时间, 使其寿命相对延长, 降低电器的购置更新费用。

二、系统硬件组成

系统硬件组成如图1所示:

(一) 单片机。本控制器采用Intel公司研制的80C196KB单片机。和MCS一51系列单片机相比, 该单片机CPU的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构, 改用寄存器结构, 消除了一般CPU结构中的瓶颈效应, 提高了操作速度和数据吞吐能力, 而且寄存器的数量比一般CPU的寄存器要多, 这样就有可能为各中断服务程序中的局部变量指定专门的寄存器, 免除了保护寄存器现场和恢复寄存器现场所支付的软件开销, 方便了程序设计, 提高了系统实时性。80C196KB单片机还有8通道的10位A/D转换器, 不用再增添A/D转换模块, 有全双工的串行口、5个8位标准输入/输出口、28个中断源、18个中断向量、16位监视定时器和两个16位的定时器, 还可根据需要动态配置成8位或16位数据总线。

(二) AT45D021芯片功能。 AT45D021是一种串行的FLASH芯片, 它具有264K字节的存储容量。主存储体被分成1024个页存储体, 每页的容量是264个字节。为更好地适应一般系统的要求, AT45D021不需要用高电压进行擦写, 芯片由4.5～5.5V的单电源供电。该芯片的控制线也比较简单, 共有四根, 其操作由一定的时序保证, 故抗干扰能力较强, 并且有硬件的WP保护, 故能比较好地保存好数据。所以选用它作为系统中的历史记录数据保存芯片, 对60天的整点数据和投切、报警数据进行存储。

(三) CAT24C021芯片功能。 CAT24C021是集E2PROM存储器, 复位微控制器和看门狗定时器三种功能于一体的芯片。80C196KB具有WDT功能, 但由于它靠一个8位的定标器和一个8位的定时器组成, 其值可能在00～FFH之间变化, 因此经过65280～65535个状态周期后, 定时器就会溢出, 唤醒WD功能。所以在12MHz的晶振下, 80C196KB的清除WDT的时间为16ms。这需要CPU对WDT寄存器进行频繁的操作, 使用并不方便。在本系统中我们用CAT24C021作为看门狗电路。

(四) DS1302芯片功能。由于无功补偿控制器要有历史记录, 所以必须有实时时间基准, 即时钟芯片。我们选用DS1302, DS1302是Dalas公司研制的串行时钟芯片, 由于芯片的读写靠脉冲时序来控制, 且具有写保护位, 故抗干扰能力较强, 数据不易丢失, 时间运行可靠。DS1302实时时钟具有31个字节的RAM, 用于保存有用数据。

(五) 信号调理电路。信号调理电路将测得的电压、电流信号转换为80C196KB单片机能接收的0～5V电压。采用的电压互感器SPT204实际上是一款毫安级精密电流互感器, 额定输入电流为2mA, 额定输出电流为2mA, 使用时需将电压信号变换成电流信号, 电压互感器原边串入限流电阻, 根据额定输入电压的大小, 确定限流电阻的阻值, 使额定输入电流接近为2mA。副边电路是电流/电压变换电路, 即调整输入和输出脚间的跨接电阻的阻值, 使输出电压-2.5～+2.5V之间变化。该电压信号存在正负特性, 要进行电平转换使波形处于正区间。

(六) 多路选择开关。计算程序对信号有两类要求, 一是为了使电压、电流和谐波含量等值接近真实, 此时进入A/D的模拟信号必须尽可能地保持原有信号的波形, 不能进行滤波处理;二是为了相位判断和功率因数正确, 应使进入A/D的模拟信号尽可能地好, 一般要经过RC滤波。对于上述两种矛盾在信号调理末端采用多路选择开关MAX4053来解决这种争端。MAX4053的控制端为0时, MAX4053输出的模拟信号是不经滤波的; MAX4053的控制端为1时, MAX4053输出的信号就是经过滤波的。即通过控制其控制端高低电平来实现计算程序对信号的不同要求。

(七) 输出控制电路及执行机构。我们采用双向反并联晶闸管和接触器的并联结构来代替单纯接触器动作机制, 其工作原理如下:当接触器在投入或推出运行时, 由晶闸管取代接触器承受强电动态过程的巨大冲击。待动态过程结束进入稳态时接触器工作, 晶闸管退出运行, 弥补单纯可控硅连接导致稳态运行时损耗发热的缺点。最关键的是控制可控硅在电压过零时投入, 选用Motorola公司的过零触发控制芯片MOC3083, 避免了浪涌电流的产生。

三、系统软件设计

为方便增加或删减程序模块, 便于针对不同程序模块进行完善, 程序采用模块化结构。整个程序包括初始化模块、键盘处理模块、功率因数计算模块、补偿无功量计算模块、电容投切模块及显示模块等。

(一) 初始化模块。

初始化模块对存储器的初始状态、堆栈指针、定时器/计数器以及对一些需要初值的参量赋值。

(二) 功率因数计算模块。

测三相电路的每相电压、电流相位差, 利用多路开关分时将每相测量用的电压、电流信号接入单片机, 按其控制端的值确定接入单片机的是的信号是哪一相, 电流信号的下降沿首先产生中断, 开通定时器开始计时, 由电压信号下降沿产生另一中断, 使定时器停止计时, 并读出定时器的值。利用电流滞后电压的时间和测定该相电源的周期可很容易求得功率因数角。

(三) 补偿无功量计算模块。

Qx=UI (sinφ-sinφ')

Qx:需要补偿的无功量;φ:实时功率因数角;φ':系统要求达到的功率因数角

由 CPU计算出电压有效值URMS、电流有效值IRMS。本文采用信号平方后积分的平均技术来求有效值, undefined交流电压的有效值, 用采样后信号值的平均值来代替等式右边的积分项, 即:undefineddt即undefined, 利用同样方法可以计算出电流有效值IRMS。为避免采样电压、电流信号中的各种干扰和噪音, 采用加权平均值滤波程序。

(四) 电容投切模块。

电容投切模块程序的编制关键在于投切判剧和控制策略。本文应用对象是低压配电系统, 不存在调节变压器分接头调节电压, 无功调节即电压调节, 无功和电压的耦合关系在此不存在, 所以参照了此控制策略, 采用了无功功率与母线电压的投切判据, 如图2所示。

图2中:Q 为系统的实际无功功率;“ —”号为过补;QC 为其中一个欲控制电容器组的容量;Ul系统正常电压的下限;Ulm为下极限;Uh 为上限;Uhm为上极限, 电压上下限可据用户情况设置:1区为电压越下极限, 不论无功功率大小, 全部切除电容器组;2区为电压越上极限, 逐级切除电容器组;3区为无功越上限、电压不越上限, 投入电容器组;4区为无功越上限、电压越上限, 为了防止电压越上极限, 闭锁投入电容器, 即该投入的时候不投入;5区为无功不越上下限、电压不越上下极限, 不动作, 维持原状态。6区为无功越下限、电压越下限, 为了防止电压越下极限, 闭锁切除电容器组, 即该切除的时候不切除。7区为无功越下限、电压不越下限, 切除电容组投电容时, 先投可控硅, 延时, 再投接触器, 再延时, 最后切除可控硅。切除电容时, 先投可控硅, 延时, 再切接触器, 再延时, 最后切除可控硅。每次投入或切出电容组补偿后都需重新排列投切顺序, 保证下一次投入时投入最先切出的那一组, 切出时切出最早投入运行的那一组, 而且还设置了每组电容的最长工作时间, 当超过此时间后让此电容停止工作, 先切出的那一组投入工作, 从而降低电容的故障率。

四、结语

通过对系统的实时无功电流检测、及时补偿, 可消除补偿不足或过补偿现象, 实现对负载的对称补偿或不对称补偿, 显著改善了电网的功率因数, 提升电压质量, 达到了很好的补偿效果。“循环投切”方式投切有级电容补偿模块, 使各组电容器及投切开关使用率相等, 解决了电容补偿模块运行时间过长易于出故障的问题;以无功功率和电网电压为判剧, 避免开关频繁投切, 延长了电容和开关的使用寿命。

参考文献

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智能无功篇7

1 传统无功补偿

传统无功补偿一般有三角形电力电容器、投切电容器专用接触器、热继电器及保护熔断器、低压无功补偿控制器等元件, 在柜体内部零散组装而成。柜体体积庞大, 内部接线复杂, 安装接线耗时耗力、维护不方便, 同时不利于生产、运输、安装、调试和可靠运行。

所有的电容器只能有一个控制器控制投切, 当这只控制器损坏时, 整个装置就会停止动作, 因此控制器的瓶颈效应隐患比较大。

2 智能模块的优点

a.既可单机独立补偿, 也可多机并联补偿。

b.可共补、分补, 也可混合补偿。

c.补偿容量成倍增大。

d.消除控制器瓶颈效应。

e.过零投切开关技术先进。

f.具有谐波抑制功能。

3 目前应用的智能无功补偿设备状况

3.1 补偿方式

3.1.1 固定补偿与动态补偿相结合

随着社会的发展, 负载类型越来越复杂, 电网对无功要求也越来越严, 因此单纯的固定补偿已经不能满足要求, 新的动态无功补偿技术能较好地适应负载变化。

3.1.2 三相共补与分相补偿相结合

新的设备尤其是两相供电的, 致使电网中三相不平衡的情况越来越多, 三相共补同投同切已无法解决三相不平衡的问题, 而全部采用单相补偿则投资较大。因此, 根据负载情况充分考虑经济性的共分结合方式在新的经济条件下日益广泛应用。

3.1.3 稳态补偿与快速跟踪补偿相结合

稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的补偿方式是未来发展的一个趋势, 主要是针对工艺复杂、用电量大、负载变化快、波动大的用户。充分有效地进行无功补偿, 不仅可以提高功率因数、降损节能, 而且可以充分挖掘设备的工作容量, 充分发挥设备能力。

3.2 采用智能型无功控制策略

采集三相电压、电流信号, 跟踪系统中无功的变化, 以无功功率为控制物理量, 以用户设定的功率因数为投切参考限量, 依据模糊控制理论智能选择电容器组合。智能投切是针对星-角结合情况。电容投切控制采用智能控制理论, 自动及时地投切电容补偿, 补偿无功功率容量。根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合, 依据“取平补齐”的原则投入电网, 实现电容器投切的智能控制, 使补偿精度高。可设定过、欠压保护值, 可设置禁投 (低谷高电压) 、禁切 (高峰低电压) 电压值, 具有缺相保护功能, 以无功功率为投切门限值。延时时间可调 (既可支持快速跟踪无功补偿, 也可支持稳态补偿) , 同组电容投切动作时间间隔可设置, 对快速跟踪补偿可设置为零。

3.3 集成综合配电监测功能

综合配电监测功能集配电变压器电气参数测量、记忆、通信于一体, 是一套比较完整的配电运行参数测量机构, 是低压配电电网中考核单元线损的理想手段。它能随时为电网管理人员提供所需要的各类数据, 为电网的安全运行和经济运行提供管理依据, 是配电电网自动化系统的基本组成部分。主要功能有: (1) 实时监测配变三相数据 (电压、电流、功率、功率因数、频率) ; (2) 累计数据记录、整点数据记录和统计数据记录, 累计计量有功、无功电量; (3) 查询统计分析, 并根据输入条件生成各种报表、曲线、棒图、饼图。一般都配有相关的后台处理软件, 大多数可实现网络多机操作与数据共享。

3.4 集成电压监测功能

根据电压检测仪标准进行采样与数据统计处理, 便于用户考核电压合格率, 可用于电压监测考核。

3.5 集成在线谐波监测功能

较好一点的监测终端采用DSP作为CPU, 应用FFT快速傅立叶算法, 可精确计算测量出电压、电流、功率因数、有功及无功电量等配电参数, 还可以分析次谐波从而实现在线的谐波监测功能, 该数据可根据用户要求在后台软件上进行分析处理。

3.6 通信

a.手工抄表有线、无线、电卡等多种抄表方式

b.直接通信与配电自动化系统接口, 为用户提供多种解决方案, 以适应不同的配网自动化系统与子站或主站的直接通信。

c.与FTU通信可通过FTU实现一点对多点采集, 以实现数据远传并与配电自动化系统接口和集抄系统的通信, 通常采用载波或直联。

3.7 模块化结构

当前应用较广的模块化设计结构, 将电容器、投切开关、保护集成在一个单元内, 形成多种容量规格的标准化单元, 其特点是结构与功能的模块化形成满足不同用户要求的系列产品, 同时还便于各种装置在使用现场的维修与调整。

智能无功篇8

1 配电网无功优化的数学模型

1.1 目标函数

本文采用系统有功网损为目标函数, 其约束由罚函数出力, 具体如下所示。

其中

式中:nd为负荷的节点总数;ng为发电机的节点总数;PL为系统的有功损耗;Uj为节点电压;Ujmax、Ujmin分别为节点电压的上、下限;QGk为发电机节点k的无功出力;QGkmax、QGkmin分别为节点k的无功出力上、下限;λ1为负荷节点电压越界惩罚系数;λ2为发电机无功出力越界惩罚系数。

1.2 功率约束

式中:PGi、QGi为节点i的发电机有功出力和无功出力;PDi、QDi为节点i的负荷有功功率和无功功率;QCi为节点i的无功补偿容量。

1.3 变量约束

式中:Ui为节点i的电压幅值;QCi为第i台发电机的无功出力;Uci为第i台发电机的端电压;Tk为第k台变压器的变比;Cj为第j台可投切电容器的补偿容量。

2 MAPSO算法

2.1 PSO算法

PSO算法于1995年由Kennedy和Eberhart首先提出, 它是基于个体的改进、种群的协作与竞争机制的进化方法, 具有理论简单、收敛速度快和易于编码实现等特点[1]。在PSO算法中, 粒子的速度和位置的更新速度表达式为:

式中:k为迭代的次数;w为惯性权重;c1为自学习因子;c2为全局学习因子;r1、r2分别为[0, 1]区间随机数;pi为单个粒子的个体历史的最优值;pg为所有粒子的全局最优值;xi为粒子的位置;vi为粒子的速度。

2.2 MAPSO模型

2.2.1 体系拓扑结构

本文提出的算法模型如图1所示。

从图1可以看出, 该平台主要活动着一个黑板Agent (Middleware) 和一组个体Agent (Individual) , 它们分布在不同的网络节点上。其中Middleware负责粒子间竞争、合作, 得出全局最优解Pg的操作, 而Individual代表着粒子群算法中的一个粒子。实际上, 每个个体Agent分别代表着一个潜在解, 个体Agent是PSO算法的承担者, 是进化机制真正的执行者。而Middleware-Agent是算法中的黑板, 是纽带作用, 能将个体Agent的网损Ploss一一进行对比, 得到全局最优解Pg。由于种群中的个体Agent (Individual) 能移动到不同的网络节点和不同设备中运行, 因此能确保计算的并行性, 从而大大提高优化效率。

2.2.2 MAPSO交互实现

MAPSO的实现过程和表达Agent之间的消息传递过程。

步骤1:所有的个体Agent开始随机产生一组初始位置dpos和对应的进化速度dv, 将个体最优解Transferdpbest初始化为dpos。

步骤2:所有的个体Agent根据初始位置计算出网损Ploss。

步骤3:个体Agent向中间Agent发送自身的网损Ploss。

步骤4:中间体Agent收集所有个体Agent的网损消息后, 将所有的个体Agent的网损排序, 选出个体Agent间最少的Ploss, 并将最少的Ploss记为全局最优解。

步骤5:中间体Agent向最少网损的个体Agent发送请求。

步骤6:具有最少网损的Agent向中间体Agent发送自身的个体最优解Transferdpbest。

步骤7:中间体Agent将接受到的个体最优解Transferdpbest, 设为全局最优解Transferdgbest保存, 并广播给所有的个体Agent。

步骤8:个体Agent接受了全局最优解Transferdgbest, 根据式 (5) 、式 (6) 分别更新自身的位置和速度。

步骤9:根据无功优化的原理, 改变相应的充电电容电纳和操作相关的电容补偿装置进行一系列无功补偿。

步骤10:新一代种群所有的Individual根据新的位置计算网损Ploss。如果进化迭代数没有超过最大值, 将转到步骤3进行, 直到指定的代数为止, 否则进入步骤11。

步骤11:中间体Agent输出全局最优解。

3 算法验证对比

为了验证MAPSO算法的优化效果, 对IEEE 14节点系统进行了无功优化计算。该系统有20条支路数, 2个发电机节点和11个负荷节点。发电机节点为1, 节点2、3、6、8为P-U节点, 其余的是P-Q节点。具体的网络拓扑结构如图2所示。

3.1 算例仿真参数设置

在MPSO算法当中, 种群规模为30, 染色体长度i Agent Dim=30, 每个粒子为一个Agent, 繁殖迭代次数=30, 惯性常数W=0.7.学习因子φ1=2, φ2=1。

3.2 算例仿真结果

基于JADE的MAPSO和基于Matlab的PSO二种算法在求解无功优化时的收敛曲线如图3所示。

由图3中可知, MAPSO算法在开始几代下降速度很快, 显示了该算法寻优机制的有效性和优越性, 并且该算法的计算精度明显优于基于Matlab的PSO。可见, 本文提出算法具有较好的收敛性和计算精度。二种算法网损对比如表1所示。二种算法在额定出力下各控制变量的最优值如表2所示。

由表1可知, MAPSO优化后网损更优, 平均网损更少。

4 结论

本文提出的MAPSO具有粒子群算法中粒子间互相竞争与合作, 互相学习的优点, 同时也兼具MAS分布式的优点, 能在多台硬件设备中并发执行任务。通过试验显示, 该算法具有较好的收敛性和计算精度。

摘要：为了更好地实现无功功率最优控制和提高电压质量, 在现有基础上, 提出了引用多智能体粒子群优化算法 (MAPSO) 。该算法结合了JADE系统和粒子群优化技术, 粒子间构建了三维球形环境。PSO种群中, 每一个Agent相当于算法中的一个粒子, 他们通过Agent间进行竞争与合作操作和自学习操作, 吸收了PSO算法的进化机理, 能够更快地, 更精确地收敛到全局最优解。经IEEE 14节点系统校验, 并且与基于Matlab的PSO算法进行比较, 结果表明, 该算法具有收敛速度快, 计算精度高的优点。

关键词：电力系统,无功优化,粒子群算法,JADE, 多Agent,MAS

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