中低压配电网无功补偿技术研究

时间：2022-05-21 15:54:44

关键字：无功补偿 SVC Matlab仿真

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[导读]摘要:以提高功率因数为出发点,设计了无功补偿电路,计算了相关参数。通过Matlab仿真,验证了静止无功补偿装置的可靠性及速动性。所设计的SVC基本实现了快速补偿和自动投切功能。

1无功功率对电网的影响

在交流电路中,功率分为有功功率和无功功率两种,无功功率不等于无用功率,相反无功功率用处很大,它是为了建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率,主要用来实现能量的转换和电网电压的平衡。

在电力系统计算和分析中,无功功率是一个非常重要的参数,很多网络元件不仅消耗有功功率,而且也消耗着无功功率。无功功率不消耗能量,它可以让电力系统的各个元件完美配合,但存在大量的无功功率传递,必然会影响到有功损耗,进而导致电压降,对电能质量产生一定影响,同时对输电、发电、变电、配电、用电产生不良影响。

2配电网无功补偿基本原理

无功补偿的实质是提高电力系统的功率因数从而提高电能的利用率,其基本原理如图1所示。

用户端所消耗的功率为P+jQ,为了补偿无功功率Q,我们在配电变压器低压侧配置无功补偿装置,则用电设备所需的无功功率由无功补偿装置就地提供,这就使输电线路中传输的无功功率大大减少,系统的功率因数得以提高。

3无功补偿仿真模型

了解无功补偿基本原理后,以中低压配电网为补偿对象进行研究,分析其补偿的实现过程及效果,并搭建无功补偿模型验证可行性。图1为无功补偿仿真模型,其中TSC、TCR及控制模块封装于节点B3前的SVCTSC+TCR模块内部。

图2中电源侧通过串联一个三相负载,模拟出一个10kV、600MVA的电力系统,负载端为一个由外部信号控制其功率的三相动态负载,线路上则通过并联一个3Mw、0.2Mvar的负载来模拟输电线路的线损、杂散损耗、电晕损耗等系统本身的特性。B1与B3节点内封装了三相测量元件,用以测量补偿前后电网的电压电流变化情况。其核心模块SVCTSC+TCR内部示意图如图3所示。

为了使得补偿效果最大化,本文设计了4个TSC型补偿器和1个TCR补偿器,以便在补偿时进行切换,同时对容量进行了设置:TSC补偿器容量为5Mvar,TCR补偿器容量为20Mvar。这5个补偿器和控制器互相关联,通过控制器的调节来发出触发信号,然后实现补偿器的切换。

3.1 TSC模块的仿真建模

TSC模块仿真图如图4所示,可以看到,在每一组电路中,除配置了静电电容器外,还加设了一个电感-电阻并联支路,这是由于在仿真中难以实现对电容器进行预充电,所选的触发角都采样自相电压的自然换相点,所以在给出触发信号后,晶闸管导通瞬间流过晶闸管的电流会很大,所加设的电感支路就是为了起到保护限流的作用,此外,它也能一定程度上消除电网中的谐波。

由于TSC型静止无功补偿装置在运行中会产生谐波,所以通常用三角形接法消除3、9次等零序电流分量,减少谐波对系统的影响。每相电路都为电感串联了一个电阻,模仿的是实际电抗器的阻感特性。

作为SVC中的核心部分,TCR通常在系统投入TSC后发生过补偿时触发运行,以此来调节系统的无功,维持系统稳定。TCR 6个晶闸管的触发脉冲由控制单元统一提供,每组的两个晶闸管分别在一个周期内(606.S）轮流导通。

3.2固定感性负载的补偿仿真

运行仿真后得到图5所示电压电流波形图。

图5(a）中,电流波形在经过60.4S这一点时发生了畸变,此点即无功负载的投入点。6..4S之后的电流幅值明显变大,且其滞后于电压一个相位。补偿后波形如图5(b）所示,电流波形于6..4S后经历一个周期的时间(6.6.S）基本恢复了正常幅值,与电压的相位差也显著缩小,波形在6..8S时趋于稳定。

从图6可以更加直观地看出补偿情况:从0.24S开始,到0.28S,历经约两个周期的时间,无功功率基本实现了全补偿。

在示波器中可以清楚地看到各组TSC的投切情况。图7中,TSC1在0.244S时导通,TSC2在0.252S时导通,可见反映时间非常短,具有很好的速动性。根据设定的阈值,当无功功率Q>3Mvar时,导通第一组TSC:Q>9Mvar时,导通第二组TSC:第三组TSC的导通条件为Q>15Mvar。负载设定的无功值为14.9Mvar,应投入两组TSC,结合图7可知,TSC实现了正确投切。