补偿距离

补偿距离（精选三篇）

补偿距离 篇1

天基雷达由于平台高, 具有全天候工作、探测距离远、观测范围广、预警时间长、探测隐身目标强、抗摧毁能力强等优势, 受到国内外广泛重视[1,2]。天基雷达为了提高弱目标的检测能力需要增加相参积累时间, 而由于天基雷达具有平台速度快的特点, 目标在积累时间内往往跨越多个雷达距离分辨单元。因此, 跨距离单元补偿是天基雷达的信号积累与检测方法必须解决的关键问题之一。Calson等提出了一种基于Hough变换的长时间积累检测方法[3]。该方法利用目标回波在距离-时间-空间呈一条直线的特性, 通过Hough变换沿直线实现积累。但此方法无法利用回波的相位关系实现相干积累, 且在信噪比较低时性能下降严重。文献[4-5]将雷达成像领域的Keystone变换方法引入到长时间相积累领域, 提出了基于Keystone变换的目标长时间积累方法。该方法可以补偿目标的跨距离单元走动, 并保持回波的相位特性, 为后续多普勒处理实现相干积累提供了基础。

本文通过将Keystone变换引入天基雷达系统, 用于补偿天基雷达的距离走动, 然后进行相参积累, 从而达到提高信噪比的目的。这种方法使相参积累时不再受天基雷达高速运动的限制, 提高了天基雷达系统设计的灵活性。

1天基雷达回波信号模型

由于天基雷达平台具有高速度, 目标和雷达之间往往存在很大的相对运动, 就会发生距离走动现象。下面从公式推导角度来阐述距离走动的产生。

设天基雷达发射的基带信号为线性调频脉冲信号:

其中t表示发射脉冲的时间变量, T0为发射脉冲宽度, b为调频斜率。

假设目标为点目标, 且不考虑幅度的衰减, 它的基带回波信号可表示为:

其中, n为发射脉冲个数, fd为多普勒频率, τn=2 (R0+nv T0) /c为第n个脉冲的延迟时间, R0为0时刻的距离, v为目标和天基雷达的相对径向速度, 远离时为正。则脉压后对应的时域信号为[4]:

由上式可知, 脉压后时域信号的包络为一个Sinc函数, 则输出信号在t=τn-fd/b处取得最大值。很明显, 当发射的脉冲不同时, 回波的延迟时间亦不同, 那么脉压后信号峰值在相对距离轴上的位置会发生走动。虽然不同脉冲回波的幅度一致, 但是由于发生了距离走动, 同一距离单元的相位信息发生了变化, 直接进行积累后信号的幅度会降低, 不利于信噪比的提高, 并且目标的主瓣会展宽, 距离和多普勒分辨率也会降低。

2 Keystone变换距离走动补偿

Keystone变换就是变量的代换, 即对脉冲压缩后的频域信号X (f, n) 进行时延替换, 令 (3) 式中τn=mfc/ (fc+f) , 可得变换后的时域信号为:

其中, τ0=2R0/c。由上式可知, 经过Keystone变换补偿后, 对应的输出信号在t=τ0-fd/b处取得最大值。此时它只与脉冲初始时刻的目标位置有关, 而与脉冲号无关。也就是说, keystone变换把原本位于不同距离单元的回波校正到同一距离单元, 补偿了距离走动。由于keystone变换补偿了距离走动, 积累后信号幅度远大于直接积累的结果, 同时目标的距离和多普勒分辨率也不会受到损失。

由于n是离散变量, 所以keystone变换需要借助内插的方法实现:

对于多普勒不模糊的场合, 即使不知道目标的速度, 我们可以直接利用上面的内插公式补偿距离走动。天基雷达一般会存在多普勒模糊现象, 此时需对Keystone变换进行改进, 以适应多普勒模糊情况下的距离走动校正。

定义多普勒模糊数k为:

其中, fr为脉冲重复频率。当多普勒模糊数已知时, keystone变换公式可以写作:

对于有速度先验信息的目标, 只需要根据目标的径向速度设定模糊数, 采用 (6) 式进行距离走动补偿, 实现目标的相干积累检测。在大多数情况下, 目标的先验信息位置, 不能直接用改进的Keystone变化实现距离走动补偿。处理方法为对所有可能的多普勒模糊数k=-kmax, -kmax+1, …, kmax-1, kmax进行收索, 得到所有多普勒模糊情况下的RD平面信号RD (R, fd, k) , 然后进行检测。

3仿真实例

下面通过计算机仿真验证上述算法的有效性。仿真参数设置为:天基雷达卫星轨道高度为H=500km, 假设卫星围绕地球做匀速圆周运动, 线速度v=7000m/s;发射信号载频fc=2.4GHz, 信号带宽为B=100MHz, 采样频率fs=200MHz, 脉冲重复频率fr=10k Hz。

图1给出了仿真条件下, 不同目标速度条件下距离走动单元数随脉冲积累数的变化曲线。从图中可知, 随着脉冲积累数的增加, 走动的距离单元数越多。在速度v=-1000m/s时, 积累128个脉冲会发生18个距离单元走动。

图2给出了天基雷达Keystone变换前后不同脉冲的匹配滤波能量图, 其中图a为变换前示意图, 从图中可知, 随着脉冲数的增加, 匹配滤波后最大值在距离单元上会发生距离走动。图b给出了采用Keystone变换处理补偿距离单元走动后, 将128个脉冲回波补偿到第一个回波处并消除多普勒模糊后进行匹配滤波结果图。从图中可知, 所有回波脉冲对齐到同一个距离单元中, 匹配滤波后最大值不随脉冲数的积累而变化, 消除了距离走动。

图3两条曲线分别为变换前和变换后对128个回波脉冲直接进行积累, 其中实线表示匹配滤波后未经Keystone变换的积累增益图;虚线表示经Keystone变换后将所有回波对齐到第一个回波处的积累增益图, 结果如下图所示:

由图3可知, 直接对回波脉冲做匹配滤波后的128个回波脉冲积累增益较小, 并且跨越超过14个距离单元, 而经过Keystone变换和去除多普勒模糊后的128个回波脉冲积累增益超过6d B, 并且回波脉冲只在一个距离单元之内也不存在多普勒模糊。因此, 利用改进的Keystone算法能有效消除距离走动, 去除多普勒模糊, 大幅度提高信噪比。

4结论

将Keystone变换引入天基雷达系统, 用来消除天基雷达平台高速运动导致的距离走动现象。在目标速度未知的情况下, 可以利用Keystone变换来消除目标的距离走动, 并消除多普勒模糊。仿真结果给出了该方案的有效性。变换后雷达对运动目标检测已经不再受距离走动制约, 增加了相参积累时间, 极大提高了天基雷达对微弱高速目标的检测能力。

摘要：天基雷达平台具有高速运动的特点, 在脉冲间存在距离单元走动, 且存在多普勒混叠, 脉间相参积累困难。本文提出了一种基于Keystone变换的运动补偿方案, 在没有目标运动速度信息条件下补偿距离走动, 从而使相参积累时间不再受平台高速运动的限制, 为天基雷达微弱目标检测奠定基础。

关键词：天基雷达,相参积累,Keystone变换,距离走动

参考文献

[1]Caoci R, Delfino A, Marchetti F.Space Based Radar Technology Evolution[J].Processing of the 6th European Radar Conference.Rome, Italy:IEEE, 2009:601-604.

[2]Lane S A, Murphey T W.Overview of the Innovative Space Based Radar Antenna Technology Program[J].Journal of Spacecraft and Rockets, 2011, 48 (1) :135-145.

[3]Carlson B D, Evans E D, Wilson S L.Search Radar Detection and Track with the Hough Transform, Part I System Concept[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1994, 30 (1) :102-108.

[4]张顺生, 曾涛.基于Keystone变换的微弱目标检测[J].电子学报, 2005, 33 (9) :1675-1678.

补偿距离 篇2

目前,电容补偿在农网中已经得到了广泛的应用,尤其是并联电容补偿,而单纯以提高农网线路末端电压为目的的串联电容补偿的应用却比较少。实际上,并联补偿也能提高电网电压,从调压角度出发,串联与并联电容补偿哪种方法补偿效果较好,是需要关注的问题[1]。

1 电容补偿调压原理

将电容串联接入电网中,可以抵消回路中的感抗;将电容并联接入电网中,可以减小回路中传输的无功功率,从而减小电压损失,起到调压作用。

本文针对农网66kV系统因线路长、电抗大而造成沿线各负荷点电压水平低、沿线线路损耗大等问题,对其分别采用串联补偿、并联补偿和串并联同时补偿,分析其补偿效果。

1.1 串联电容补偿

图1为串联电容补偿示意图。

$\Delta U=\frac{{\rm P}{}_{1}R+Q{}_{1}X}{U{}_1}$ (1)

串入电容器后,电压损失为

$\Delta U=\frac{{\rm P}{}_{1}R+Q{}_1\left(X-X{}_{\text{c}}\right)}{U{}_1}$ (2)

串联电容可提高电压为

$\Delta U{}_{\text{c}}=\frac{Q{}_{1}X{}_{\text{c}}}{U{}_1}$ (3)

1.2 并联电容补偿

以往多数文献仅介绍其提高功率因数及滤波作用。作为提高电网电压的作用,并联电容补偿一般应设置在供电线路末端处,如图2所示。

当未并联电容时,电压损失同式(1)。当接入并联电容后,电压损失为

$\Delta U=\frac{{\rm P}{}_{1}R+(Q{}_1-Q{}_{\text{c}})X}{U{}_1}$ (4)

比较式(1)与式(4)可知,并联电容可提高电压为

$\Delta U^{\prime }{}_{\text{c}}=\frac{Q{}_{\text{c}}X}{U{}_1}$ (5)

1.3 串联电容与并联电容同时补偿

串联电容与并联电容同时补偿时(如图3所示),电压损失为

$\Delta U=\frac{{\rm P}{}_{1}R+(Q{}_1-Q{}_{\text{c}})(X-X{}_{\text{c}})}{U{}_1}$ (6)

串并联电容共同补偿提高电压为

$\Delta U{}_{\text{c}}{}^{˝}=\frac{Q{}_{\text{c}}X+Q{}_{1}X{}_{\text{c}}-Q{}_{\text{c}}X{}_{\text{c}}}{U{}_1}$ (7)

比较式(3)、式(5)和式(7)式可知,串联电容与并联电容同时补偿时,其调压作用被抵消一部分,其大小为$\frac{Q{}_{\text{c}}X{}_{\text{c}}}{U{}_1}$。

2 实际农网补偿分析

某农网66kV系统,D变电所母线供电时只有一路供电电源,当D变电所电源线路检修或故障时,被迫需要将该地区D变电所和C变电所负荷倒至A变电所电源供电,BC段导线作为一条比较长的重要的系统联络线,C变电所和D变电所负荷受A变电所供电时,存在供电半径过长的问题。在夏季灌溉高峰季节,C变电所母线电压最低下降到51kV,D变电所母线电压下降到48kV,存在电压质量严重低下的问题。图4是其相应的简化系统图。

中低压线路上,通常沿线有若干个负荷,选择串联电容器补偿安装位置的一般原则是应使沿线路电压分布尽可能均匀,而且各负荷点的电压在允许范围内[2]。根据该系统的实际情况,串补点设置在C变电所母线前的电压补偿效果明显优于设置在C变电所母线后。安装在母线后,C变电所母线电压几乎得不到补偿。因此,拟将串联补偿电容位置选在C变电所电源侧BC联络线末端开关处,用以提高B与C母线电压。系统等值电路图如图5所示。

因35kV及以上电网按照额定电压±5%考核,则66kV电网的电压范围为62.7～69.3kV。长距离线路以调压为目的的串联电容补偿中,其补偿度常接近于1或大于1[3]。根据估算,按过补偿全线补偿度1.78计算。

若某线路送端电压为U1,受端电压为U2,加串补电容后,线路的电压降落公式可表示为

$\begin{array}{l}\text{Δ}\dot{U}=\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_1}}-\stackrel{\cdot }{{\displaystyle U{}_2}}=\frac{{\rm P}{}_{1}R+Q{}_1(X{}_{\text{L}}-X{}_{\text{C}})}{U{}_1}+\\ j\frac{{\rm P}{}_1(X{}_{\text{L}}-X{}_{\text{C}})-Q{}_{1}R}{U{}_1}\end{array}$

因串补度超过了80%,必须计入电压降落的横向分量才能得到正确的计算结果。

若以$\dot{U}{}_1$为基准参考轴,此时受端电压为

$\begin{array}{l}U{}_2=\{[U{}_1-\frac{{\rm P}{}_{1}R+Q{}_1(X{}_{\text{L}}-X{}_{\text{C}})}{U{}_1}]{}^2+\\ [\frac{{\rm P}{}_1(X{}_{\text{L}}-X{}_{\text{C}})-Q{}_{1}R}{U{}_1}]{}^2\}{}^{\frac{1}{2}}\end{array}$

研究并联电容对串联电容的影响时,设并联电容设置在供电线路末端的D母线处,等值电路图如图6所示。

3 仿真结果分析

本文利用Matlab/Simulink软件中的电力系统模块库(Power System Blockset)进行仿真,它能快速而准确地对电路及电力系统进行仿真[4]。

当各母线负荷为如下数值时(单位:MVA),SLDa=15+j,SLDb=10+j7,SLDc=3.5+j1.7,SLDd=18+j7.5,C母线及D母线电压水平如下,UC=58.16kV,UD=55.73kV。

3.1 加入串联电容

UC=65.4kV,UD=62.7kV,如图7所示。

随着负荷的增加,SLDa=20+j10,SLDb=11+j8.1,SLDc=4.3+j2.1, SLDd=18.9+j9(串补前,C与D母线电压为UC=56.9kV,UD=54.2kV)。加串联电容后,UC=65.4kV,UD=62.4kV,如图8所示。

负荷继续增大,SLDa=30+j13,SLDb=13.4+j8.5,SLDc=5+j2.2,SLDd=19+j12(串补前C与D母线电压为UC=54.8kV,UD=51.8kV)。加串联电容后,UC=65.6kV,UD=62kV,如图9所示。

仿真结果表明:线路加入串补电容后,在同样负荷情况下,C母线电压升高到65.4kV,D母线电压升高到62.7kV,提高率达到12.4%～12.5%。随着负荷的增大电压逐步升高,当负荷达到如下值时,SLDa=30+j13,SLDb=13.4+j8.5,SLDc=5+j2.2,SLDd=19+j12,C母线电压升高到65.6kV,D母线电压升高到62kV,提高率为19%～19.7%。由此可以证明,串联补偿对沿线66kV各点电压改善效果明显,满足66kV系统电压考核标准,并随负荷大小而调整,负荷大时补偿效果增大,负荷小时减小,满足系统调压要求。

3.2 在D母线并联电容进行补偿

在D母线并联电容,恰好对D母线无功负荷进行全补偿,此时线路传输的无功功率最少。补偿后,UC=60.18kV,UD=58.7kV,如图10所示。

随着负荷的增加,电压逐渐下降。当达到如下值时,SLDa=20+j10,SLDb=11+j8.1,SLDc=4.3+j2.1,SLDd=18.9+j9。补偿后,UC=58.81kV,UD=57.09kV,如图11所示。

仿真结果表明:D母线加入并联补偿电容后,在同样负荷水平下,C母线电压提升到60.18kV,D母线电压升高到58.7kV,提高率为3.5%～5.3%,电压提升幅度小,且随着负荷的增加,电压水平略有下降。

3.3 串补与并补同时投入

D母线并联电容,同时BC线路末端串联电容。补偿后,UC=61.6kV,UD=60.1kV,如图12所示。

仿真结果分析:串补与并补同时投入时,由于功率因数较高,PR/U分量的比重大,导致串联补偿的调压效果不明显,C母线电压61.6kV,D母线电压60.1kV,提高率为5.9%～7.8%,并联补偿对串联补偿有一定的抵消作用。

因此,在设有K>1的串联补偿装置的线路上,希望通过线路的无功越大越好,并联补偿将大大降低串联补偿的调压效果。但是,为了调压而全部拆除末端的并联补偿,使全部无功均由送端提供,则线损将会有所增加[5]。

4 结论

本文针对某农网66kV系统存在因线路长、电抗大而造成沿线各负荷点电压水平低、沿线线路损耗大等问题,对其分别应用串联补偿、并联补偿以及同时应用二者的补偿效果进行了比较。经理论分析与仿真,得出如下结论:

1)该线路比较长,线路末端电压严重低下,且在不同情况下负荷变化较大,对其应用串联补偿补偿效果较理想,符合串联补偿的调压特性。

2)应用并联补偿效果不明显,同时应用两种补偿时,并联补偿对串联补偿有一定的抵消作用。

参考文献

[1]杨振龙.串并联电容补偿调压的比较[J].电气化铁道,1997(3):10-12.

[2]陈红兵.串联电容器在电网中的调压作用及工程应用[J].电气工程应用,2000(2):31-33.

[3]何仰赞.电力系统分析[M].武汉:华中理工大学出版社,2002:79.

[4]樊艳芳.MATLAB/SIMULINK在电力系统仿真中的应用[J].新疆大学学报,2004,21(2):205-207.

补偿距离 篇3

关键词：综放工作面,工作原理,应用情况,效益分析

1 引言

井工煤矿的自然条件和采煤方式决定了其井下供电系统用电点多、配电级数多、供电线路长的特点,同时为了适应井下采煤复杂多变的工况并保证安全生产,设备的装机功率往往选型较大,出现“大马拉小车”的现象。这些因素会造成整个综放(采)工作面供电质量的下降,出现功率因数低、线路压降大、电压波动大和产生谐波电流等问题,尤其是综放(采)工作面采用远距离供电供液方式后,线路压降问题更为突出,以往只能靠加大线路截面和增大变压器容量的办法解决这个问题。

矿用隔爆兼本质安全型静止无功发生器(即SVG)产品的出现,为提高井下供电质量带来了曙光。SVG 的调节速度快(1ms)、占地面积小、运行损耗低、运行范围宽、可进行无级快速的无功补偿、自身不产生谐波且能抑制部分谐波,并能较大幅度降低电能损耗,具有显著的经济效益和社会效益。

2 SVG 基本工作原理

简单地说SVG就是连接在电网上的电压源逆变器,通过实时调节逆变器输出电压的相位和幅值,可改变电路吸收或发出的无功电流,实现动态无功补偿。

SVG可以等效为幅值和相位均可控制的、与电网同频率的交流电压源,通过交流电抗器连接到电网上。对于理想的SVG(无功率损耗),仅改变其输出电压的幅值即可调节与系统的无功交换:当输出电压小于系统电压时,SVG工作于“感性”区,吸收感性无功功率(相当于电抗器);反之,SVG 工作于“容性”区,发出感性无功功率(相当于电容器)。

如图1所示,其中$\text{U}$s 和$\text{U}$1分别为电网电压和SVG 输出交流电压,则连接电抗X上的电压$\text{U}$L(即为$\text{U}$s 和$\text{U}$I 的相量差), 而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电网吸收的电流$\text{Ι}$。因此 , 改变SVG交流侧输出电压$\text{U}$I的幅值及其相对于$\text{U}$s的相位 , 就可以改变连接电抗上的电压,从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值,也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

采用直接电流控制的有源滤波型中压SVG的工作原理如图2所示。从图中可以得出式(1),即电源电流IS是负载电流IL和补偿电流IC之相量和。假设负载电流IL中含有基波正序电流(包括基波正序无功电流ILfq+和基波正序有功电流ILfq+)、基波负序电流ILf-和谐波电流ILh,如式(2)所示。

=+(1)

=+ + + (2)

为使电源电流中不含有基波正序无功和基波负序电流,则需要控制SVG输出电流满足式(3)。这样电源电流中就只含有基波正序有功和谐波电流,如式(4)所示。

=+ (3)

=+ (4)

所以,SVG控制器通过指令电流运算电路(也称之为谐波和无功电流检测电路)检测出补偿对象电流中的无功电流分量,然后,补偿电流发生电路根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号,产生实际的补偿电流,补偿电流与负载电流中要补偿的无功电流抵消,最终得到期望的电源电流。

当SVG在补偿谐波时,只需要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的谐波分量反极性的成分,就可以实现补偿负载谐波的目的。

3 现场概况及SVG应用情况

3.1 现场概况

神华乌海能源有限责任公司老石旦煤矿综放工作面供电情况为:两路6000V高压送至顺槽口机电硐室内移动变电站,变为3300V后分615线路、625线路送至主设备附近两组合开关处,供各设备用电。为了减少线路压降,保证供到设备端子的电压在允许范围内,从移动变电站高压开关至组合开关线路采用3×150mm2截面电缆,沿顺槽皮带敷设,计1300m;组合开关柜各馈出线路,均采用3×120mm2截面电缆送至工作面设备侧。

3.2 未配置SVG时的工作情况

加装SVG前,所带负荷见下图:

(1)具体设备及其运行参数:

高开侧空载电压6450V左右;

移动变压器高压侧运行电压为5830V至5900V;

移动变压器低压侧运行电压为3350V至3400V;

变压器参数为3150kVA/6/3.45,一次侧额定电流303.1A/二次侧额定电流527.1A;

实测运行电流6000V侧:615线路为221A,625线路为159A;则可计算得:

615线路负荷:S1=×5.9×221=2074kVA; (5)

625线路负荷:S2=1625kVA; (6)

615线路总装机量=2×700+1020+315=2735kW;

625线路总装机量=2×700+200=1600kW;

负荷需用系数:615线路:Kd1= 0.4+0.6=0.55

625线路:Kd2= 0.66,取0.7

运行平均功率因数:0.65,则=1.17

3150/6/3.45移动变压器容量Sr=3150kVA,短路阻抗百分数ΔUt=5.5%;短路损耗Pt=12.5kW;则可计算得阻抗电压有功分量ΔUa=0.397%,无功分量ΔUr=5.486%

150截面电缆电阻0.145Ω/Km;电抗0.085Ω/Km,则R=0.145×1.3=0.189Ω,X=0.111Ω

(2)负荷计算及压降损失

615线路:P1j=2735×0.55=1504kW;Q1j=1504×1.17=1760kvar

则:S1j=2315kVA (7)

625线路:P2j=1600×0.7=1120kW;Q2j=1120×1.17=1310kvar

则:S2j=1724kVA (8)

对比式(5)和式(7);式(6)和式(8),两值近似,考虑到现场工况的复杂性,我们以计算负荷值进行计算论证,且以615线路为例。

则在组合开关处的615线路电压损失百分数为:

ΔU1===4.4% (9)

变压器电压损失百分数ΔUt==3.25% (10)

3.3 在组合开关处加装SVG后的工作情况及与加装前比较(以615线路为例)

考虑补偿后的谐振问题,将615线路的功率因数提高到0.98,则需补偿的无功量为:

Q=P1j(1.17-0.20)=1504×(1.17-0.20)=1459kvar,补偿后Q1j=301kvar

线路电压损失百分数为:ΔU1===2.92% (11)

变压器电压损失百分数:ΔUt==0.71%(12)

比较式(9)与式(11)和式(10)与(12)可知,加装SVG进行无功静态补偿后,线路的电压损失百分数降低了约1.5%,变压器电压损失百分数降低了2.54%,减少电能损耗的效果显著。

4 加装SVG后的效益分析

功率因数补偿到0.98后,615线路无功补偿量为1459kvar,625线路无功补偿量为1085kvar。根据GB/T 12497-2006《三相异步电动机经济运行》中有关条款,增设就地无功补偿后,每补偿1kvar无功,可以节省约0.05～0.07kW的有功,若按0.06kW计,则增设动态无功补偿装置后,有功节省量为:ΔP=0.06×(1459+1086)=153kW,若每度电按0.6元,年工作日按360天,每天工作14小时计,年节约电费产生的直接效益:153×360×14×0.6=46.27万元。此外,经SVG补偿后,线路和变压器的带载能力均有了较大程度的提升,同时也使线路和设备能够更加安全可靠地运行。

参考文献

[1]粟时平,刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].中国电力出版社.

[2]王兆安,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社.