电压无功自动调节装置的研制及应用.pdf

第 2 8卷第 9期 2 0 0 7年 9月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V 0 1 ． 2 8 N o． 9 S 印 ， 2 00 7 电压 无功 自动调节装置 的研 制及 应用 高丽 ，罗宁 1 ． 中原工学院，郑州 4 5 0 0 0 7 ；2 ， 天津轻工职业技术学院，天津 3 0 0 3 8 0 摘要 针对 电力系统传统的电压无功补偿方法存在的弊端， 研制 了电压无功 自动调节装置， 介绍 了该装置的设计原理 、 组成、 调整原则和控制方法， 通过 实践证明具有一定的实用和推广价值 。 关键词 电压无功 自动调节装置 ；设计原理 ；组成 ；调整原则 ；控制方法 中图分类号 T M 5 3 文献标志码B 文章编号 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 7 0 9 ． 0 1 4 6 ． 0 2 De v e l o p me n t a n d Ap p l i c a t i o n o f Vo l t a g e a n d I n a c t i v e Po we r Au t o ma t i c Re g u l a t i o n De v i c e GAO L i ，L UO 1 ， Z h o n g y u a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 7 ， C h i n a ； 2 ． I n s t i t u t e o f L i g h t I n d u s t r y T e c h n i c i a n ，T i anj i n 3 0 0 3 8 0 ， C h i n a l Ab s t r a c t A v o l t a g e a n d i n a c t i v e p o w e r a u t o ma t i c r e g u l a t i o n d e v i c e i s d e s i g n e d b a s e d o n d i r e c t a g a i n s t t h e ma l p r a c ti c e o f t h e t r a d i t i o n a l me tho d o f i n a c t i v e p o w e r c o mp e n s a t i o n ．De s i g n p r i n c i p l e ，c o n s t i t u t e ，p r i n c i p l e o f a d j u s t a n d c o n t r o l m e th o d o f th e d e v i c e w e re i n t r o d u c ed．I t i s p r o v e d b y p r a c t i c e tha t the d e v i c e h a v e c e r t a i n p r a c t i c al and p o p u l a r i z e v alu e ． Ke y wo r d s v o l t a g e an d i n a c t i v e p o we r a u t o ma t i c reg u l a t i o n d e v i c e ；p r i n c i p l e o f d e s i g n；c o n s t i t u t e ；p r i n c i p l e o f a d j u s t ；c o n t r o l m e tho d 1 问题的提出 电压无功补偿对于 电力系统的安全运行 、 提高 供电质量、 降耗节能起着至关重要的作用。系统中 如果存在大量的高峰值的感性负载， 就会造成系统 出现无功分量 感性无功 ， 功率因数因此降低， 导致 系统母线 电压下降， 线路传输损耗增加。 理论上 ， 为减小这种无功分量的影响， 应在系统 中投入容性负载 即补偿 电容器 ， 以抵消感性无功。 传统的做法是 在系统母线上并联 电容器或电容器 组 ， 根据系统的功率 因数的大小 ， 进行人工或 自动投 切 电容器。这种方法存在着明显的不足 1 每次投 切电容器对系统无功的影响都是固定值， 而系统需 要补偿的无功却是随时间变化的， 因此这种方法不 可能使系统功率因数保持在一个较高的水平。 2 由于电容器在切除后需要一定 的时间放电， 必须经 延时才可以再次投入， 因而实时性受到限制。 3 电 容器在投入时会产生过 电压 ， 这样对 电容器和系统 中其他元件的寿命有一定的影响。电压无功自动调 节装置正是鉴于此而研制的， 从根本上克 服了传统 无功补偿设备的不足， 可以使系统电压精度、 功率因 数维持在较高的水平。 2 电压无功 自动调节装置的设计原理 电容器 的无功输 出功率 Q2 f C U 2 式中 卜系统频率 ； C 电容器容量 ； 电容器端电压。 由式 1 中可 以看 出， 调整 电容器端 电压 即可调 整电容器的无功输 出功率 Q。 本装置是依照上述 的基本原理 ， 将电容器通过 一 个电压调节装置接入系统 ， 通过调整 电压调节装 置而调整电容器端 电压 ， 从而调整 电容器的无 功输 出功率 ， 以达到补偿系统无功 的目的。 3电压无功 自动调节装置的组成及调整原则 3 ． 1 电压无功 自动调节装置的组成 电压无功 自动调节装置的组成如图 1 所示。 ⋯“ I 母线 申 审 厂 L]广 ⋯ I 档器 H 品 篡，卜 1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_ _ j 图 1 组成框图 图中的控制器是以单片机为核心构成的现场控 1 制系统。由 P r 和 C rI ’ 输入系统电压和电流， 计算出 - 1 4 6 - 维普资讯 第 2 8卷第 9期 电压无功 自动调节装置的研制及应用高丽 ， 尝 V o l 2 墨 N 0 1 当前系统的电压和功率因数 ， 从而决定需要调整的 参数 。 由于系统电压和功率因数是相互影响、 密切相 关 的， 一般情况下仅调整其 中一项是不能满足要求 的 ， 因此要根据当前系统的状态， 对系统电压和无功 输出的调整作综合考虑。 系统当前状态 的分类如图 2所示 。图 中纵轴为 系统电压 ， 横轴为系统功率因数 c o s ， 依所整定 的系统电压上、 下限和功率因数上、 下限共分为9 个 工作区， 其中第 9区为正常工作区， 系统电压和功率 因数均满足要求。其余 8 个区均至少有一项不满足 要求 ， 需要按一定的原则进行调整。 f ， 上限 下限 8 7 6 5 4 3 2 1 图 2状态分类 3 ． 2 电压无功 自动调节装置的调整原则 电压无 功 自动调 节装置 的调整原则 按表 1进 行。当优先调整项调整后仍不 能满足要求 时， 再调 整辅助调整项 。 表 1 电压无功自动调节装置的调整原则表 4 电压无功自动调节装置的控制 本装置的所有动作均由控制器控制完成。控制 器的组成 如 图 3所示 。图中人机界 面 由液 晶显示 器 、 键 盘组成 ， 用 于设 置定值 等参数 ， 如 v r 、 C T变 比、 电压上下限 、 功率 因数上下限等 ； 交流输入 电路 用于对 f r r 、 C T的输 出进行变换和采样 ； 开关量输出 电路用于系统 电压和无功输 出功率的分级调整 ， 应 采用继电器输出方式； 开关量输入电路可采用光耦 输入 ， 用于监视电压分接开关和调压器的当前挡位 ， 以防止挡位到达极限后继续动作； 通信电路用于向 远动系统或 综合 自动 化 系统传 送 数据 ， 一 般采用 R S 4 8 5或 C A N网接口。 图 3控制器组成框 图 单片机系统 由高性能 8位或 1 6位微控制器 、 1 2 位以上 的 A D及相关 的外 围芯 片组成 ， 软件编制应 按表 1 的调整原则进行 ， 同时应具有失压 闭锁 、 f r r 、 C T断线闭锁 、 挡位极限闭锁和告警 、 手动操作 通过 人机界面人工调整 、 动作次数的记录 、 通信等功能。 5 电压无功 自动调节装置的应用 电压无功 自动调节装置经某 3 5 k V变电站近1 a 的试用， 运行情况 良好， 全站功率因数保持在 0 ． 9 5 以上 ， 系统电压保持在 9 ． 5 ～1 0 ． 5 k V， 从而大大降低 了线损， 提高了供电质量。经测算， 仅降低线损一项 所节省 的费用 ， 在 2 a内即可收 回安装本装置所用 的投资， 再加上元件寿命的延长和供电质量的提高， 其经济效益可观。 6结语 1 电容器是 固定接入 ， 不存在放 电问题 ， 不需 要调整延时 ， 电压实时分级调节， 每次调节电容器端 电压的变化量很小 ， 因此可 以实时跟踪系统 的无功 变化而调整电容器的无功输出。提高了无功补偿精 度和实时性。 2 调整过程中不存在过电压 ， 可以有效地延长 系统中元件 的使用寿命 。 3 具有较高的经济效益和推广价值。 参考文 献 [ 1 ] 郭 培源 ． 电力系统 自动控制新技术 [ M] ． 北京 科学 出版社 ． 2 0 0 1 ． 作者简介高丽 1 9 6 4 一 ， 女 ， 河南武陟人， 1 9 8 3 年毕业于原成 都电讯工程学院 ， 长期从事 电子技术研发工作 ， 现任 中原工学 院电气 系工程师 ， 从事 电气实验工作 ． 一 1 47一 收稿 日期 2 0 0 r 7 ． 0 5 ． 0 5 维普资讯