无功功率算法研究（精选10篇）
无功功率算法研究 第1篇
关键词：瞬时无功功率,谐波电流,仿真
近年来由于电力电子等非线性设备的大规模使用, 在电网中产生了大量的谐波, 致使电网污染日益严重, 并对人们的日常生产和生活造成了极大的危害, 因此采取必要的措施来抑制谐波、提高电能质量已刻不容缓, 而抑制谐波的前提就是能够准确及时的检测出谐波电流, 本文就是在此基础上研究了基于瞬时无功功率的谐波检测算法。基于瞬时无功功率谐波检测法具有电路实现简单, 准确性和实行好等优点。目前, 基于瞬时无功主要有两种检测方法:p-q法、ip-iq法, 这两种算法在工程领域得到了广泛使用, 因此对此进行研究具有非常大的现实意义。
1 基于瞬时无功的谐波电流检测方法
1.1 p-q检测法
p-q法根据瞬时无功功率理论定义, 通过计算得到瞬时有功和无功功率p、q, 具体计算方法如图1所示。将p、q经过LPF滤除交流的分量剩下直流的分量p軍和q軍。电网中电压没有发生畸变, p軍对应基波的有功电流, 而q軍则对应基波的无功电流。通过和即可算出被检测电流的基波的电流分量iaf、ibf、icf, 具体计算的方法如式 (1) 。
谐波电流iah、ibh、ich可由三相电流ia、ib、ic减去三相电流的基波分量iaf、ibf、icf得到。若要同时补偿谐波和无功电流时, 将图1中的通道断开即可。基波的有功电流分量iapf、ibpf、icpf通过p軍即可计算出, 具体方式如式 (2) 所示。
此时, 将三相电流ia、ib、ic减去iapf、ibpf、icpf即可得到需要补偿的基波的无功电流和谐波电流。
1.2 ip-iq检测法
ip-iq检测法的原理图如图2所示, 图中LPF为低通滤波器, PLL为锁相环, 它和正弦、余弦发生电路目的是提供一个与a相电压同相的单位正弦和余弦信号。
根据图2所示, 可计算得到瞬时有功和无功电流ip、iq, 类似p-q法, 同样经过LPF滤除交流的分量可得到直流的分量i軃p、i軃q按照式 (3) 计算得到基波电流。
所求谐波电流iah、ibh、ich就可由三相电流ia、ib、ic减去基波的电流分量iaf、ibf、icf得到。类似p-q法断开i軃q的通道即可检测无功和谐波的电流。
1.3 两种算法的比较
1) p-q法、ip-iq法既可以用数字电路实现, 也可以通过模拟电路实现。模拟电路时, p-q检测法需要10个乘法器和2个除法器才能实现运算电路, 而ip-iq法8个乘法器即可实现, 所以相比较而言, ip-iq检测法就更容易实现。另外, 其中p-q检测法只有在电网电压对称且没发生畸变时才适用, ip-iq检测法应用范围相对较广, 不仅在电网电压不对称时适用, 即使电网电压发生畸变也同样能够准确检测。
2) p-q法、ip-iq法只适用于三相三线制系统, 而对于三相四线制系统, 由于存在的零序分量不能反映到α-β坐标系上, 无法检测到零序谐波, 而导致零序谐波泄露产生误差。
2 仿真研究
通过两种算法的比较, 可知ip-iq法应用范围更广。本文基于此, 利用MATLAB对ip-iq法进行模型搭建, 仿真模型如图3所示。
仿真环境:电源:三相对称电源, 幅值380V, 频率50HZ;谐波负载:三相可控硅整流桥, 触发延迟角30°, 电阻15Ω, 电感140mH。通过仿真, 三相谐波电流波形如图4所示, 将负载电流检测谐波电流后的波形如图5所示, 从图5波形可以看出, 波形已经很接近正弦, 本文为了验证该谐波检测算法的正确性, 对其频谱进行分析, 频谱图见图6。从中可以看出, 电流的畸变率仅为2.73%, 谐波含量大大降低, 远低于国家标准的5%。
3 结论
本文研究了基于瞬时无功理论的谐波电流检测算法p-q法、ip-iq法, 并对这两种算法进行比较分析, 最后通过MATLAB软件对ip-iq法搭建仿真模型, 仿真结果表明, 该算法检测原理简单, 实时性和准确性好, 具有很强的使用性。
参考文献
[1]王兆安, 杨君, 刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社, 1998.
[2]李圣清, 罗飞, 张昌凡.基于ip及iq运算方式的改进型谐波电流检测方法[J].电气传动, 2003.
功率因数电费计量及无功补偿 第2篇
2、抄见电量为抄表卡片上的总平电量×倍率
3、变损电量=力率平方比×线圈损失×+铁损（要查变损表）
4、线损电量=（抄见电量+变损电量）×3％
5、线损△AL=3线×I ×RL（线路电阻）-0.65Ω/千米×K系数（1.2）×T（时间24小时）×10 注明：系数I=（有功电量/ 720）÷（×V千伏数×Cos φ）
6、力率电费=（电度电费+峰谷电费）×力率标准
7、峰谷电量通过抄表卡片上的峰电差÷总平，得到一个百分数，再用这个百分数×合计电量
8、基本电费只有大工业315KVA及以上有该项
9、峰谷电费=（峰电量×1.5+谷电量×0.5）×倍率
10、电量=（本月表示数-上月表示数）×倍率
11、总有功电量=（峰电量+谷电量+平电量）
12、实际倍率=电压互感器变比×电流互感器变比
13、电度电费=（合计电量-峰电量-谷电量）×电价
注：这里所写的是消费者手中红色票据的计算方法，各地可能有少许差异，但不会太大。
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1、抄收员应掌握电能表知识有哪些？
答：抄表员正常工作是抄录电能表，也经常遇到用户有关电能表事宜的咨询，因此一般要求抄表员掌握如下的电能表知识：
（1）电能表容量的配置以及常用选择计算公式；
（2）电能表在什么情况下必须使用互感器；
（3）电能表的准确度，以及几种误差的概念；
（4）电能表倍率的计算；
（5）电能表结构和工作原理、技术数据；
（6）电能表本身及其附件的常见故障；
（7）电能表安装知识和几种常见接线。
2、协议电量应如何计算？
答：当计量装置不能准确计量用户电量时，根据用户实际容量和使用时间计算出当月电量，或按前三个月平均用电量确定的。
3、对月用电量较大的用户如何收取电费？
答：对月用电量较大的用户，供电企业可按用户月电费确定每月分若干次收费，并于抄表后结清当月电费。收费次数由供电企业与用户协商确定，一般每月不少于三次。对于银行划拨电费的，供电企业、用户、银行三方签订电费划拨和结清的协议书，供用电双方改变开户银行或帐号时，应及时通知对方。
4、在什么情况下用户负担变、线损？
答：当用电计量装置不安装在产权分界处时，线路与变压器损耗的有功与无量均由产权所有者承担。
5、两部制电价包括哪几部分？
答：两部制电价包括电度电价、基本电价和力率调整电费三部分组成。
6、两部制电价的执行范围及电费计算方法？
答：容量在315KVA及以上的大工业用户均实行两部制电价。电费计算方法：
（1）电量电费是按实际用电量乘以单价来确定。实行峰、谷、平复费率计算方法。
（2）基本电费是按设备容量来计算，按变压器容量计算15元/KW(KVA)/月，按最大需量计算22元/KW(KVA)/月。
7、执行商业电价的用户是否执行峰谷分时电价？
答：用电契约容量在100KVA（KW）及以上的商业用户执行峰谷分时电价。如何计算利率调整电费？ 力率调整电费应根据用户功率因数高低，按功率因数调整办法的规定，以电度电费、基本电费做为基数调整增收或减收力率电费。
8、容量100千伏安及以上的商业用户应执行的力率标准是多少？
答：0.85。
9、按我省现行规定集中取暖的电锅炉执行什么电价？ 答：用于集中取暖的电锅炉执行居民生活电价。
10、执行商业电价的用户是否执行灯力分算？ 答：执行商业电价的用户不执行灯力分算。
11、大工业用户的生产照明用电应执行什么电价？ 答：应执行大工业电价。
12、对科研、医疗等单位空调、电热应执行什么电价？
答：科研、院校、医疗及学术研究、试验单位的恒温、干燥箱、冷藏设备、烘焙、电解、电化等用电，总容量在3千瓦及以上者，按非工业电价计费。
13、对于农村工业生产用电如何计价收费？
答：农村兴办的社办工业或乡镇工业，符合大工业、普通工业条件的，应执行大工业、普通工业电价。农村用电由一台配电变压器或一条线路混合供电的，应分表计量，按不同电价分别计费。
14、大工业用户暂减容、暂一撤和暂停用电后容量不足两部制电价规定时应执行何种电价？ 答：仍然执行两部制电价。
15、哪些照明用电执行非工业电价？
答：地下防空设施的照明，基建工地照明，电影制片厂摄影棚水银灯等均执行非工业电价。
16、物质供销公司、培训中心、医院照明、加油站、路灯分别应执行什么电价？
答：物质供销公司、培训中心、加油站应执行商业电价；医院照明、路灯应执行非居民照明电价。
17、对于加变损又加线损的用户，应如何计算？
答：首先计算变损，然后计算线损（即计算线损电量包括变损电量），但计算力率时不包括线损。
18、哪些用户执行峰谷分时电价？
答：下列用户应执行峰谷分时电价：
（1）电网直供的容量在320（含315）千伏安及以上的大工业用户；
（2）100千伏安及以上非工业、普通工业用户；
（3）趸售转供单位应执行峰谷分时电价。
19、峰谷时段是如何划分的？
答：高峰时段：7：30-11：30 17：00-21：00 低谷时段：22：00-5：00 其余时段为平时段。
20、执行峰谷分时电价用户的线损、变损应执行哪一时段电价？
答：执行峰谷分时电费用户的线损、变损电量按平时段电量计费。
21、我省三峡基金收取的标准及收取范围是什么？
答：收取标准每千瓦时4厘。收取范围为全社会各类用电全部收取，趸售用电按二次抄见电量收取。
22、我省电力建设基金收取的标准及收取范围是什么？
答：收取标准每千瓦时2分，其中国有重点煤炭企业生产用电，核工业铀扩散厂和堆化工厂生产用电暂减至每千瓦时三厘。收取范围：除农业排灌、抗灾救灾及氮肥、磷肥、钾肥、复合肥生产等用电外的所有用电全部收取。趸售用电按二次抄见电量收取。
23、某用户自备变压器因停产但未申请停用，供电企业是否收取变压器损失？
答：用户即未报停用，也未用电，二次计量应加变损。应按变压器铭牌标识的或“损失手册”上规定的铁损、空载电流数值计算出有功损失和无功损失。有功损失=铁损×运行时间(720小时)无功损失=空载电流%×变压器容量×时间×1/100。
24、大工业用户减容量不足两部制电价规定时执行何种电价？
答：如果用户申明为永久性减容的或从减容设备加封之日起期满二年又不办理恢复用电手续的，其减容后的容量已达不到实施两部制电价规定容量标准时，改为单一电价计费。
25、功率因数调整电费标准和范围是如何确定的？
答：（1）功率因数标准为0.9：适用于160千伏安以上的高压供电工业用户，装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和315千伏及以上的高压供电电力排灌站。
（2）功率因数标准为0.85：适用于100千伏安(千瓦)及以上的其它工业用户(包括社队工业用户)100千伏安(千瓦)及以上的非工业用户和100千伏安(千瓦)及以上的电力排灌站。
（3）功率因数标准为0.8：适用于100千伏安(千瓦)及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。
26、用电类别有哪些？
答：城乡居民生活用电、非居民生活用电、商业用电、大工业用电、普通工业用电、非工业用电、农业生产用电、趸售用电。
27、用户使用单相用电设备总容量不足10千瓦的可采用什么方式供电？
答：可采用低压220V供电。但有单台设备容量超过1千瓦的单相电焊机、换流设备时,用户必须采取有效的技术措施以消除对电能质量的影响，否则应改为其他方式供电。
28、计算临时用电设备容量的系数是如何规定的？
答：变压器（千伏安）乘以系数0.7，交流电焊机乘以系数0.5，电动机乘以系数0.8。
29、零散居民用户怎样收取贴费？
答：零散的居民用户，电能表标定电流超过5安培时，按实际容量计收贴费。
30、利用居民住宅照明经营用电，贴费如何收取？
答：利用居民住宅照明开食杂店等属经营性商店的，应到供电企业办理用电手续，按电表容量交纳贴费，执行商业电价，统建的居民楼，已交纳贴费的用户开设的食杂店不再重复收取贴费，但应执行相应类别的电价
31、用户因故撤销用电申请，并要求退还已交纳的贴费，应如何处理？
答：若未安排相应工程时，可收取贴费总额的10%的管理费，其余退还。若工程已经开工，可根据工程进展情况收取贴费总额的30%以上的工程费（包括勘探、设计、施工费等）；若工程已结束，则不再退还贴费。
32、某用户申请380V供电拟从变压器开始自建，按现行贴费标准应如何收取贴费？
答：应按新的标准向该用户收取每千伏安220元的供、配电贴费。其中，供电贴费每千伏安120元。配电贴费每千伏安100元。
33、哪些用户可以免交供电贴费？
答：凡符合下列条件的380/220伏用户可免交供电贴费，但仍需交配电贴费。
（1）中、小学校及机关、部队、企业、合资、独资（含个人）开办的中小学校教学用电。
（2）县级以下中、小型医院医疗用电。
（3）民政部门举办的救济福利事业单位，如：福利院、养老院、孤儿院。
（4）集中供热的电锅炉等免收全部贴费。上述单位的用电若过户或转让给应全额交纳贴费的单位时，应补收供电贴费。机关、部队、企业办的职工中学、技工学校的用电，要全额交纳贴费。
35、正常计划停电未按服务承诺规定向社会公告或未通知重要客户的，对工作责任人给予经济处罚1000元；给客户造成损失的，视情况调离工作岗位或给予相应的行政处分；
36、电力故障报修服务，无故超过时限到达现场，对工作责任人给予经济处罚500元。不及时抢修，拖延恢复送电，在客户中造成影响的，给予记过处分并调离岗位；
37、农网改造后的竣工县和未竣工县的竣工台区电价超过省物价局核定价格的，未竣工台区的农村照明电价高于0.90元/千瓦时的，均对责任人给予经济处罚1000元，并视情节给予相应的行政处分；
38、什么是三相四线制？为什么低压供电线路常采用三相四线制？
答：三相四线制是带电导体配电系统的型式之一。三相指L1---(A)相、L2---(B)相、L3---(C)相三相，四线指通过正常工作电流的三根相线和一根N线(中性线)，不包括不通过正常工作电流的PE线。由于在三相四线制中有中线，而中线的作用在于保证负载上的各相电压接近对称，在负载不平衡时不致发生电压升高或降低，若一相断线，其他两相的电压不变。所以在低压供电线路上采用三相四线制。
39、供电设施的运行维护管理责任分界点确定的原则是什么？
答：供电设施的运行维护管理范围，按产权归属确定。责任分界点按以下原则确定。
（1）公用低压线路供电的，以供电接户线用户端最后支持物为分界点，支持物属供电企业。
（2）10千伏及以下公用高压线路供电的，以用户厂界外或配电室前的第一断路器或第一支持物为分界点，第一断路器或第一支持物属于供电企业。
（3）35千伏及以上公用高压线路供电的，以用户厂界外或用户变电站外第一基电杆为分界点，第一基电杆属于供电企业。
（4）采用电缆供电的，本着便于维护管理的原则，分界点由供电企业与用户协商确定。
（5）产权属于用户且由用户运行维护的线路，以公用线路分支杆或专用线路接引的公用变电站外第一基电杆为分界点，专用线路第一基电杆属于用户。在电气上的具体分界点，由供用双方协商确定。
40、配电网的电压等级分为哪几类？
答：配电网的电压等级分为三类：
（1）高压配电电压(110，63，35千伏)；
（2）中压配电电压(10千伏)；
（3）低压配电电压(380/220伏)。
41、配电变压器并列运行应符合哪些条件？
答：配电变压器并列运行应符合下列条件：
（1）额定电压相等，（2）电压比允许相差±0.5%；
（3）阻抗电压相差不得超过10%；
（4）接线组别相同
（5）容量比不得超过3：1。
42、变压器的运行电压应符合哪些要求？
答：变压器的运行电压一般不高于该运行分接额定电压的105%，对于特殊的使用情况(例如变压器的有功功率可以在任何方向流通)，允许在不超过110%的额定电压下运行，对电流与电压的相互关系如无特殊要求，当负载电流为额定电流的K(K≤1)倍时，按以下公式对电压U加以限制：U(%)=110-5K2。并联电抗器、消弧线圈、调压器等设备允许过电压运行的倍训和时间，按制造厂的规定。
43、电气设备的高、低压是如何划分的？ 答：高压：设备对地电压在250伏以上者； 低压：设备对地电压在250伏及以下者。
44、无功补偿的原则是什么？(手动投切，自动补偿，低压自动补偿，自动补偿的调节方式)答：采用电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿。低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组，宜在配变所内集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器宜分散补偿。无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定。无功补偿装置的投切方式，具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置；
（1）补偿低压基本无功功率的电容器组。
（2）常年稳定的无功功率。
（3）经常投入运行的变压器或配、变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组。无功补偿装置的投切方式，具有下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置：
（1）避免过补偿，装设无功自动补偿装置在经济上合理时。
（2）避免在轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏，而装设无功自动补偿装置在经济上合理时。
（3）只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许值时。
当采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。无功自动补偿的调节方式，宜根据下列原则确定：
（1）以节能为主进行补偿时，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡时，亦可采用功率因数参数调节。
（2）提供维持电网电压水平所必要的无功功率及以减少电压偏差为主进行补偿者，应按电压参数调节，但已采用变压器自动调压者除外。
（3）无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。
45、提高功率因数有那些方法？
答：提高功率因数有两种方法，即：机械调整与自然调整。
（1）机械调整方式来提高功率因数的方法： a.安装调相机； b.安装静电电容器。
（2）以自然调整方式来提高功率因数的方法： a.调整电气设备，解决大马拉小车的不合理的用电设备； b.合理的使用电焊机、机床、气锤等设备，加载空载自停装置； c.同步电机进相运行，有条件的异步电动机应采取措施后同步运行； d.提高变压器负荷率、利用率。
46、什么是高峰负荷？什么是低谷负荷？什么是平均负荷？
答：高峰负荷，又称最大负荷，是指电网或用户在一天时间里所发生的最大负荷值。为了分析的方便常以小时电量作为负荷。高峰负荷又分为日高峰负荷和晚高峰负荷。在分析某单位的负荷率时，选一天24小时中最高的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。低谷负荷，又称最小负荷，是指电网或用户在一天24小时内发生的用电量最小的一个小时的平均电量，为合理用电应尽量减少发生低谷负荷的时间，对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小用电则越趋近于合理。平均负荷是指电网中或某用户在某一段时间阶段的平均小时电量。为了分析负荷率，常用日平均负荷，即一天的用电量被一天的用电小时来除，为了安排用户作好用电计划，往往也用月平均负荷和年平均负荷。
47、降低线损的具体技术措施有哪些？
答：线损主要与电网结构、运行方式及负荷性质有关。降低线损的主要措施如下：
（1）减少变压的次数。由于经过一次变压总要多消耗一部分功率，一般说每多一级变压大约要多消耗1%-2%的有功功率，所以变压次数越多，损失也就越大；
（2）合理调整运行变压器台数。根据用电的负荷情况适当调整运行变压器台数和容量。例如，周休日负荷较轻，就可停掉大容量变压器，改投小容量变压器，这样就可以降低变压器的空载损失；另外，要选用低损耗的变压器；
（3）结合规划，调整不合理的线路布局。应尽量减少迂回线路，缩短电力线路，以减少线路中的功率损失
（4）提高负荷的功率因数，尽量使无功功率就地平衡，以减少线路和变压器中的损失；
（5）实行合理的运行调度，（6）及时掌握有功和无功负荷潮流，（7）以做到经济运行。
48、硬母线涂相色漆有什么要求?
答：按GB2681-81规定，L1(A)相---黄色，L2(B)相---绿色，L3(C)相---红色；按国际电工委员会(IEC)规定，中性线为淡蓝色，保护线为黄和绿双色；
49、试说明电能表是如何分类的？
答：电能表的一般分类如下：
（1）按计算的电能与功率不同，分为有功电能表、无功电能表、最大需量电能表和损耗电能表；
（2）按电能表的接线方式不同，分为直接接入式、经互感器接入式、经万用互感器接入式；
（3）按测量电能的准确度等级高低，可将电能表分为普通级(0.5、1.0、2.0、3.0)和精密级(0.01、0.02、0.05)。普通级电能表用于测量电能，精密级电能表则主要作为校验普通级电能表的校验基准。
50、对电能表的准确等级及负载范围的技术要求有哪些？
答：（1）准确度等级：我国现生产的电能表分为0.5，1.0，2.0和3.0级。一般要求是：在额定电压和额定电流、额定频率及规定的条件下，1.0级以下三相电能表工作5000小时，其它电能表工作3000小时后，其基本误差仍应符合原来准确等级的要求。
（2）电能表的负载范围，是电能表性能好坏的重要标志之一，这个负载范围是指负载电流的范围宽窄，现生产一种所谓“宽负载电能表”，是指能将使用电流范围扩大的电能表。它的使用电流范围可超过标定电流的二倍、三倍、四倍，甚至六倍、七倍等。在容许超过的范围内，其基本误差仍不超过原来的规定数值。一般在表牌中，这一性能用“额定最大电流”表示。
51、怎样根据用户的容量选择电能表？
答：电能表的额定容量应根据用户负荷大小进行选择，用电负荷的上限应不超过电能表的额定容量，下限应不低于电能表允许误差规定的负荷电流值。
52、在我国电能计量方式有哪几种？
答：电能计量方式与供电方式和电费管理制度等有关，因而世界各国的电能计量方式也有少量差异。中国的电能计量方式有：
（1）单相供电的用户装设单相电能计量装置，三相供电的用户装设三相电能计量装置。
（2）实行两部制电价的用户，宜装设最大需量表。
（3）对要考核用电功率因数的用户，装设具有防倒机构的无功电能表；需要送、受双向计量时，分别装设具有防倒机构的无功电能表；对装有无功补偿设备有可能向电网倒送无功电能的用户，可装设带防倒机构的反向无功电能表，或双向无功绝对值累加无功电能表。
（4）低压供电用户，其负载电流为50安及以下时，电能计量装置接线宜采用直接接入式；其负载电流为50安以上时，宜采用经电流互感器接入式。
（5）高压供电的用户，在高压侧计量，但对10千伏供电，容量在315千伏安及以下的，可以低压侧计量，即采用高供低计方式。
（6）执行分时电价的用户，装设具有分时计量功能的复费率有功及无功电能表。
（7）用户一个受电点内不同电价类别的用电，分别装设计费电能计量装置。
（8）中性点接地的电网或三相负载不平衡场合的计量装置应采用三相四线有功、无功电能表；中性点非有效接地的电网的计量装置可采用三相三线有功、无功电能表。
（9）有送、受电量的地方电网和有自备电厂的用户，应在并网点上分设送、受电电能计量装置。
53、电能表的标定电流指的是什么？用什么表示？
答：电能表的标定电流指的是计算负载基础的电流，用Ib表示。
54、感应式电能表电压电流线圈损坏分别会造成哪些影响？
答：感应式电能表内部元件损坏有两种：
（1）电压线圈烧坏或断线造成电压元件不通，使单相电能表不走，三相电能表走慢以至少计电能。
（2）电流线圈短路或断线。前者，使表走得快慢不均；后者，使表不走。
55、对不同用电性质的用户，如何安装计费电能表？
答：对不同用电性质的用户，要分装不同类型和数量的计费电能表。对各种照明、非工业生产等用户，实行单一电价计费，应安装有功电能表。
对实行两部制电价的用户，应安装三相有功电能表与三相无功电能表；如用户按最大需量计费时，还应安装最大需量表。对单一电价计费用户的生活照明和生产照明以及两部制电价计费用户的生活照明用电，应尽量进行分线分表，便于按照明电价计收电费。
56、电能计量装置在送电前应检查好哪些项目？
答：（1）电能表和互感器的误差不超过规定要求。
（2）电压、电流互感器的极性，组别，变比和电能表的倍率都应正确。
（3）根据计量方式和实际负载情况选择合适额定容量的电能表和结线方式。
（4）电压、电流互感器二次回路所接的负载不能超过其二次额定值。
（5）电能表、互感器一、二次接线必须正确。
（6）电流二次线应采用绝缘铜线截面不小于4MM2，电压电路导线截面不小于2.5MM2。
57、用电计量装置及其附件包括哪些内容？办理它们的手续有何规定？
答：用电计量装置及其附件包括计费电能表(有功、无功电能表及最大需量表)和电压、电流互感器、二次回路及二次连接导线、电能计量柜、箱等。计费电能表及附件的购置、安装、移动、更换、校验、拆除、加封、启封及表计接线等，均由供电企业负责办理，用户应提供工作上的方便。高压用户的成套设备中装有自备电能表及附件时，经供电企业检验合格、加封并移交供电企业维护管理的，可作为计费电能表。用户销户时，供电企业应将该设备交还用户。供电企业在新装、换装及现场校验后应对用电计量装置加封，并请用户在工作凭证上签章。
58、电能表在什么情况下须与互感器配合使用？
答：当线路的电流不超过电能表的额定电流时，可以直接接入电能表。在大电流的低压供用电线路中，电能表要经过电流互感器接入；在高压供电时，电能表必须经过电流和电压互感器接入。
59、电压互感器的作用是什么？二次侧为什么不许短路？
答：在高压系统中,不能直接装电压表测量高电压,而采用电压互感器把高电压按变比精确的变为低电压，间接测量高压。这样能使高、低压隔离，既能保证人身和仪表的安全，又能使测量电压表的量程范围扩大，把电压表和其他仪表的额定电压标准化，达到统一监测监控回路系统电压的需要。因为电压互感器二次电压虽然很低但阻抗很小，如二次侧短路时，二次侧电流很大，极容易烧坏电压互感器，所以电压互感器二次侧不许短路。
60、电流互感器的作用是什么？二次侧为什么不允许开路？
答：在高压系统中，不能直接装电流表测电流而采用电流互感器将电流按经例的变小，这样使测量人员和仪表与高电压隔离即能保证安全，又能使仪表导线截面变小，可制造轻便，经济的仪表，而且量程经电流互感器的变换可扩大范围，使电流表和其他仪器仪表的额定电流标准化。运行中的电流互感器二次侧开路后造成的后果是：
（1）二次侧出现高电压，危机人身和仪表的安全。因为，电流互感器二次侧电流很小，匝数很多，正常运行时，接近于短路状态，二次侧线圈的电势也不大，当电流互感器二次开路时，二次电流等于零，一次电流全部变成了激磁电流。在二次线圈中产生很高的电压，峰值可达几千伏，威胁人身安全和仪表安全。
（2）出现不应有的过热，可能烧坏绕组。这是因为开路后铁芯内磁通密度增加，铁芯损耗增加造成的。
（3）误差增大。因为磁通增加后使铁芯中的剩磁增加。61、感应式电能表倾斜对误差有何影响？
答：感应式电能表当安装位置倾斜一定角度时，将会引起附加误差，其原因主要有以下二点：
（1）由于转盘对于铁芯和制动磁铁等部件的相对位置发生改变，再加上工作磁通的气隙不对称，就会产生一个附加力矩，导致转盘动力矩的改变。
（2）由于驱动元件对上下轴承的侧压力，随着电能表的倾斜而增大，从而引起磨擦力矩的增大，使电能表呈现“负”误差表。在“国家标准”中规定：确定电能表的基本误差时，对电能表工作位置（垂直方向）的倾斜度应不大于1°。
62、用电计量装置安装地点的原则是什么？
答：原则上应装在供电设施的产权分界处。如产权分界处不适宜装表的，对专线供电的高压用户，在供电变压器出口装表计量；对公用线路供电的高压用户，可在用户受电装置的低压测计量。当用电计量装置不安装在产权分界处时，线路与变压器损耗的有功与无功电量均须由产权所有者负担。在计算用户基本电费(按最大需量计收时)、电度电费及功率因数调整电费时，应将上述损耗电量计算在内。
63、国家电力公司对供电企业经营行为有哪些要求？
答：（1）严格执行国家电价政策和收费标准的规定，不准随电费代收国家明令取消的各种基金、附加费、保证金等；
64、吉林省电力有限公司投诉、举报电话？
答：0431-5796666。
65、吉林省执行统一销售电价依据国家什么文件及电价标准？
答：国家发展计划委员会文件急 计价格[2000]880号文件,《国家计委关于调整东北三省电网电价的有关通知》和国家发展计划发展委员会办公厅计办价格[2001]405号文件，《国家计委办公厅关于吉林省实行统一销售电价的复函》，同意吉林省自2001年4月15日抄见电量起执行统一销售电价。66、居民生活电价执行范围及规定？
答：凡属城乡居民家庭生活用电，执行居民生活电价。其他规定：凡利用居民住宅从事生产、经营活动的用电，不执行居民生活电价。有条件的地区，根据需要可以实行居民生活分档或分时电价。
67、非居民生活电价执行范围及规定？
答：除居民生活用电、商业用电、大工业用户生产车间照明以外的照明用电以及空调、电热用电，或者用电设备总容量不足3千瓦的动力用电等，均执行非居民照明电价。例如：机关、部队、医院、学校、幼儿园、福利院、养老院等。照明用电：铁道、航运等信号灯用电；路灯用电等。68、大工业电价执行范围及规定？
答：凡以电为原动力，或以电冶炼、烘焙、熔焊、电解、电化的一切工业生产，且受电变压器容量在315KVA及以上者，以及符合上述容量规定的下列用电，均执行大工业电价。
例如：机关、部队、学校及学术研究、试验等单位从事生产及修理业务的用电。铁路（包括地下铁路）、航运、电车、下水道、建筑部门及部队等单位所属修理工厂用电。自来水厂、工业实验等用电。电气化铁路的牵引用电。大工业电价构成包括电度电价、基本电价。电度电价是指按用户用电电度数计算的电价。基本电价是指按用户用电容量（负荷）计算的电价。基本电费的计算：基本电费可按变压器容量,也可按最大需量计算。在不影响电网安全经济运行的前提下，用户提前15天提出申请，经双方协商后，由用户自行选择，但在协议签署之日1年内应保持不变。按用户自备的受电变压器容量计算：凡以自备变压器受电的用户，基本电费可按变压器容量计算。不通过专用变压器接用的高压电动机，按其容量另加千瓦数（千瓦视同千伏安）计算基本电费。备用的变压器（含直接接用的高压电动机），属冷备用状态并经供电企业加封的，不收基本电费；属热备用状态的或未经加封的，不论使用与否都计收基本电费。按最大需量计算： 按最大需量计算基本电费的用户，应执行下列规定：最大需量，以15分钟内平均最大负荷记录值为标准。不通过专用变压器接用的高压电动机其最大需量应另加该高压电动机的容量。按最大需量计算基本电费的用户，由用户在规定的时间内提出最大需量申请，其申报需量不得低于总装接容量的40%,以供电部门核准数为准，达到核准的105%以上时，超过部分加倍收费；低于核准数95%以下时，按核准数的95%计收基本电费;在核准数的95%至105%之间的，按实际抄见使用最大需量数计收基本电费。逾期不申报的，视同按变压器容量计收基本电费。对有两路及以上进线的，各路进线应分别计算最大需量。备用的线路,属于冷备用的不收基本电费，属于热备用的按变压器容量的40%收取基本电费。其他规定大工业用户的生产照明、空调（系指井下、车间、厂房内照明和空调）与电力用电，实行光、力综合计价，生产照明和空调并入电力用电，按大工业电价计收电费。其办公和其它照明用电，应分表计量，分类计收电费。电解烧碱优待电价适用范围：根据原水电部、国家物价总局《关于停止扩大工业优待电价范围的通知》（[1980]电财字第87号）、《国务院批转水利电力部、国家物价局关于调整东北部分电价和取消华北、华东部分优待电价问题的报告的通知》（国发[1982]107号）文件执行电价。中小化肥电价适用范围：按国家1988年发布的《大中小型工业企业划分标准》和1993年国家计委、电力部《关于新电价表执行中有关问题的通知》（计物价[1993]1761号），凡生产能力符合国家规定标准的中小型化肥生产企业，其化肥生产用电均执行中小化肥电价。69、普通工业电价执行范围及规定？
答：凡符合大工业用电性质，且其受电变压器容量不足315KVA或KW的各项用电，均执行普通工业用电电价。其他规定：普通工业用户的照明用电（包括办公和生产照明），应分表计量。如一时不能分表，可根据实际情况合理分算照明电量，按非居民电价计收电费。农村乡镇的农副产品加工和农机、农具修理等各项工业的用电，其受电变压器容量符合上述规定的执行普通工业电价。
70、非工业电价执行范围及规定？ 答：凡以电为原动力，或以电冶练、烘焙、熔焊、电解、电化的试验和非工业生产，其总容量在3千瓦及以上用电，均执行非工业电价。例如：机关、部队、学校、医院及科学研究实验等单位的电动机、电热、电解、电化、冷藏等用电；铁路、地下铁路（包括照明）、管道输油、航运、电车、码头、飞机场、污水处理、供热厂等动力用电； 基建工地施工用电（包括施工照明）； 地下防空设施的通风、照明、抽水用电； 有线广播站电力用电（不分设备容量大小）、有线电视扩大器。其他规定：农、林、牧、渔业中用工业方法，从事生产的用电应执行非工业电价。如：现代化养鸡场、养猪场、奶牛场、水产养殖场、茶场等。但若有属于加工性质的用电应执行普通工业或大工业电价。
71、农业生活电价执行范围及规定？ 答：凡属农田排涝、灌溉、电犁、打井、打场、脱粒、饲料加工等（非经营性）、防汛临时照明用电，均执行农业生产电价。其他规定：属于国家级贫困县的农田排灌，执行国家核准的贫困县排灌电价。
72、趸售电价执行范围及规定？
答：符合国家有关法规规定，以县级行政区域为供电范围的县级趸购转售单位，执行趸售电价，即趸售电价是电力趸售单位与趸购转售单位的结算电价。其他规定：趸售单位对用户的转售电价执行有审批权限部门批准的电价，不得再向乡、村层层趸售。趸售供电区域的重要用户，应作为供电部门的直供用户，不实行趸售。其他跨省、自治区、直辖市电网和独立电网之间、省级电网和独立电网之间的互供电价，由双方协商提出方案，报有管理权的物价行政主管部门核准。有条件的地区可以在批准的电价基础上实行峰谷电价和丰枯电价。特殊的电价分类与说明按省级以上有价格管理权限的部门批准的办法执行，并报国家电力公司备案。
73、购电量：是指本企业外购的电量，包括：⑴从国外购入的电量。⑵电力企业之间，以及电力企业与自备电厂之间的互购电量。
74、供电量：是指电厂、供电地区或电力网向用户供出的电量，包括输送电能过程中的损失电量。计算公式：供电量=发电量+购电量+由地区（或系统外）输入电量-厂用电（发电及供热用）-地区（或系统外）输出电量。
39、售电量：指电力工业企业卖给用户的电量（包括本企业自用电）。
75、用电量：是指售电量（用户购入电量）与自备电厂的自发自用电量之和。76、输电线路：35千伏及以上电压等级的电力网，统称输电线路。
77、配电线路：6千伏或10千伏及以下电压等级的电力网，统称配电线路。78、线路损失：是指送变配电过程中所损失的全部电量。
79、线路损失率：线路损失电量占供电量的百分比。
80、配电不明损失率：配电量减售电量与配电量之比的百分数。
81、变压器铜损、铁损：变压器铜损：即短路损耗，指变压器一二次绕组在通过电流时产生的损耗，损耗电量随着用电负荷的变化而变化，也称可变损失。变压器铁损：即空载损耗，是铁芯的磁滞损耗和涡流损耗，也称固定损耗。
82、发电厂：装有各种类型发电机组设备，把其他能源转变为电能的工厂。
83、自备电厂：是指不属于电力部门领导，而附属于其它工业企业和事业单位以自用为主的发电厂。
84、热电厂：是指发电兼向外供热的火力发电厂。
85、厂用电：发电厂内与发电和供热生产过程直接有关的耗用电量。
86、变电所：是用以改变电压和控制电能的分配和输送场所。
87、电力系统：是动力系统的一部分，由发电机、配电装置、变电所、电力网的
线路与用户用电设备所组成。
53、电力网：是电力系统一部分，由变电所和各种不同电压的线路组成，电力网的作用是输送电能，并将电能分配到需要的地方。
88、供电地区：在一个电力系统中往往由许多供电地区所组成。供电区域一般是按行政管辖或供电管辖范围划分的。
89、供电方式：指供电电压（高压、低压）直供、趸售、转供和发电厂直配等。
90、供电方案：指新增装用户，根据其用电性质、容量及当地供电条件等，确定的供电方案。内容包括：供电电压、接线方式、计量方式、设计安装、工程竣工期限等。
91、直供用户：指供电部门直接装表计量、抄表收费的用户。
92、趸售用户：符合国家有关法规规定，以县级行政区域为供电范围的县级趸购转售单位称为趸售用户。
93、转供用户：在供电部门的电力设施未达到的地方,经供电企业批准的，委托其它用电户供电、收费的用户。94、用电协议（合同）：供电企业与高压电力用户、趸售、转供电的用户、特殊用户及自备发电厂用户、按供用电规则协商签定的供用电有关的书面材料。
95、整流设备：是将直流电变成交流电或将交流电变成直流电的电器设备。
96、周波减载：由于周波降低，不能保持电压质量或系统安全而将用电负荷减掉一部分，从减轻发电设备负担使周波稳定。
97、继电保护：一般用于变电所，作为保护电力系统安全的电器。
98、无功补偿设备：为了改善电力系统的力率和电压质量,需要安装一些容性无功负荷,这些设备称为补偿设备 99、单耗：即单位产品耗电定额的简称，是指用户生产每一产品单位（或单位产值）所耗的用电量。100、供电营业区：供电营业区是指依法设立的供电营业区域，在此区域范围内供电企业享有从事电力供应与电能经销业务的权利，承担法定的供电义务。
101、供电营业专营：供电营业专营是指为避免重复建设电网和保供电安全，在一个供电营业区内，只准设立一个供电营业机从事的供应经销活动。
102、供电营业许可证制度：供电营业许可证制度是国家赋予供电企业专营（垄断经营电力供销业务）权利，并由国家对其进行资格认证的一种制度。
103、供电工程贴费：是用户申请用电或增加用电容量时，向供电部门交纳，由供电部门统一规划并负责建设和改造等费用的总称。供电工程贴费由供电贴费和配电贴费两部分组成。
104、供电贴费：系指用户应承担的10千伏以上等级的外部供电工程及配套（工程概算内的辅助生产、生活福利等设施）的建设费用。
105、配电贴费：系指用户应承担的10千伏及以下的外部工程及其配套（工程概算内的辅助生产、生活福利等设施）的建设费用。
106、供用电合同：供用电合同是指供电企业根据用户的需要和电网的可供能力，在遵守国家法律、行政法规，符合国家供用电政策和计划要求基础上，与用户签订的，明确双方在供用电权利和义务的协议。供用电合同是经济合同的一种。
107、受电点：受电点即用户受电装置所处的位置。为接受供电网供给的电力，并能对电力进行有效交换、分配和控制的电气设备，如高压用户的一次变电站（所）或变压器台、开关站，低压用户的配电室、配电屏等，都可称为用户的受电装置。同一受电装置不论有几个回路或几个电源供电，都视为是一个受电点。用户有几个设在不同地点的受电装置，就有几个受电点。
108、受电端：用户受电端是指供电设施的产权分界处。高压专线供电户受电端为供电企业变电站的同级电压母线处；其线路属于公用线路的，为用户受电母线处。低压供电的用户其线路属于用户的，则指供电变压器低压母线处；其线路属于公用低压线路的，为进户线计费电能表电源侧。
109、供电点：供电点是指受电装置接入供电网的位置。对专线用户，接线专线的变电站或发电厂，即为该用户的供电点；对高压用户，供电的高压线路即为其供电点；对低压线路，接引低压线路的配电变压器，即为其供电点
110、电价：是指电力生产企业的上网电价，电网间的互供电价、电网销售电价，电价实行统一政策、统一定价的原则，分级管理。
111、一部制电价：不管客户用电设备容量大小，只按用户使用电量的多少计算电费，适用于照明、非普工业、农业生产、趸售等。
112、两部制电价：既按用户设备容量或最大需量计算电费，又按用户用电量多少计算电费，为两部制电价，并且必须是设备容量在315KvA及以上的大工业用户。
113、峰谷分时电价：为了充分利用电网低谷时电量和控制高峰负荷，电网对有调整用电负荷能力的用户采取高峰、低谷电价办法。低谷电价按基础电价下浮50%，高峰时段电价按基础电价上浮50%。
114、无表协定电量：指未装电能表的用户，按实际容量和使用时间与用户协商确定的电量。
115、协议电量：指原使用电能表，发生故障不能正确计量时，可根据实际用电容量和时间计算出当月电量，或按前三个月的平均用电量与用户协商确定的电量。
116、估算：因某种情况不能按例日抄表时，要按实际用电情况参照上月电量合理推算的电量叫估算。117、定比定量：指灯、力分算用户根据灯、商业、力用电设备容量之比定出比例多少求出电量，做为计费依据叫定比。根据用电容量和时间计算出的电量叫定量。
118、实抄率：实抄户数占应抄户数的百分比。119、收费率：实收电费数占应收电费数的百分比。
120、电费违约金：是对不按规定期限逾期交付电费的用户加收的违约电费。
121、托收协议：指委托银行划拨的电费，与用户建立托收无承付关系签定的合同。
122、频率偏差：频率偏差是指系统频率的实际值和标称值之差。____________________________________________________________________________________ 企业电费计算实例
吉林市某一大工业用户，供电电压66千伏，单电源供电，契约容量为124000千伏安，计量用电压互感器（pt）变比为66000/100，电流互感器变比800/5，转代居民家属用电约6700户。抄表情况： 电量的计算：
电量=（本月表示数-上月表示数）＊倍率 倍率=电压互感器变比＊电流互感器变比 =66000/100＊800/5=105600 由此计算出3月份电量为：
峰段电量=（960.15-854.75）＊105600=11131296千瓦时 谷段电量=（820.49-730.26）＊105600=9528288千瓦时平段电量=（1064.93-946.93）＊105600=12460800千瓦时 总有功电量=峰电量+谷电量+平电量=33120384千瓦时 无功电量=（5567.6-5400）＊105600=17635200千瓦时 各类电量数值的计算：
分算容量：电车115957千瓦，非生产照明854.2千瓦，居民照明7188.8千瓦 分算比例：非生产照明用电比例=854.2/124000=0.7％
居民生活照明用电比例=7188.8％ 非生产照明电量=33120384＊0.7％=228157千瓦时 居民生活照明用电=33120384＊5.79％=1920128千瓦时 电力电量=33120384-228157-1920128=30972099千瓦时
其中：电力峰电量=（11131296/33120384）＊30972099=10409288千瓦时
电力谷电量=（9528288/33120384）＊30972099=8910255千瓦时
电力平电量=（12460800/33120384）＊30972099=11652556千瓦时 电费的计算：
电费的构成是电度电费、基本电费、力率电费、代收电费性电费
1、电度电费：
峰段电费=10409288＊0.249＊1.5=3887869.07元 谷段电费=8910255＊0.249＊0.5=1109326.75元平段电费=11652556＊0.249=2901486.44元 非生产照明电费=228157＊0.394=89893.86元 居民生活照明电费=1920128＊0.29=556837.12元 小计：8545413.24元
2、基本电费：
该企业办理暂停容量为20000千伏安，实际运行容量为104000＊12=1248000元
3、力率电费： cosФ=有功电量/
=33120384/
=0.88 该户执行0.9标准，查表增支电费为月电费的1％（注：这个表实在打不起了，可以到书店去买变损手册）力率电费=（8545413.24+1248000）＊1％=97934元
4、代收费电：
电力建设基金=33120384＊0.02（2％固定数）=662407.68元 三峡基本金=33120384＊0.004（0.4％同上）=132481.54元 居民附加费=1920128＊0.015（1.5％同上）=28801.92元
功率因数调整电费办法（注：电费的奖励、罚款就是从这来的）功率因数的标准值及其适用范围：
1、功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户，装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和320千伏安及以上的高压供电电力排灌站。
2、功率因数标准0.85，适用于100千伏安及以上的其他工业用户、100千伏安及以上的非工业用户的100千伏安及以上的电力排 灌站；
3、功率因数标准0.80，适用于100千伏安及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85 注：有功率因数调整表…三页表格很复杂，需要扫描。
上文的计算过程含有一定的专业性，当年检查时曾经手动编过一个小程序，可惜时间长了已经扔进回收站了。检查要注意从两方面入手，即消费者和农电局，消费者手中的红色发票要依据本文第一部分的进行计算，重要的项目有：变损电量（变压器损失电量）、线损电量、力率标准、关于基本金要按照当地物价部门的备案情况来看，一般不会出现什么大问题。现在主要说一下上面的几个重要项目。
1、变损电量，变压器空载运行时要有损失，变压时也有损失，就是变损了，这个计算我已经在上面写清楚了，需要用变损手册，目前非专业人员不可能买得到，到你们本市级以上书店查找一下，农电电网改造过后的变压器的手册。
2、线损电量：很重要，由于线损很难计算（就是第一部分公式最长的那个）所以有个不成文的规矩。就是：线损电量=（抄见电量+变损电量）×3％，各省市对这个3％可能有点小区别，我省的按照省农电局解释，偏远山区可以个别大于3％，但是很少有小于3％的线损。因为就是农网改造过后，线损依然高居不下，原因很清楚，个别工程商的线路，线质低略，损耗过高，而且农电属于企业，赔钱就意味着由自己负担，所以他要想办法。线损和变损是最容易找到办法的。
配电网无功功率优化 第3篇
关键词：配电网 有功损耗 无功优化 传统优化算法 人工智能优化算法
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0081-01
电网无功潮流分布合理、电压质量合格是电网可靠、稳定运行的基础。但由于长期以来受“重输轻配”思想的影响，导致配电网建设投资不足，使其存在无功功率缺乏、日负荷曲线峰谷差大、末端电压不合格等问题。随着配电网发展及区域配电网联系的日趋紧密，电网潮流更加复杂、安全性要求更高，但部分地区无功容量过剩却不能有效补偿其他无功短缺地区，急需配电网无功优化解决此问题。此外，对配电网无功功率进行优化，可改善功率因数、降低网络损耗、节约能源、提高电压水平和运行稳定性。
1 配电网无功优化原则
为既提升配电网电压质量又减少网络有功损耗，配电网无功功率应尽量少流动，避免远距离传输。因此，配电网应按照“就地平衡”与“分级分区补偿”相结合的原则，合理配置无功补偿装置，具体要求如下。
（1）总体与局部相协调。
若无功补偿装置布局不合理，无法使局部无功功率就地平衡，就会出现无功功率流动，增加线路损耗。因此，需以总体平衡为基础，研究各个区域的局部无功补偿方案并进行最后协调优化，方获得最佳补偿效果。
（2）以中、低压配电网补偿为主。
无功补偿设备主要装设在变压站和线路上，对变压器进行无功补偿主要是补偿其运行消耗的无功功率，这种补偿方式并没有对配电网线路无功进行优化。而全网总损耗的70%发生在低压配电网，因此应以低压配电网无功补偿为主、其他方式为辅，有效降低全网有功损耗。
（3）供电方补偿和用户补偿相结合。
为减少无功功率流动、降低网损和提升电压质量，除供电方负责对配电网公共设备进行无功补偿之外，电力用户也应积极主动配合装设无功补偿装置，对消耗无功较多的特殊设备补偿适量无功，或改进设备的功率因数，减少无功消耗。
2 配电网无功优化算法
无功优化问题的状态变量和控制变量既连续又离散，求解过程中会出现误差大以及“维数灾”等问题，难以得到最优结果。多年来已此领域开展众多研究工作，并获得了一些成果。优化算法通常包括经传统优化方法和人工智能优化方法。
2.1 传统优化方法
（1）线性规划法。
无功优化属非线性规划问题，采用泰勒公式把目标函数和约束条件展开后消去高次项，将问题局部线性化处理。该方法进行无功优化计算时，运算速度快且收敛可靠。但在优化过程中将实际非线性问题进行线性化近似，误差难以避免。若迭代步长选取不当，可能导致收敛缓慢或振荡不收敛，优化结果和实际运行情况有差异。
（2）非线性规划法法。
以极坐标形式牛拉法潮流计算为运算机理，采用拉格朗日乘数法对约束等式进行变换，采用库恩塔克法处理约束不等式，以函数值迭代下降最快作为寻优方向，以使函数值尽快达到最小，该方法原理简单、易于编程实现。但对梯度步长和惩罚函数的选择要求很严格，惩罚因子过大发散、过小又不利于消除越界影响。由于前后两次搜索方向垂直，在接近最优点时，收敛速度变慢甚至出现搜索锯齿现象。
牛顿法具有二阶收敛性，利用雅可比矩阵和海森矩阵对目标函数求解，统一对拉格朗日乘子和控制变量作修正处理，大大降低计算复杂性。但有效约束集一般通过试验迭代确定，不易编程。
二次规划法是采用二次多项式近似表达目标函数、线性化不等式来构造二次规划模型，通过逐次近似求解原非线性问题。存在处理复杂、计算量大、编程难实现等问题。
（3）混合整数规划法。
可同时处理连续变量和离散变量，但对整体最优又较大影响。易发生振荡不收敛，计算过程复杂，计算量大，维数的增加会使计算时间急剧增长。
（4）动态规划法。
按时间划分为相互联系的阶段，并对每阶段结果作出评判，从而得到最优解。当状态变量增加时，将会出现“维数灾”问题。
2.2 人工智能优化算法
（1）遗传算法。
利用生物界物竞天择、适者生存的机理来随机搜索。该算法不依赖优化模型，具有并行计算特性、鲁棒性和自适应搜索能力，但其随机搜索寻优，计算和优化速度慢，易过早收敛于局部最优。
（2）免疫算法。
仿效生物免疫系统，将目标函数和约束条件对应免疫系统的抗原，函数可行解对应免疫系统产生的抗体，通过计算抗体与抗原、抗体间的亲和度及浓度得到最优抗体。可避免陷入局部最优，但当求解到一定范围时，易做大量无用冗余迭代，求解效率较低。
（3）蚁群优化算法。
借鉴蚂蚁间通过信息交流和相互协作的现象来求解组合最优问题。蚁群算法易跳出局部最优发现较好的解，具有较强的鲁棒性，在求解离散优化问题方面具有优越性。但在求解过程中易出现停滞，当群体规模变大时，优化时间急剧增加较长。
3 结语
输电网络无功优化问题已进行了大量研究工作，并取得了较多成果成功运用于实践，但配电网无功优化一直没有得到足够的重视，配电网自动化系统也大多侧重于提高供电可靠性。我国配电网存在无功功率不足、电压质量差、线损大等问题，严重影响了用户正常用电，甚至给一些企业造成了很大的经济损失。因此，对配电网进行无功优化，合理调整、补偿无功功率具有重要现实意义。
参考文献
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无功功率算法研究 第4篇
近年来,电弧炉、轧钢机等冲击性负荷大量接入电网,对电网供电质量产生了严重影响。这些冲击性负荷使电网功率因数降低,增加电网损耗。同时,冲击性负荷产生的无功冲击还会引起电网电压降、电压波动及闪变等,降低了电能质量[1,2]。在这些冲击性负荷接入点装配静止型动态无功补偿装置SVC(Static Var Compensator),可消除无功冲击,提高功率因数,平衡三相电流。SVC典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器FC+TCR(Fixed Capacitor+Thyristor Controlled Reactor)。TCR型动态无功补偿装置通过调节TCR晶闸管的触发延迟角来实现动态无功补偿,使补偿点的功率因数得到提高[3,4]。
瞬时无功功率理论突破了以周期为基础的传统功率定义,能够计算系统的瞬时功率值,正好满足了无功补偿装置快速连续动作的要求[5,6],所以目前大多数的静止无功补偿装置都基于这种理论。
模糊控制是一种典型的智能控制方法,它可以不依赖于被控对象的精确数学模型,克服非线性因素的影响,对被控对象的参数具有较强的鲁棒性[7,8]。文中提出的模糊-PI双模控制方法综合了PI控制和模糊控制的优点,具有较高的精度和鲁棒性,对静态无功补偿装置的补偿性能有很大的提升。
1 瞬时无功功率理论在本算法中的应用
准确、实时地检测出电网中瞬时无功功率的变化,以确定SVC的无功补偿量,是决定SVC动态补偿性能的前提。目前的SVC装置比较多的运用基于瞬时无功功率理论的算法来检测无功功率。下面介绍检测算法的实现。
将三相电路各相电压瞬时值(ua、ub、uc)和电流瞬时值(ia、ib、ic)变换到两相正交的a-β坐标系上,分别为uα、uβ及iα、iβ。变换如下[9]:
变换矩阵的形式如下:
在α-β坐标系上,uα、uβ以及iα、iβ分别可以合成为电压矢量u和电流矢量i,即
基于瞬时无功功率理论,三相电路的瞬时有功和无功功率为
以三相三线制系统为例,若电压、电流含有谐波且三相不平衡时,三相电流、电压的瞬时值可表示为
其中,为第h次谐波电流、电压正序分量的有效值;为第h次谐波电流、电压负序分量的有效值;Φ1,h、φ1,h为第h次谐波电流、电压正序分量的相位角;Φ2,h、φ2,h为第h次谐波电流、电压负序分量的相位角。
把式(1)(5)(6)代入式(3),可得[10]:
从式(7)和式(8)可以得到各次谐波在α-β坐标系下的物理意义,下面进行分析。
当三相系统含有h次正、负序电压和电流谐波分量时,经过坐标转换后在α-β坐标系下为一系列旋转矢量,其中第h次正序电压和电流谐波分量所产生的旋转矢量的角速度为hω;第h次负序电压和电流谐波分量所产生的旋转矢量的角速度为-hω。各次谐波分量在α-β坐标系下与在abc坐标系下的关系如图1所示[11]。
如果想得到m次电流正序谐波分量,可以对式(7)左右两边都乘上e-jmωt,就可以得到如下表达式:
其中,直流分量为
交流分量为
显然,通过低通滤波器就可以把其中的直流分量分离出来,得到该矢量的模和相角,由此就可以得到m次电流正序谐波分量的幅值和相角。文中,使用平均值滤波器进行滤波。
对于无功补偿设备,需要的参数为原系统中的正序电压、电流基波分量和负序电流基波分量。根据上述算法,对式(7)左右两边乘上e-jωt(ejωt),对式(8)左右两边乘上e-jωt,在通过平均值滤波器后,即可分离出正序电压、电流基波分量和负序电流基波分量对应的直流量,分别为:Ud1,Uq1,Id1,Iq1,Id2,Iq2。它ffl的表法成为
通过式(12)可以很容易得出基波正序电压的幅值和相角、基波正序电流的幅值和相角、基波负序电流的幅值和相角。
2补偿导纳的计算
如文献[12]所述,根据叠加定理,静止无功补偿器可以看作是由2个部分组成的:一部分三相电纳是平衡的,在正序对称电压下仅产生正序电流,用来提供负荷所需的无功电流或维持电压,称作正序补偿器;另一部分三相电纳不平衡,在正序对称电压下仅产生负序电流,用来抵消不平衡负荷引起的负序电流,称作负序补偿器。二者所要提供的电纳之和即为静止无功补偿器所要补偿的电纳。
基于上述思想,下面列出在α-β坐标系下2种补偿器电纳的计算方法。
2.1 正序补偿电纳的计算
设Q1为基波正序电压、电流产生的无功,换言之Q1就是提高正序功率因数所需的无功值。Q1可以通过下式得到:
由此,就可以得到为了把功率因数提高到1而需要补偿器提供的电纳值:
2.2 负序补偿电纳的计算
负序补偿器电纳起到了平衡三相系统的作用。文献[13]中给出了在三相系统中负序补偿器电纳的计算表达式:
P2和Q2没有物理意义,只是该文献的作者用来简化表达式的。
式(14)和式(16)相加,就可以得到无功功率补偿器所要提供的电纳:
再通过式(18),就可以得到晶闸管的导通角,由此正确地触发晶闸管。
3 SVC的总体策略
SVC的控制可以分为3种。第1种是开环控制,这种控制方法只检测负载电流,然后根据负载电流算出系统的无功和负序电流,从而算出晶闸管的触发角,其优点是控制简单可靠、响应速度快,缺点是补偿精度不高,容易受环境、温度、器件老化等因素的影响。第2种是闭环控制,这种方法检测的是电源电流,通过PI控制器或其他类型的控制器进行反馈控制,其优点是补偿精度高,缺点是控制复杂,响应速度比开环控制慢。第3种是把开环控制和闭环控制结合起来,这种方法的效果最理想,同时兼有开环控制和闭环控制的优点,缺点是控制比较复杂。这里选用第3种控制方式,同时在闭环控制中,采用了模糊-PI双模控制策略。
检测系统的负载电流iLa、iLb、iLc,电源电流iSa、iSb、iS,电源电压ua、ub、uc。系统的控制框图如图2所示。
4 模糊-PI双模控制器设计
在SVC的闭环控制算法中,采用传统的PI控制算法可以得到满意的稳态控制精度,但在动态过程中的快速性和平稳性的矛盾不易解决。另外,由于SVC的非线性特性,加之SVC工作时环境和负荷的变化,控制系统的参数必然会发生波动,显然采用固定的PI参数去适应SVC控制系统的全过程,其控制性能必然会受到影响。为了改善SVC的动态性能,文中将传统PI和模糊控制相结合,利用模糊推理的策略,根据不同的偏差、偏差变化率对PI的参数KP、K1进行在线自调整,使PI控制的动态性能更加优越。模糊-PI双模控制系统的结构如图3所示。
图3中,模糊控制器的输入为误差e和误差的变化率ec,输出为PI控制器的2个参量。为了便于实现,将此模糊控制器分解为2个常规的二维模糊控制器。采用单输出量的模糊控制器的方法进行设计。
输入语言变量为E和Ec,其模糊集为{NB,NS,Z,PS,PB},论域为[-0.06,0.06];输出语言变量分别为KP和KI,其模糊集为{Z,PS,PM,PB,PVB},论域为[0,0.04]。由于三角形隶属度函数具有快速性的特点,所以各模糊量均采用三角形隶属度函数。
模糊规则的选择是模糊控制器的核心,根据多次仿真的实验数据总结出如下的控制规则:
a.在过程值与目标值差异较大时,采用较大的KP值和较小的KI值,以提高响应速度,避免产生较大的超调和长时间的波动;
b.在过程值与目标值差异较小或在控制要求范围之内时,要通过设定较小的KP值和较大的KI值来减小系统的静态误差,提高控制精度。
5 SVC的控制系统补偿仿真结果
利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,对上述理论算法进行仿真验证。
电源相电压为800 V,频率为50 Hz,三相不平衡负荷为。在仿真中设置5次和7次滤波器(滤波器由固定电容串联限流电感组成),控制器采用文中所述算法。在0.06 s时刻投入SVC,观察线电流波形以及系统的功率因数和负序电流的变化情况。仿真结果见图4,在图4(a)中,可以看出在SVC投入之前,三相线电流严重不平衡,当投入SVC之后,经过短暂的振荡期后,三相线电流对称且无畸变;在图4(b)中,负序电流在SVC投入之前幅值很大(开始一段时间的振荡是由于测量延迟造成的),SVC投入之后,经过短暂的振荡后,负序电流幅值迅速减小到近似为0;在图4(c)中,功率因数在SVC投入之前小于0.9,SVC投入之后,功率因数快速上升至接近于1。由此可见,本文所述算法是正确的。
6 结论
电容器无功功率补偿的应用 第5篇
关键词：电容器 无功功率 补偿
0 引言
连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。
1 电力电容器的补偿功能
经电业部门调查，农网和城网输送功率潮流的功率因数大都在0.65-0.8左右，企业内部的配电网潮流的功率因数在0.65-0.7左右。低压用电设备由于动力设备实际作功比额定功率小及家用电器的作功特性，所以其自然功率因数大都偏低。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。供电系统除供给有功功率外，还供给大量无功功率，以至发电设备输送电能至配电设备不能有效利用。
当功率因数偏低时，将造成下列不良影响：降低了发电设备的有功功率及发电设备效率，提高了发电成本。电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。将它连接到需要无功的补偿装置或设备上，变压器和输出线的负荷降低，从而输出有功能力增加。降低了输变配电设备的供电能力。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。使电网损耗增加(电网线路中的电能损失与功率因数值的平方成反比)功率因数愈低，线路中的电压损失也愈大，使用电设备的运行条件恶化。由此可见，提高功率因数对整个电力系统的经济运行有着重大意义，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。
2 自愈式低压并联电力电容器的结构特点
多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。
近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。
2.1 压差防爆装置 当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。线路电压损失与线路电流成正比，提高功率因数减少线路无功电流，也就减少了线路电量损失，对于波动大和冲击性负荷无功动补装置做自动跟踪投切可以显著抑制电压闪变，对于谐波源负荷，选用抗谐波动态装置，可使公用母线电压正弦波形崎变率达到国家标准；对于不平衡负荷选用分相补偿的动补装置，则可使负序电压改善到达到电网负序电压国家标准。
2.2 安全膜 把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行，而整个元件容量下降甚微。
2.3 温度电流型保险 电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。
金属化膜是电容器生产的关键原材料。目前一般生产自愈式低压并联电力电容器使用Al金属化聚丙烯膜、Zn-Al（或Ag-Zn）聚丙烯金属化膜。
3 铝金属化膜和锌铝金属化膜的区别
在镀膜技术中，因铝膜生产成本低，对环境的适应性强，常温常湿自然条件下，可以存放较长时间而保持导电性不变，自愈性能较好，便于保管和操作，因而得到广泛应用。
金属化电容器最突出的一个特点是具有良好的自愈性，就是说当其介质的电弱处被击穿后，由于短路产生的高能量使击穿附近的金属镀层迅速逸散形成空白区，重新恢复绝缘。这一特性要求金属化膜具有较薄的镀层。但在金属化的电容器中，金属镀层是作为极板使用的，从金属导电原理出发，又要求金属镀层越厚越好，这样电容器才能承受大电流的冲击。其喷金材料只能是Al、Zn或其合金，不同种类的金属在电场的作用下，接触面的电化学腐蚀是存在的，加上镀层，喷金面接触不良，造成耐电流冲击能力差。同时铝膜电容器在运行中由于热电效应，镀层极易腐蚀脱落，导致容量下降，损耗增大、发热等。
蒸镀采用边缘加厚技术，极板部分方阻比较大，喷金接触部分方阻小，这就解决了自愈性和抗大电流冲击的矛盾。而喷金材料采用和极板相同的Zn，不存在电化学腐蚀现象。真空镀膜的损伤程度也小。因而Zn-Al金属化膜电容器的性能稳定，具有容量下降率小，耐冲击能力强，使用寿命长等特性。但是Zn-Al膜允许在空气中暴露的时间短，镀层容易氧化，工艺要求比较严格，处理不当，会在电热的作用下，损耗增大，影响其使用寿命。
4 电容器的质量
合格的自愈式低压并联电力电容器应当符合GB12747-91标准，出厂前对电容器元件都经过检验、筛选，合格的元件才允许组装电容器。整台电容器的容量、损耗、耐压和绝缘等主要指标都经过测试，外观经过检查合格后才允许出厂。
5 使用注意事项
无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。值得一提的是，一般用户往往忽视使用说明书，使用注意事项安装时要仔细领会、照办。大家知道，电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。无功补偿装置安装后，试运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、振荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常必要的。
6 推广应用
无功功率自动补偿的先进性和实用性，通过实践证明，该装置能频繁快速投切、消除无功反送、提高配电设备的利用率、大幅度改善用户的功率因数、节省用户的扩容投资和电费的支出、显著改善配电质量，达到高效节能的效果；符合国家的节能政策，创造良好的社会效益和经济效益。
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电网电压稳定与无功功率补偿的研究 第6篇
关键词：电压稳定,电压崩溃,无功补偿,静止无功补偿器,静止无功发生器
0 引言
电力系统电压稳定是指系统在受到扰动后,在系统特性和负荷特性共同作用下,维持负荷点电压运行在平衡点附近的能力。研究表明:电压及其稳定与无功功率是密不可分的。一般地,对应于有功功率恒定时的电压(无功功率特性),d Qr/d V=0就是系统电压稳定临界点或电压失稳点,当d Qr/d V<0时,系统电压稳定。电压崩溃是电力系统负荷点电压失去稳定后急剧下降的结果或过程,电压崩溃是指系统在某个全局性的(如故障、失去较大电源)或局部的扰动作用下,出现系统电压在短时间内持续、不可逆转的下降,最终导致大面积停电,系统稳定性破坏。电压崩溃可以是全局的,也可以是局部的,系统电压失稳后可能导致电压崩溃,但电压崩溃不是电压失稳的唯一终极结果,电压失稳后是否发生电压崩溃,关键取决于负荷的电压特性。
随着大容量电动机和其它感性负载的使用,电力系统的无功功率的研究呈现三个新特点:(1)无功功率需求量有较大的增加;(2)无功功率的波动较大;(3)无功问题常常伴随谐波问题出现。无功功率的缺乏不仅会引起电压下降,而且还会影响到电压稳定,甚至会引起电压崩溃,国际与国内出现的几次大面积停电事故,要么是无功问题直接引起电压崩溃,要么是在停电中伴随着电压崩溃问题。说明现在电力系统中的电压与无功问题变得愈来愈严重与复杂,有必要对其进行关联分析与研究。
1 电压稳定研究及其机理
电压稳定性研究按采用的模型可划分为两大类别,一类是基于潮流方程的静态研究,另一类是基于微分方程的动态研究。电力系统本质上是一个动态的过程,系统中所有的动态元件都对电压稳定有着重要影响。电压稳定的研究一般通过电压失稳不同的表现形式进行分析:
(1)静态电压稳定问题,负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓慢下降。在到达电力系统承受负荷增加能力的临界值或接近临界值时,任何使系统状态越出临界值的扰动,如负荷的继续增加、系统故障或系统运行的正常操作都将使负荷母线电压发生不可逆转的突然下降,这种特点的电压稳定丧失是不易被运行人员觉察的。
(2)动态电压稳定问题,电力系统发生故障后,为保证其功角暂态稳定及维持系统频率,除了进行网络操作外,也可进行自动切机切负荷等操作,由于系统结构变得脆弱或全系统电源支持负荷的能力变脆弱,缓慢的负荷恢复过程可能导致电压失稳。
(3)暂态电压稳定问题,在电力系统发生故障或其他类型的大扰动后,在伴随系统处理事故的过程中,发电机之间相对摇摆且某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降,而此时发电机之间的相对摇摆可能并未超出使电力系统功角失稳的程度。
自从电压稳定问题受到重视以来,电压崩溃现象的机理探讨一直很活跃,提出了各种各样的解释。目前对电压崩溃机理的认识仍存在着巨大的差异,现阶段对于电压崩溃现象的物理解释主要有P-U曲线解释、无功功率平衡解释、有载调压开关OLTC负调压作用解释和同步电机解释等。
无功功率解释表明:在电力系统中电压水平的高低主要受无功功率的影响。把电压崩溃与某种形式的无功功率的不平衡联系起来,这类观点的典型代表便是传统的dΔQ/d U判据,这是一种经典的直观物理解释。
在dΔQ/dU中,ΔQ=QG-QL,该判据的意义是:当电力系统某一负荷节点无功功率不平衡量对该节点电压的导数小于0时,该节点是电压稳定的;大于0时则是电压不稳定的;等于0的状态对应于静态电压稳定临界点。
设讨论的为某一系统中的一个负荷节点,如图1所示,给出了向这点供电的电源的无功功率静态电压特性曲线QG和负荷的无功功率静态电压特性曲线QL。
正常运行时,该节点输入、输出的无功功率必须平衡,即必须运行于QG和QL的交点。但是这样的交点有两个,系统在这两点是否都能稳定可行可以用小干扰法来加以分析。
1)在点1运行时,如果一个微小的扰动使该节点的电压略微下降,则负荷需要的无功功率将改变到与1″对应的值,电源供应的无功功率将改变到与1′对应的值,该节点无功功率将有过剩,电源向该节点输送的无功功率将减少,网络中的电压降落也将相应减少,该节点电压又恢复到初始值。当系统中出现微小的扰动使该节点电压上升一个微量ΔU>0时,则该节点无功功率将有缺额,迫使电源多送无功功率,网络中的电压损耗也相应增大,导致该节点电压下降而恢复到原始值。所以,在点1运行时电压是静态稳定的。
2)在点2运行时的情况不同,用相似的方法可以得出点2电压不稳定的结论。
在点1运行时电压处于较高水平而dΔQ/d U<0;在点2运行时电压处于较低水平而dΔQ/d U>0,所以合乎逻辑的结论便是上面介绍的dΔQ/d U判据。
2 改善电压稳定性的方法与措施
目前普遍认为,加强无功备用,提高紧急状态下的无功应变能力,防止无功功率的远距离传输,紧急切负荷,闭锁甚至反调OLTC是预防电压不稳与电压崩溃的有效措施。下面列出的是改善无功功率分布的主要方法。
2.1 保持各区域的无功功率供需平衡
扩大发电机的相位滞后和相位超前的容量,使电源的接入能够加强电网结构而不是削弱。充分考虑发电机组的作用,即在系统出现电压严重下降的情况下,保持尽可能多的发电机组运行极为重要。发电机和励磁机的过负荷能力可以延缓电压崩溃的时间,装设足够的无功补偿设备同样是保持各区域的无功功率供需平衡的直接有效措施。
2.2 改善输电系统的电压和无功功率特性
采用多回路的输电线路和环形系统,提高输电系统电压等级,加强受端电网的电源支撑。在受端接入调相机和其它无功补偿装置,形成潮流减少的趋势,改善受端的电压、潮流特性,提高受端电压恒定的能力。
1)串联电容器:使用串联电容器可有效地减少线路电抗,从而降低净无功网损。基于这一措施,线路可以从其一端的强系统向其另一端的无功短缺的系统传送更多的无功功率。
2)并联电容器:虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳定问题的原因之一,但是有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题,因为此时可以在发电机中预留出“旋转无功储备”。通常,所要求的无功功率大多是就地提供的,而发电机主要提供有功功率。
3)静止无功补偿器SVC与静止无功发生器SVG:SVC、SVG等动态无功补偿装置可解决动态情况下的无功快速跟踪补偿问题,并且与同步补偿机等配合使用对控制电压和防止电压崩溃也是有效的。但必须认识到动态无功补偿装置有很确定的极限,当一个超过了规划准则的扰动使其达到极限值时,系统中的电压崩溃会与其有很大的关系。
2.3 在较高电压下运行与低电压甩负荷
在较高电压下运行可减少系统的无功需求,因为它使发电机运行在远离无功极限的地方,因此,帮助运行人员预留了对电压的控制。
低电压甩负荷可以减少一定的负荷,进而避免电压崩溃。在辐射状负荷的场合下,甩负荷应该基于一次侧电压。在静态稳定中,甩掉受端系统中的负荷将是最有效的。
另外,采用低功率因数发电机也是一种有效的技术措施。在无功短缺地区或靠近偶尔需要大的无功储备地区时,采用功率因数为0.85或0.8的发电机,进一步采用具有无功过负荷能力的高功率因数发电机加并联电容器组,可能更灵活、更经济。
3 无功补偿与谐波抑制
电网中广泛使用的无功补偿方式是固定电容器补偿,但是现在由于负荷的构成发生了变化,传统的补偿方式已不能适应电力系统的要求,而基于电力电子元器件构成的SVC、SVG等柔性输配电设备则能很好地对无功功率进行动态补偿,进而稳定电压水平和抑制高次谐波。
3.1 静止无功补偿器
SVC装置[1]是一种快速调节无功功率的装置,它可使所需无功功率作随机调整,从而保持在冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。它可有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波,提高功率因数,还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡,使负荷处于稳定、安全、可靠的运行状态。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成,主要有四种类型,即可控硅阀控制空芯电抗器型(TCR型)、可控硅开关控制电容器型(TSC型)、自饱和电抗器型(SR型)和可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型),其中TCR型具有反应时间快(5~20 ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节,能平衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制,有较好的抑制不对称负荷的能力,因而其应用最广,使用例子最多。其基本的无功平衡原理如下。
TCR型补偿装置典型结构图如图2所示,在实际应用中,一般由TCR和若干组不可控电容器FC(滤波器)并联而成。通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角,既可以向系统输送感性无功电流,又可以向系统输送容性无功电流。
由于TCR的基波等效电纳为:
式中:α晶闸管触发延迟角;L电抗器电感;ω系统基波角频率。
因TCR与FC并联,则整个SVC的等效电纳为:
从式(2)可以看出,SVC的等效电纳也是晶闸管触发延迟角α的连续函数,通过改变晶闸管的触发延迟角,就可以连续改变SVC的等效电纳。
TCR型和TSC型补偿器都能有效的补偿系统中的无功电流,但各有自己的缺点,TCR型补偿器容易产生谐波,而TSC型补偿器对于冲击性负荷引起的电压闪变不能进行很好的抑制。二者的缺点正是对方的优点,所以TCR+TSC型补偿器应运而生。由TCR提供可调的感性无功功率,FC提供容性无功功率,同时作为5、7次谐波的滤波器,当FC提供的容性无功功率不足时,TSC投入运行。
所有形式的SVC都属于并联无功补偿装置,补偿原理都是通过控制晶闸管的触发角,改变接入电网中的等效电纳,而达到调节输出无功目的。但这些SVC设备之所以能产生感性无功功率,依靠的是其中的电容器,这就导致SVC与静电电容器补偿装置有着同样不可弥补的障碍,即当电压水平过于低下,急需无功补偿时,补偿器的输出反而会减少。
3.2 静止无功发生器
由于电力电子技术的飞速发展,使用大功率可关断晶闸管(GTO)器件代替普通的晶闸管构成的无功补偿器已开始进入实用阶段。这种装置称为静止无功发生器(Static Var Generator,简称SVG)。SVG可以分为电压型和电流型两种类型,直流侧分别采用电容和电感作为储能元件。实际上,由于运行效率的原因,迄今投入实用的SVG大都采用电压型桥式电路,如图3所示,其结构简单、能量损耗小、成本低且易于控制,因此,SVG往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿装置。
SVG的基本原理[2]就是将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联到电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或直接控制其交流侧就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。典型的电压型SVG的工作原理:以二极管构成的整流桥从交流系统吸取少量有功功率,对直流电容C充电,保持电压稳定。控制器根据电网无功变化情况,通过6个全控型开关器件构成的三相逆变器向系统输入感性或容性无功。SVG向系统注入的无功功率可表示为:
式中:VS系统电压;RS逆变桥的等效电阻;δSVG输出电压与VS的夹角。
由式(3)可知,通过调节δ的大小,就可以控制SVG注入系统的无功功率。由于RS很小,所以调节范围非常大。如果多台SVG并联移相输出,则既可加大补偿容量,又能抑制装置本身的谐波电流。
3.3 SVG与SVC的比较
与SVC相比,SVG还具有一些突出优势:
(1)谐波量小:在多种型式的SVC装置中,SVC本身产生一定量的谐波,如TCR型的5、7次特征次谐波量比较大,占基波值的5%~8%,给SVC系统的滤波器设计带来困难。而在SVG中则完全可以采用桥式交流电路的多重化技术、多电平技术或PWM技术来进行处理,以消除次数较低的谐波。
(2)连接电抗小:SVG接入电网的连接电抗,其作用是滤除电流中可能存在的较高次谐波,另外起到将变流器和电网这两个交流电压源连接起来的作用,因此所需的电感值并不大,也远小于补偿容量相同的TCR等SVC装置所需的电感量。此外,对于那些以输电补偿为目的的SVG来讲,如果直流侧采用较大的储能电容,则SVG还可以在必要时短时间内向电网提供一定数量的有功功率,这对于电力网来说是非常有益的,这是SVC装置所不能比拟的。
(3)可控性能好、调节速度更快:其电压幅值和相位的快速调节典型值为几个毫秒。它的端电压对外部系统的运行条件和结构变化不敏感。因此,SVG不仅可以得到较好的静态稳定性能,而且可得到较好的大干扰故障下的暂态稳定性能。
4 结语
电压崩溃的物理实质是系统已不能维持其送达负荷的功率与负荷所要求吸收的功率之间的平衡,即系统根本丧失了平衡点。电压稳定及电压崩溃与无功功率的平衡是密不可分的,所以分析电压稳定和无功功率的补偿有实际意义。通过分析可知,电压和无功功率呈现了无功功率需求量大、变化剧烈和常伴随谐波等特点,与此相关的电压新问题是电压稳定和电压崩溃问题。应用SVC可以平滑地改变输出的无功功率,起到灵活调节无功功率的大小或极性的作用,故能很好地对无功功率进行动态补偿。SVC运行维护简单,在预防因无功功率短缺而造成的电压快速崩溃方面,具有较强的可操作性。
但是SVG与SVC相比优点为:响应速度快,吸收无功连续,产生的高次谐波量小,调节范围广,损耗与噪音小[3],使无功补偿技术未来发展的方向主要以电力电子及其逆变技术为核心开发出的性能更为优越的新型装置,进而更好地控制无功功率的分布,提高电网电压稳定水平,有效避免电压崩溃。
参考文献
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基于瞬时无功功率理论的APF研究 第7篇
电力电子装置是人类现代化生活中不可或缺的设备。电子开关设备为日常生活带来方便的同时, 也在电网中引入了谐波源, 造成了电网的污染。传统的LC调谐滤波器是滤除谐波的主要手段, 但其补偿特性受电网阻抗和运行状态影响, 也和系统发生并联谐振, 导致谐波放大。此外, 传统的平均无功功率补偿法具有滞后大和运算复杂等缺点。有源电力滤波 (APF) 采用的瞬时无功功率补偿法巧妙的避开了传统算法的劣势, 不仅实时性好而且减小了运算量, 且可操作性强[1]。本文系统的介绍了有源电力滤波的方法。
1 系统工作原理
有源电力滤波, 即通过测量分析获得电网中产生的谐波电流, 以此作为指令信号, 通过电子开关装置产生一个与谐波电流相同的信号来补偿电网, 从而消除电网中的谐波电流, 最终形成一个闭环补偿系统, 使得电网电流稳定输出。如图1所示。
图1为APF的结构框图, 图中Us和Is分别为电网电源和电网电流, IL和IC分别为负载电流和APF补偿电流。从图中可以看出APF主要由控制器、直流储能电容、三相逆变桥以及连接电抗器四部分组成。首先系统控制器通过测量负载电流获得谐波电流信号, 直流储能电容作为系统的能源装置, 三相逆变桥由开关器件组成, 系统控制器就是通过控制三相逆变桥的开关器件以及连接电抗器的共同作用产生补偿电流, 补偿电流汇入电网, 提供给负载, 从而达到谐波抑制的效果[6,7,8]。
2 控制器工作原理
2.1 控制器谐波检测算法
谐波电流的检测是系统工作的前提调节, 其检测方法多种多样, 有包括基于傅里叶变化的检测方法、基于小波变换的检测方法、基于卡尔曼滤波器的检测方法在内的频域谐波检测方法;有以模拟滤波器、理想谐波消除法、同步检测法等为代表的时域谐波检测技术;还有基于DQ轴傅里叶分析检测的方法、基于神经网络的检测方法以及基于自适应干扰消除技术的检测方法等其他检测方法[2,3,7,8,9,10,11]。
基于瞬时无功功率理论的检测方法在有源电力滤波器发展过程中具有里程碑意义, 它使APF能够在实际中得以实现。传统的傅里叶变换检测方法需要一个周期的信号, 实时性差;并且经过两次傅里叶变换, 计算量大。瞬时无功功率理论使谐波及无功的实时检测成为可能, 检测无功电流可以实现无延时;检测谐波电流由于低通滤波器的存在会存在一定时间延时, 一般为1/6个周期, 实时性很好。基波有功电流可通过图2所示矢量关系求得。
图2为电压和电流在d-q轴坐标系下的投影。图中u为基波正序电压矢量, i为基波正序电流矢量。ud为u在d轴上的投影, uq为u在q轴上的投影, 同理id为i在d轴上的投影, iq为i在q轴上的投影。ip为i在u上的投影, 表示电流的有功分量。ipd为ip在d轴上的分量, 表示i在d轴的有功分量, 同理ipd为ip在q轴上的分量, 表示i在q轴的有功分量。利用公式 (1) , 对i在d轴和q轴的有功分量进行d-q反变换, 从而得到i在a、b、c相的有功电流分量, 分别为iya、iyb、iyc。
利用公式 (2) , 对电网三相输入电流ia、ib、ic与负载三相有功电流分量做差, 即可得到三相补偿电流的参考指令i*ea、i*eb、i*ec。
图3所示为控制器基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测原理框图。图中ua、ub、uc为电网的三相输入电压, ūd和ūq为ud、uq的直流分量, 为id、iq的直流分量;ω是电网基波角频率;Vdc为直流储能电容电压;V*dc是直流储能电容的参考电压。
锁相环锁住电网电压相角, 三相输入电流和电压首先通过abc/dq变换到d-q坐标系下, id、iq和ud、uq通过低通滤波器LPF变为其直流分量iˉd、iˉq和uˉd、uˉq, 在d-q坐标系下得到电流在电压方向的投影, 得到有功电流ip。有功电流经过dq/abc变换, 变换为三相电流iya、iyb、iyc, 与输入电流ia、ib、ic做差, 即可得到谐波指令电流。
2.2 直流电容稳压策略研究
直流储能电容是APF重要的元件之一, 直流储能电容用于为APF直流侧提供电压支撑, 直流电容稳压是APF的关键技术之一。由于直流电容电压与APF和电网间有功功率交换有关, 即当APF向电网发出有功功率时, 电容电压降低;当APF从电网吸收有功功率时, 电容电压升高。所以为保证电容电压稳定, 可将电容电压误差信号叠加到指令信号有功轴。如图3所示, 将电容电压Vdc与指令信号做差后经过PI调节器加到控制信号有功轴, 用以调节电容电压, 保证直流电压稳定[7]。
2.3 控制策略研究
三角载波比较控制方法是一种常用方法, 控制算法如图4所示。图中, ic*为指令电流, ic为实际电流, 将ic*与ic作差即得到误差电流Δic, 然后通过PI调节, 再与三角载波进行比较, 再加入限流环节, 即可得到PWM信号, 从而来控制三相逆变器开关器件的开关频率和占空比。这种闭环结构, 可以使得电流误差最小, 从而达到电流最大程度跟踪指令电流的目的。由于固定的三角波频率, 使开关管有固定的开关频率, 输出滤波电路易于设计、实现[3,4]。
3 系统仿真分析
目前, 电力系统仿真软件的主流是EMTDC/PSCAD, 可以通过此仿真环节建立基于瞬时无功功率理论的谐波检测的APF模型, 通过输入表格1中的仿真参数得到了如图5、图6所示的仿真波形。其中图5为基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法得到的谐波电流, 图6为APF输出的补偿电流。通过对比两图发现, 此种方法快速性高、滞后性小、且计算准确, 满足谐波补偿的需求。
4 实验验证
根据表格1的仿真条件实际搭建了基于TMS320F28335的APF样机, 其中控制器谐波电流检测方法正是采用了基于瞬时无功功率理论[5], 谐波电流采样频率10 k Hz。实验结果如图7、8所示。
从图8中可以看出, 利用APF补偿后的电网电流谐波含量很小, 证明基于瞬时无功功率补偿理论的有源电力滤波器具有快速性好和准确度高的优点[12]。
5 结论
通过仿真模型和实验验证的方法, 得出结果满足预期要求。因此基于瞬时无功功率理论的APF不仅具有很好的操作性, 而且滞后小、准确度高。
此方法有效的解决了电网污染问题, 从而剔除了电子开关器件在日常生活普及中的障碍, 可以进行广泛推广。
参考文献
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无功功率算法研究 第8篇
1 配电系统中谐波与无功功率概述
对配电系统中的水泵异步电机和荧光灯与支撑计算机系统运行等负载进行分析可知, 其必须消耗系统产生的无功功率方能实现正常工作。但变频器、整流器等电力电子装置通常采用的是相控方式工作的, 这种控制方式使得此类设备的交流侧电压常滞后于系统运行电压, 其不仅会消耗大量的无功功率, 而且在运行的同时还会产生谐波电流, 从而影响电力系统的正常运行。给出有功功率P、无功功率Q和视在功率S三者的关系式:
其中, P为系统瞬时功率在单位周波中积分得平均值, 即系统交流平均功率, S为各类电器设备的最大可利用容量, 具体来说就是电压U和电流I的有效值乘积, 分别由设备的绝缘性和导线横截面积决定;Q表示具备储能性质的电气元件功率交换的幅度, 通常单相电路功率互换大都发生在储能设备和电源中, 而三相电路功率互换则以在具有储能性质的三相设备中的往复流动为主, 需要说明的是任意时刻内, 三相无功功率的和恒定为零。
2 无功功率和谐波对电力系统的影响
2.1 无功功率对电力系统的影响
(1) 无功功率的加将会使得供电设备的视在功率S增加, 同时, 也会引发启动设备、控制设备和仪表等测量设备的尺寸与规格扩增;
(2) 无功功率的增加必将使得电力系统设备与线路损耗更加严重, 缩短电气设备寿命;
(3) 无功功率增加将会引发变压器与线路压降的扩大, 从而使电网电压产生剧烈波动, 影响电力系统的稳定性。
2.2 谐波的主要危害
(1) 变频器和整流器等所产生的谐波将引起电气设备附加谐波的损耗, 同时, 使得供配电设备的工作效率下降;
(2) 谐波对各类电气设备的影响也较为严重, 例如, 引起系统的过电流和过电压, 从而增加变压器的负担, 引发电缆过热和绝缘装置老化;
(3) 谐波的另一危害体现在对公用电网的影响上, 由于电网中的电流大都是以正弦的形式存在的, 而谐波的产生会导致非正弦电流电路的功率因数增加, 从而在电场中产生非正弦电流, 导致公用电网的局部谐波被进一步放大, 甚至将会导致串、并联谐振, 增加电力设备的安全风险。
3 电子电力技术的应用现状
由于电子电力技术在无功功率补偿和谐波抑制方面具有较为鲜明的作用, 故对电子电力技术的应用情况进行了解是极为必要的。
3.1 高压直流输电技术——HVDC
此项技术对容量较大且距离较远的电力传输工作而言具有较强的优越性。由于在输电过程中, 基于HVDC技术输电时产生的电能损耗要远低于以传统交流输电技术为主所产生的电能损耗, 且HVDC在支持电力传输时所需的传输线缆更少, 在减少占地的同时, 也省去了传统交直流输电转化所需的特殊设备, 故而在远距离传输时具备良好的经济性。现阶段, 全球HVDC工程拥有50 余个, 技术支持的总设备容量达到了3.6×104MW, 考虑到我国的地域辽阔且能源分布不均等情况, 加大对HCDC技术的研发和投入力度极为必要。
3.2 静止无功补偿器——SVC
将以晶闸管为基础元件的固态开关取代原有的机械开关, 通过对抗电器与电容器进行控制, 从而实现快速且频繁地对输电系统导纳功能进行改变的目的。通常, SVC由固定或可变电容器支路同系统中的可控支路并联组成, 分为TCR、TCT以及TSC和SSR四种类型, 其中, TCR型SVC的反应速度最快, 可达5-20ms, 且不仅运行可靠, 而且在分相调节和价格与使用范围方面也具有较大的优势。目前, 全球已拥有220 余套配置SVC的输配电系统, 总容量已达到3.5×104var, 随着SVR优势的进一步普及, 其在输配电领域和工业用电方面必将得到全面的发展和推广。
4 无功功率补偿与谐波抑制现状
电力系统中的无功功率补偿方法主要包括了同步发电机、调相机、电动机的引用补偿和并联电容器与SVC补偿, 由于多数工程供电系统中, 阻感性负载占据绝大部分, 使得总等效负载呈现感性, 故而可采用并联电容器的方式对无功功率进行补偿, 从而提高功率因数。根据电容器在系统中安装位置的差异, 其并联补偿方式主要包括以下几种:
(1) 将电容器组集中安置在电源母线上, 从整体上提高变电装置的功率因数, 降低馈出线路的无功损耗。
(2) 分区补偿。在功率因数较低区域的母线上分别装置电容器组, 以此来增强无功功率补偿的效果, 但缺点是同集中补偿相比, 分区补偿的范围有所减小。
(3) 就地补偿。对异步电动机等感性设备进行功率补偿时, 将电容器组安置在负载设备周边进行无功补偿, 在提高用电设备在供电回路功率因数的同时, 改善用电设备的电压质量。
供电系统谐波抑制的方式主要有两种, 一种是利用无缘LC滤波器或是有源电力滤波器对系统运行过程中所产生的谐波进行过滤;另一种是对谐波源进行改造, 例如将变流器的相数提高或更换具有较高功率因数的整流器等。其中, LC无源滤波器抑制谐波的方法较为常见, 采用电力电容器以及电抗器电阻对具备某一特征的次谐波进行抑制, 在次谐波频率下滤波器的逐鹿进行串联谐振, 同时, 写成具有较低阻抗的通路, 从而使次谐波电流尽可能少地流入到电网当中, 最大限度地降低谐波对电网的影响。
5 结论
本文通过对配电系统中的谐波和无功功率产生的原因进行分析, 在结合无功功率以及谐波对电力系统影响的基础上, 从电子电力技术应用现状的角度出发, 提出了无功功率补偿和谐波抑制的相关方法。可见, 未来加强对电子电力技术以及无功功率补偿与谐波抑制方法的研究和应用力度, 对于促进电力产业的健康、稳定发展具有重要的现实意义。
摘要：为了进一步提高电力系统的稳定性, 确保电力输送的高效性, 本文通过对配电系统中谐波和无功功率进行简要分析, 在结合无功功率与谐波对电力系统影响的基础上, 对电子电力技术以及无功功率补偿和谐波抑制的现状展开了详细的论述和分析, 从而指出有源与无源滤波器可通过结合的方式对谐波进行抑制, 从而提高电力系统的可靠性。
关键词：电力电子技术,谐波抑制,无功功率
参考文献
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无功功率算法研究 第9篇
目前, 许多设备动力的来源均是利用电机把电能转换成机械能, 进而提升设备的生产力。电动机在400V的电网中进行工作时, 其绕组因受到交流电的影响而表现为相应的电感性, 并产生一定的磁场, 而且此部份电感可以对电能进行释放、储存, 但其并不会使电能消耗掉, 因而就将其称作感性无功功率。伴随工业的不断发展, 电子产品的大量使用, 致使电网中谐波含量也逐渐增多。谐波含量较多时, 若只单纯的利用电容回路对无功功率进行补偿, 则会使电容回路因过电压、过电流而发生故障。
2 分析谐波污染下的400v网络无功功率补偿回路的设计
2.1 补偿回路的类型选择
对电容的补偿回路进行设计时, 主要是通过设计人员对低压配电的系统进行配套设计过程中, 想要了解高压电网的谐波情况、建成之后具体电源波形能否可以实现, 若不考虑到谐波的情况是不行的。在设计时通常可以不用对高压电网的谐波情况进行考虑, 这主要是由于供、配电部份能够有效监测电网的质量。根据当前的实际情况看, 电网谐波的分量非常小, 但这必须排除特殊的情况。进行设计时设施人员必须将低压配电系统自身所产生的谐波考虑进去, 设计过程中应尽可能地采取有效策略来不断降低谐波产生[1]。
如今, 对电容的补偿回路进行分类可以将其划分为三类:一是标准型的补偿回路;该类型的主要是由纯电容所组成的。二是过谐型的补偿回路;也是由纯电容所组成, 但是电容过流能力显著高于标准型。三是失谐型的补偿回路, 往往也称作调谐型;在这个类型中的补偿回路是由相应电抗率电抗器与电容器串联而成, 选择电抗率时通常是根据偏离最低次的谐波频率超过10%进行选取, 进而防止因补偿回路而导致谐波不断放大、电容器出现过载的现象。对补偿回路而言, 其最关键的作用往往是提供相应的无功功率补偿, 其还具有滤波的作用。
对以上这三种类型的补偿回路进行选择时, 可根据谐波产生的分量设备视在功率、变压器视在功率比值K1值对其进行确定。如果K1小于等于10%, 就可选用标准型的补偿回路。若K1大于10%且小于等于20%, 则可选用过谐型;K1大于20%但同时又小于等于60%时, 则选失谐型;若K1超出60%, 就必须考虑将滤波装置安装在低压的配电系统中[2]。
2.2 分析电容补偿回路中无功率补偿的步数及补偿容量设计
设计电容的补偿回时, 首先应参照具体的负荷情况将各个回路电容容量设计出来。由于电容中补偿回路补偿通常是对基波中的无功功率进行补偿, 所以进行设计的过程中可利用查表方式将其求出。但是, 采用失谐型、过谐型的补偿回路时, 想要使电容投切过程中给400V电网造成的影响得以降低, 减少补偿的实际步数, 可以通过1-1-2-2-4-4的方式来补偿感性的无功功率。电抗率K不同, 电容相同, 无功功率补偿的容量也不相同。
2.3 分析失谐型补偿回路的电抗器选择设计
根据谐波存在的实际情况来看, 市面上目前存在3种电抗率电抗:一是5.7%的电抗, 其调谐频率是210HZ, 可以运用在谐波在5次以上且所占的谐波分量比较重的情况中;主要是对5次及以上的谐波进行抑制。二是7%的电抗, 该电抗的调谐频率在190HZ, 应在谐波超过5次但谐波的分量重的情况;同样可有效抑制5次或超过5次的谐波。三是14%的电抗, 其主要的调谐频率是135HZ, 能够将其运用在3次谐波、谐波分量较重的相关情形中, 可对3次及以上谐波产生抑制作用[3]。
2.4 分析电容器选择设计
选择电容器时, 除了需要对电容的容量进行详细的选择之外, 还必须重视电容的过流情况、额定电压。这里主要对失谐型及分过谐型情况展开研究。
(1) 过谐型的补偿回路电容是直接接到电网中, 因而其电容额定电压能够参照电网的电压进行确定。为确保电容工作寿命、补偿回路可靠性、安全性, 对电容的补偿回路进行设计时, 必须选择电容过流能力在1.8倍的额定的工作电流电容器。
(2) 在失谐型的补偿回路中, 应将具有电抗率的相应电抗串联在其中, 并从失量角度进行设计分析, 因而可以判断出将电抗进行串联之后, 电容中的电压就已经不在是电网的电压了, 其转变为:UC=UN+UL, 其中UC表示电容端的电压, UN使电网电压, UL是电抗所形成的压降电压。因电抗率不一样, 所以电容端的电压也不一样, 进行设计时可以根据相关的公式对电容端电压进行确定[4]。
2.5 分析保护熔断及断路器的选择设计
电容回路的熔断器及进线断路的断路器对电容的补偿回路具有的可靠性及安全性具有重要的决定作用。因此, 在进行回路熔断、进线断路的断路器选择的时候, 要根据实际需要进行相关选择, 如果选大了, 电容的补偿回路难以得到有效保护。倘若选小了, 会大大降低电容的补偿回路的适用性及可靠性。由于存在400V电网谐波, 并且电网谐波不是十分明显, 其导致的电容过流难以进行准确的计算, 所以需要相关工作人员充分凭借其经验进行确定, 通常情况下, 过谐型补偿回路进线断路的断路器的过流能力一般选择1.5的倍额定电流;短路电流一般选择10倍的额定电流;回路熔断的过流能力一般选择1.6倍的额定电流。针对失谐型的补偿回路进线断路的断路器过流能力的选择, 则应以电抗率的差异为依据, 选择过流能力不同的断路器, 在电抗率为7%、5.7%的时候, 选择额定电流为1.31倍的断路器为宜, 在电抗率为14%的时候, 选择1.12倍过流能力的断中器为宜。一般情况下, 短路电流可以根据10倍的额定电流进行选择, 回路熔断可以根据1.5倍的额定电流熔断进行选择。
2.6 分析电容补偿回路中投切接触器的设计及选择
选择电容补偿回路中投切接触器时, 应选择为了切换三相电容器所设计的专门的电容接触器, 在此类接触器的设计中存在一个相关的抑制电阻, 且通过该电阻提前介入到电容器中的抑制电阻能够将电容投入过程中形成的最大的电流控制在60倍的额定电流下, 进而对接触器、电容器进行保护。利用限流电阻器对峰值进行切换之后电流就会被切断, 而电容器进行正常工作的过程中工作电流并不会通过这个电阻器。另外, 接触器触点容量必须超过保护熔断的电流1.1倍, 进而才可以使补偿回路可靠性增加。
3 结语
伴随工业不断发展、电子产品大量使用, 致使电网谐波的含量不断增多。因而在谐波的含量较多的情况之下, 只有利用纯电容回路进行无功功率补偿, 并对电容大难补偿回路进行计算, 才可以更好的对电容无功率补偿回路进行设计。因此, 谐波污染比较严重、谐波较明确时, 可针对具体的情况做更进一步的细化设计研究。
摘要：因科学技术的不断提升及电子产品使用的范围越来越广泛, 400V电网中的谐波情况也变得更加严重, 且还给三相电容的补偿回路带来较大的损坏。在该情况下, 对电容的补偿回路进行并联设计时, 就不可以只是参照设计手册简单的进行查表来使其得以实现, 而必须对谐波带来的影响进行充分的考虑, 再经过相应的计算来对电容的补偿回路进行设计。文章主要对谐波污染下400V网络无功功率补偿回路的设计进行研究, 以期为补偿回路设计提供相应的帮助。
关键词：谐波,400V网络,无功功率,补偿回路,设计
参考文献
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三相不平衡及无功综合补偿算法研究 第10篇
三相不平衡度是电力系统的重要指标,超过国家标准时会引起诸多危害:电机附加发热和振动;以负序分量为启动元件的保护误动;变流设备产生附加电流;变压器某相线圈会过热;线路损耗增加等。同时,功率因数也是电力系统需要重点考虑治理的指标。鉴于治理不平衡度和改善功率因数都需投用电容器,因此将两者结合起来进行综合补偿,研制出三相不平衡补偿装置,以有效提高电网的综合指标,并节约投入。
1 三相不平衡度算法
三相不平衡补偿装置动作与否主要依据三相不平衡度来判定。当三相不平衡度ε高于2%时,补偿投入;当低于1.3%时,退出补偿。三相不平衡度定义式为:
式中,I2、I1分别指负序电流、正序电流。其计算式为:
其离散化的瞬时值为:
其有效值为:
将式(6)、式(7)代入式(1)即可得到三相不平衡度。
当负载电流三相不平衡度超过国家规定标准时就将三相不平衡补偿装置投入。
2 无功补偿算法
改善三相不平衡度有以下方法。
(1)将不平衡负荷分散到不同的供电点,以减少集中连接造成的不平衡度超标。
(2)将负荷合理分配到各相,尽可能使其平衡。
(3)将不对称负荷接到更高一级,以使连接点的短路容量Sk尽可能高。
(4)使用平衡化装置。
提高功率因数有自然法和人工补偿法。其中,自然法主要是通过选用合适的设备来降低无功功率;人工补偿法主要是通过投切电容来降低无功功率,也可使用其它方法。
2.1 全电容补偿算法
由于电容体积小,价格相对较低,因此电容补偿成为不平衡补偿及无功补偿的一种常用方法。电容补偿连接图如图1所示。
用表示三角形连接中A、B相间的电容器无功容量,用表示三角形连接中B、C相间的电容器无功容量,用表示三角形连接中C、A相间的电容器无功容量;用表示Y形连接中A相电容器无功容量,用表示Y形连接中B相电容器无功容量,用表示Y形连接中C相电容器无功容量。补偿容量的计算式为:
式中,Qx为调节值。通过调整Qx,可使补偿效果和电容器配置都达到最优。
采用全电容补偿时,需同时不小于零,且F1QxF2。
在[F1,F2]区间内,可寻找到若干个Qx形成若干组方案,但需经优化处理才能得到最佳方案。
补偿后的值为:
其优化方案应使中性线上的零序电流最小,最理想的情况是中性线上的零序电流为零。即优化目标函数H=min,展开后为:
式中,
在若干组电容器补偿方案中,选择一组使得最小的作为最终方案。
2.2 电容电感混合补偿
要想使用全电容进行补偿,则必须满足、、都同时不小于零,且要满足F1QxF2。但是,如果F1≥F2,那么使用全电容补偿是不可能有很好的补偿效果的。
如,当Pa=619W,Pb=507W,Pc=1W,Q=-449var,Qb=-530var,Qc=-1var时,F1=-65.6651,F2=-713.625 9。由于F1≥F2,因此无法找到一个Qx,使其能满足F1QxF2,此时就需使用电感对线路进行不平衡及无功补偿。
为了节约成本,尽量减少电感的使用数量,采用三角形的补偿方案。其补偿的算法为:
式(23)～式(25)是在确定负载为三角形接法时才成立,如果负载为星形接法,则不成立,这给补偿带来了诸多不便。
本设计将负载看成一个黑盒子,通过测量可得出负载外部的电压和电流。无论盒子内部如何,从其外部的电流来考虑,都可将负载等效为星形连接,只要通过公式转换就可求出等效的三角形负载连接方案。计算过程如下:
(1)通过测量可得出负载的相电流、线电压,并计算出P,Q,S。
(2)根据S=P+jQ=GU2+jBU2,可得出G=P/U,B=Q/U2;再根据YΦ=G+jB,ZΦ=1/YΦ,可求出每相的阻抗Zφ。
(3)根据星形阻抗转三角形阻抗转换公式求出三角形阻抗。
(4)由各相阻抗,求出各自的导纳,YΦΦ=1/ZΦΦ,GΦΦ=ReYΦΦ,BΦΦ=ImYΦΦ。
将计算出的相间GΦΦ、BΦΦ代入式(23)～式(25),就可得到需要补偿电纳B。B若为正值,则需要补偿电容;若为负值,则需要补偿电感。通过编写程序实现上述步骤的运算,就可以求出需补偿的电容和电感,再利用微机装置控制与电容或电感相连的晶闸管,在电流过零时投入需要补偿的电感或电容。
3 系统仿真
为了验证三相不平衡度及无功补偿的效果,用Matlab中的Powersimulink建立仿真模型。图2是利用全电容进行补偿的仿真模型,图3是超出全电容补偿范围后利用电容电感进行混合补偿的仿真模型。仿真模型中,通过3-Phase Sequence Analyzer测量正序分量、负序分量、零序分量来分析补偿效果,用一个Current Measurement来测量中性线中流过的零序电流。仿真结果显示,针对不同情况,使用全电容补偿或电容电感混合补偿都能达到很好的补偿效果。
参考文献
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