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  • 无功功率与功率因数补偿方式

    无功功率与功率因数补偿方式

    许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率,因此,所谓的”无功”并不是”无用”的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;因此在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。无功功率单位为乏(Var)。 在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数cosφ,其计算公式为: cosφ=P/S=P/(P²Q²)½ 在电力网的运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度,我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的功率。 1影响功率因数的主要因素 (1)大量的电感性设备,如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计,在工矿企业所消耗的全部无功功率中,异步电动机的无功消耗占了60%~70%;而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%~70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 (2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%~15%,它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。 (3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 无功补偿的一般方法 无功补偿通常采用的方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿: 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿: 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。 提高系统功率因数 提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资,仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。 (1)合理使用电动机; (2)提高异步电动机的检修质量; (3)采用同步电动机:同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小,而无功功率取决于转子中的励磁电流大小,在欠励状态时,定子绕组向电网”吸取”无功,在过励状态时,定子绕组向电网”送出”无功。因此,对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。 异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流,使其呈同步电动机运行,这就是”异步电动机同步化”。 (4)合理选择配变容量,改善配变的运行方式:对负载率比较低的配变,一般采取”撤、换、并、停”等方法,使其负载率提高到最佳值,从而改善电网的自然功率因数。 无功电源 电力系统的无功电源除了同步电机外,还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器,这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外,其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。 (1)同步电机: 同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。 ①同步发电机: 同步发电机是唯一的有功电源,同时又是最基本的无功电源,当其在额定状态下运行时,可以发出无功功率: Q=S×sinφ=P×tgφ 其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。 发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功,但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的”进相运行”,以吸收系统多余的无功。 ②同步调相机: 同步调相机是空载运行的同步电机,它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功,装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率,这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢,近来已逐渐退出电网运行。 ③并联电容器: 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源,由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压,相反于电感中的滞后,由此可视为向电网”发?quot;无功功率: Q=U2/Xc 其中:Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小,装设灵活,节省投资;由它向系统提供无功可以改善功率因数,减少由发电机提供的无功功率。 ④静止无功补偿器: 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成,由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速,而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节,以满足动态无功补偿的需要,同时还能做到分相补偿;对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性;但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波,为此需加装专门的滤波器。 ⑤静止无功发生器: 它的主体是一个电压源型逆变器,由可关断晶闸管适当的通断,将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压,再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压,就可以灵活地改变其运行工况,使其处于容性、感性或零负荷状态。 与静止无功补偿器相比,静止无功发生器响应速度更快,谐波电流更少,而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。

    时间:2021-03-28 关键词: 无功功率 功率因数 补偿方式

  • 同步电机的三种运行状态

    同步电机的三种运行状态

    同步发电机几种常见的运行状态 1、滞后运行(常态运行)----发电机向电网同时送出有功功率和无功功率(容性)。 2、超前运行(进相运行)----发电机向电网送出有功功率,吸收电网无功功率。 3、调相运行----发电机吸收电网的有功功率维持同步运转,向电网送出无功功率(容性)。 4、电动机运行(非正常运行)-----发电机同时吸收电网的有功功率和无功功率维持同步运行。 前三种运行状态都是同步发电机的正常运行状态,第4种运行状态应避免。功率因数为1的时候,是发电机滞后运行和超前运行的分界线,这时发电机不向电网送无功功率也不吸收电网无功功率。在若干年前,由于电网的容量小,稳定性差,加上发电机励磁系统的性能等原因,发电机在超前运行时很容易引起震荡失步,所以机组一般不允许超前运行。现时电网的容量可以说是“无穷大”,其稳定性、电能的质量不可同日而语。各电站可以根据调度令或电站机组自身的实际情况(包括转子温升和励磁系统的稳定性等)选择不同的正常运行状态。在某些局部地区因附近有大功率用电设备的干扰,如果供电主变压器又容量不足时,发电机功率因数就不宜在接近超前值运行了,否则容易引起震荡失步跳闸,这个问题是可以解决的,就是使用高品质的数控励磁系统。 同步电机的三种运行状态 与其它电机一样,同步电机也是可逆的,既可作发电机运行,亦可作电动机运行。设一台隐极同步电机并联运行于无穷大电网,处于发电机状态,其相量图如图所示。此时 E0 超前U ,功率角 θ 和相应的电磁功率 Pem都是正值,θi≈θ 也为正值,即转子主极轴线沿转向超前于气隙合成磁场轴线,因而作用于转子上的电磁转矩为制动性质。原动机输入驱动性质的机械转矩克服起制动作用的电磁转矩,将机械能转变为电能。                                                                                                                                                                                发电机状态          调相机状态      电动机状态 图1 同步电机的三种运行状态 逐步减少原动机输入功率,使转子瞬时减速,θ 角和电磁功率相应减小。当 θ 角减至零时,发电机变为空载,其输入功率正好抵偿空载损耗,相量图如图 b所示。继续减少原动机输入功率,则 θ 和 Pem变为负值,表明电机要从电网吸收一部分电功率,与原动机输入功率一起与空载损耗平衡,以维持转子的同步旋转。如果再拆去原动机,就变成了空转的同步电动机,空载损耗必须全部由电网输入的电功率供给。如果在电机轴上再加上机械负载,则负值的 θ 角和 Pem会更大,θi亦为负值。主极磁场落后于气隙合成磁场,电磁转矩为驱动性质、拖动轴上机械负载一道旋转,电机进入电动机运行状态,将电网输入的电能转换成机械能。此时电机的相量图如图(c)所示。 从上分析可知,从发电机状态进入电动机状态的过程中,功率角θ和电磁功率 Pem均由正值变为负值,电磁转矩由制动性质变为驱动性质,机电能量转换过程也发生了逆变。

    时间:2020-05-29 关键词: 发电机 同步电机 无功功率

  • 为什么电网中存在有功功率与无功功率?

    为什么电网中存在有功功率与无功功率?

    在日常生活中,老百姓的家用电费是通过有功功率计算的。那么,无功功率在电网系统中扮演着什么样的角色呢?今天,让我们一起来品阅一下它们之间的故事。什么是有功功率?有功功率(P)是指保持设备运行所需要的电功率,也就是将电能转化为其它形式的能量(机械能,光能,热能等)的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒。什么是无功功率?无功功率比较抽象,它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换,在电气设备(电路系统)中建立和维护磁场的功率,不表现对外做功。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如:40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。为什么功率分有功功率与无功功率?请查看下表:从表中可以看出,电路中仅有电阻,电压与电流是不会有相位差,有功功率即为全功率。但是,实际的用电设备中,还存在着电感、电容元件,使得电压与电流有相位差,从而有有功与无功之分。其计算公式如下:有功功率与无功功率的关系电机运行时所需的旋转磁场,就是靠无功功率来建立和维护的。有了旋转的磁场,才能使转子转动,带动机械的运行,从而实现电能转换为机械能。变压器的工作也需要无功功率,使一次线圈产生磁场,二次线圈感应出电压。举一个简单的例子说明:把有功看作面粉,把无功看作水。通过水的帮助,面粉转化成各种各样的食物。类似的,“有功”在“无功”的帮助下,进行做功完成能量的转化。有功与无功,缺一不可凡是有电磁线圈的电气设备运行时都需要建立磁场,而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率。没有无功功率电机不能转动、变压器不能运行、电抗器不能工作、继电器不会动作,所有设备中的磁场无法建立,电气设备也就不会运行。因此供电系统中除了对用户提供有功功率,还要提供无功功率,两者缺一不可,否则电气设备将无法运行。

    时间:2018-09-11 关键词: 电源技术解析 变压器 有功功率 电磁线圈 无功功率

  • 高功率因数下如何保证充足的无功功率?

    高功率因数下如何保证充足的无功功率?

    说到无功功率,绝大多数人希望越小越好,为零最好,这样的话就能够将更多的能量转化成有功功率而不被浪费。殊不知如果没有无功功率存在,势必会有许多用电设备无法工作,因为很多用电设备都是依靠建立交变磁场进行能量的转换和传递,而建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率便称为无功功率,因此"无功"并不是"无用"的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。在电力网的运行中,说道有功无功,必然撇不开功率因数,因为功率因数正是反映电源输出的视在功率被有效利用的程度的最有力指标。在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数,其计算公式为:P为有功功率,Q为无功功率。由上式可知功率因数大小取决于有功无功占比。通常我们会希望功率因数越大越好,这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的效率。如果功率因数低说明系统用于交变磁场转换的无功功率大。而影响功率因数的主要因素又是什么呢?如何才能实现既保证视在功率的有效利用又有充足的无功功率保证磁场转换呢?在电力系统中,为了降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率改善供电环境,普遍采用无功补偿的方式来为系统提供充足的无功功率。所以无功补偿在电力系统中起到至关重要的作用,实施方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍各自的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。(1)低压个别补偿:低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。(2)低压集中补偿:低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。(3)高压集中补偿:高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。另外,还有一种不需要任何补偿设备的方式,从提高自然功率因数上实现视在功率的有效利用同时又能保证系统正常运行。即采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。上面是几种无功补偿的方法以及各自的优缺点,但是如何去评估无功补偿的效果、以及补偿前后功率因数的变化呢?很显然,如果没有补偿前后的对比测试,也就不会有补偿效果的直观展现,致远电子推出的一系列电力检测设备、电能质量分析设备便能够很好的解决这一需求,E6500手持式电能质量分析仪可用于电力系统电能质量情况评估,同时它可记录分析现场的谐波、电压、电流、频率、波动、闪变、功率和三相不平衡等所有电能质量参数,具备高级电能质量测量功能,并且提供专业的上位机分析软件进行二次分析,为用户提供最准确的电力故障诊断分析,为电能质量治理确定整改方向,对补偿整改前后电能质量状况进行全面对比。

    时间:2018-09-05 关键词: 电源技术解析 高功率因数 zlg致远电子 无功功率

  • 高功率因数下如何保证充足的无功功率?

    说到无功功率,绝大多数人希望越小越好,为零最好,这样的话就能够将更多的能量转化成有功功率而不被浪费。殊不知如果没有无功功率存在,势必会有许多用电设备无法工作,因为很多用电设备都是依靠建立交变磁场进行能量的转换和传递,而建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率便称为无功功率,因此"无功"并不是"无用"的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。 在电力网的运行中,说道有功无功,必然撇不开功率因数,因为功率因数正是反映电源输出的视在功率被有效利用的程度的最有力指标。 在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数 ,其计算公式为: P为有功功率,Q为无功功率。由上式可知功率因数大小取决于有功无功占比。 通常我们会希望功率因数越大越好,这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的效率。如果功率因数低说明系统用于交变磁场转换的无功功率大。而影响功率因数的主要因素又是什么呢?如何才能实现既保证视在功率的有效利用又有充足的无功功率保证磁场转换呢? 在电力系统中,为了降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率改善供电环境,普遍采用无功补偿的方式来为系统提供充足的无功功率。所以无功补偿在电力系统中起到至关重要的作用,实施方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍各自的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿: 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿: 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。 另外,还有一种不需要任何补偿设备的方式,从提高自然功率因数上实现视在功率的有效利用同时又能保证系统正常运行。即采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。 上面是几种无功补偿的方法以及各自的优缺点,但是如何去评估无功补偿的效果、以及补偿前后功率因数的变化呢?很显然,如果没有补偿前后的对比测试,也就不会有补偿效果的直观展现,致远电子推出的一系列电力检测设备、电能质量分析设备便能够很好的解决这一需求,E6500手持式电能质量分析仪可用于电力系统电能质量情况评估,同时它可记录分析现场的谐波、电压、电流、频率、波动、闪变、功率和三相不平衡等所有电能质量参数,具备高级电能质量测量功能,并且提供专业的上位机分析软件进行二次分析,为用户提供最准确的电力故障诊断分析,为电能质量治理确定整改方向,对补偿整改前后电能质量状况进行全面对比。

    时间:2017-02-13 关键词: 高功率因数 无功功率

  • 高功率因数下如何保证充足的无功功率?

    高功率因数下如何保证充足的无功功率?

     说到无功功率,绝大多数人希望越小越好,为零最好,这样的话就能够将更多的能量转化成有功功率而不被浪费。殊不知如果没有无功功率存在,势必会有许多用电设备无法工作,因为很多用电设备都是依靠建立交变磁场进行能量的转换和传递,而建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率便称为无功功率,因此"无功"并不是"无用"的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。     在电力网的运行中,说道有功无功,必然撇不开功率因数,因为功率因数正是反映电源输出的视在功率被有效利用的程度的最有力指标。 在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数,其计算公式为:       P为有功功率,Q为无功功率。由上式可知功率因数大小取决于有功无功占比。 通常我们会希望功率因数越大越好,这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的效率。如果功率因数低说明系统用于交变磁场转换的无功功率大。而影响功率因数的主要因素又是什么呢?如何才能实现既保证视在功率的有效利用又有充足的无功功率保证磁场转换呢? 在电力系统中,为了降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率改善供电环境,普遍采用无功补偿的方式来为系统提供充足的无功功率。所以无功补偿在电力系统中起到至关重要的作用,实施方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍各自的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。     (1)低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿: 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿: 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。 另外,还有一种不需要任何补偿设备的方式,从提高自然功率因数上实现视在功率的有效利用同时又能保证系统正常运行。即采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。 上面是几种无功补偿的方法以及各自的优缺点,但是如何去评估无功补偿的效果、以及补偿前后功率因数的变化呢?很显然,如果没有补偿前后的对比测试,也就不会有补偿效果的直观展现,致远电子推出的一系列电力检测设备、电能质量分析设备便能够很好的解决这一需求,E6500手持式电能质量分析仪可用于电力系统电能质量情况评估,同时它可记录分析现场的谐波、电压、电流、频率、波动、闪变、功率和三相不平衡等所有电能质量参数,具备高级电能质量测量功能,并且提供专业的上位机分析软件进行二次分析,为用户提供最准确的电力故障诊断分析,为电能质量治理确定整改方向,对补偿整改前后电能质量状况进行全面对比。

    时间:2017-01-12 关键词: 通信网络 无功功率 功率因数

  • 无功功率真的没用吗?

    无功功率真的没用吗?

    无功功率是无用的功率吗,所以其数值越小越好? 无功功率不消耗能量,大小多少有无是否不用考虑? 难道无功功率真的不重要,可用可无? 在力学中,人推小车前行,只考虑其中向上的支撑力、向前的推力,如图1。只有推力做功,向上的支撑力不做功;但是如果没有向上的支撑力,小车无法前进,推力不能实现做功。 图1小车前行中受力示意图 在电学中,对于一些特定的负载,有功功率可类似成力学中的向前的推力,无功功率类似成向上的支撑力。可见无功功率也是不可或缺的。我们先来了解几个相关联的物理量含义。 1)有功功率 在交流电路中,有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值或消耗在负载上转换为其它能量的功率,即等效阻性负载所消耗的功率,常用P表示,单位W; 2)无功功率: 表示单位时间电路中电抗器(电感或电容)元件间能量交换规模的量。无功功率的大小表明了能量交换的能力。常用Q表示,单位Var; 3)视在功率:指电路中电压有效值和电流有效值的乘积,用符号S表示,常用单位VA。用来表示电器设备最大可利用的容量; 4)功率因数:有功功率和视在功率之比,反映了电力的利用率。 感性电气设备运行中,感性电流分量建立交变磁场,这种感性电流分量产生磁场能和电能相互转化,不转变成其它能量(如热能、机械能、化学能等),感性电流分量产生的功率在负载和电源之间往返,没有被消耗,称为无功功率;同样地对于容性负载,容性电压分量建立交变电场,电场能和电能相互转化,这种能量交换的规模也是无功功率。所以交流电路中电抗元件的特性是实现能量交换,存在电抗元件必然存在无功功率。 电力系统中无功功率并非无用的功率,相反在电力中起着重要的作用。例如电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也需要无功功率,才能使变压器的一次侧线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此没有无功功率,电动机就不会转动,电压器就不会变压。 在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,还需要从电源取得无功功率。在实际负载正常工作时,有功功率来完成工作;无功功率维持电磁场;视在功率为看上去消耗的功率,三者之间关系可用图2表示。标准正弦电路中,P、Q、S满足矢量三角形的关系:S=。 图2三者之间的关系示意图 虽然无功功率不被消耗,但是无功功率和有功功率一样都在供电线路上产生电流。电源和输电线路存在阻抗且电源容量是有限的,无功功率对供、用电也产生一定的不良影响: 视在功率一定时,增加无功就要降低变电设备的供电能力; 电网内无功功率的流动会造成线损增大和能耗增加; 造成低功率因数和电压下降,导致电气设备容量得不到充分利用。 综上所述,无功功率有利也有弊,有功功率和无功功率就像跷跷板的各一端,无功和有功在某些电气设备中是不可或缺的;无功也参与了电源的能量交换,降低了发电机和电网的供电效率,供电部门当然希望无功越小越好。可采用无功功率补偿技术来改善功率因数,由无功功率源提供负载的无功电流,提高供电效率。

    时间:2016-03-10 关键词: 电力 电源 电源技术解析 无功功率

  • 无功功率真的没用吗?

    无功功率是无用的功率吗,所以其数值越小越好?无功功率不消耗能量,大小多少有无是否不用考虑?难道无功功率真的不重要,可用可无? 在力学中,人推小车前行,只考虑其中向上的支撑力、向前的推力,如图1。只有推力做功,向上的支撑力不做功;但是如果没有向上的支撑力,小车无法前进,推力不能实现做功。 图1小车前行中受力示意图 在电学中,对于一些特定的负载,有功功率可类似成力学中的向前的推力,无功功率类似成向上的支撑力。可见无功功率也是不可或缺的。我们先来了解几个相关联的物理量含义。 1) 有功功率 在交流电路中,有功功率是指一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分的平均值或消耗在负载上转换为其它能量的功率,即等效阻性负载所消耗的功率,常用P表示,单位W; 2) 无功功率: 表示单位时间电路中电抗器(电感或电容)元件间能量交换规模的量。无功功率的大小表明了能量交换的能力。常用Q表示,单位Var; 3) 视在功率:指电路中电压有效值和电流有效值的乘积,用符号S表示,常用单位VA。用来表示电器设备最大可利用的容量; 4) 功率因数:有功功率和视在功率之比,反映了电力的利用率。 感性电气设备运行中,感性电流分量建立交变磁场,这种感性电流分量产生磁场能和电能相互转化,不转变成其它能量(如热能、机械能、化学能等),感性电流分量产生的功率在负载和电源之间往返,没有被消耗,称为无功功率;同样地对于容性负载,容性电压分量建立交变电场,电场能和电能相互转化,这种能量交换的规模也是无功功率。所以交流电路中电抗元件的特性是实现能量交换,存在电抗元件必然存在无功功率。 电力系统中无功功率并非无用的功率,相反在电力中起着重要的作用。例如电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也需要无功功率,才能使变压器的一次侧线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此没有无功功率,电动机就不会转动,电压器就不会变压。 在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,还需要从电源取得无功功率。在实际负载正常工作时,有功功率来完成工作;无功功率维持电磁场;视在功率为看上去消耗的功率,三者之间关系可用图2表示。标准正弦电路中,P、Q、S满足矢量三角形的关系:S=。 图2三者之间的关系示意图 虽然无功功率不被消耗,但是无功功率和有功功率一样都在供电线路上产生电流。电源和输电线路存在阻抗且电源容量是有限的,无功功率对供、用电也产生一定的不良影响: l 视在功率一定时,增加无功就要降低变电设备的供电能力; l 电网内无功功率的流动会造成线损增大和能耗增加; l 造成低功率因数和电压下降,导致电气设备容量得不到充分利用。 综上所述,无功功率有利也有弊,有功功率和无功功率就像跷跷板的各一端,无功和有功在某些电气设备中是不可或缺的;无功也参与了电源的能量交换,降低了发电机和电网的供电效率,供电部门当然希望无功越小越好。可采用无功功率补偿技术来改善功率因数,由无功功率源提供负载的无功电流,提高供电效率。

    时间:2016-03-02 关键词: 无功功率

  • 为什么电网中存在有功功率与无功功率?

    为什么电网中存在有功功率与无功功率?

    摘要:在日常生活中,老百姓的家用电费是通过有功功率计算的。那么,无功功率在电网系统中扮演着什么样的角色呢?今天,让我们一起来品阅一下它们之间的故事。 什么是有功功率? 有功功率(P)是指保持设备运行所需要的电功率,也就是将电能转化为其它形式的能量(机械能,光能,热能等)的电功率。 比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒。 什么是无功功率? 无功功率比较抽象,它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换,在电气设备(电路系统)中建立和维护磁场的功率,不表现对外做功。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。 比如:40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。 为什么功率分有功功率与无功功率? 请查看下表: 从表中可以看出,电路中仅有电阻,电压与电流是不会有相位差,有功功率即为全功率。但是,实际的用电设备中,还存在着电感、电容元件,使得电压与电流有相位差,从而有有功与无功之分。 其计算公式如下: 有功功率与无功功率的关系 电机运行时所需的旋转磁场,就是靠无功功率来建立和维护的。有了旋转的磁场,才能使转子转动,带动机械的运行,从而实现电能转换为机械能。 变压器的工作也需要无功功率,使一次线圈产生磁场,二次线圈感应出电压。 举一个简单的例子说明: 把有功看作面粉,把无功看作水。 通过水的帮助,面粉转化成各种各样的食物。 类似的,“有功”在“无功”的帮助下,进行做功完成能量的转化。 有功与无功,缺一不可 凡是有电磁线圈的电气设备运行时都需要建立磁场,而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率。 没有无功功率电机不能转动、变压器不能运行、电抗器不能工作、继电器不会动作,所有设备中的磁场无法建立,电气设备也就不会运行。 因此供电系统中除了对用户提供有功功率,还要提供无功功率,两者缺一不可,否则电气设备将无法运行。

    时间:2015-07-02 关键词: 电网 有功功率 无功功率

  • 无功功率表电路

    无功功率表电路

    在三相负荷对称的情况下,采用该接线方式可以测得三相无功功率。将此无功功率表的读数乘以3为二相无功功率。

    时间:2012-11-01 关键词: 电路 测试测量电路 无功功率

  • 无功功率计量中移相法的FPGA实现

    摘要:无功功率计量方法中的移相法有两种实现方法,一种是基于采样点平移,另一种是利用希尔伯特滤波器。在Matlab 上对这两种方法进行了设计、仿真,并采用EP2C50 型号的FPGA 实现了希尔伯特滤波器。数据表明基于采样点平移的方法有局限性, 而希尔伯特移相无功算法具有移相准确的特点,保证了无功功率的精确计量。 在电力系统运行时, 电网提供的能量有两部分: 一部分是有功功率, 用于能量单向转换; 一部分是无功功率, 用于电路内电场和磁场的能量交换。无功功率对外不做功, 但是对供电系统和负荷的正常运行十分重要,在电网中流动会引起电压和功率损耗。因此, 必须计量电力用户从电网吸收以及电网传送的无功功率的大小。 移相法是无功功率计量算法中的一种, 它是利用无功功率和有功功率之间的相位角相差π/2 关系, 用计算有功功率的乘法器来计算无功功率。 本文采用了两种方法来实现移相法, 在Matlab 上对这两种方法进行了设计、仿真, 并采用EP2C50 型号的FPGA 实现了希尔伯特滤波器。 1 无功功率与有功功率的关系 假设电压、电流如式(1) 、式(2) 所示: 则有功功率、无功功率分别为: 式(1)~ 式(4) 中,0~n 表示谐波次数,Uk 、Ik分别为电压电流幅值,φk为电压、电流的相位差; 式(3) 表示有功功率,式(4)表示无功功率。式(4)与式(3)相位角相差π/2 ,针对无功功率计算的移相法就是为了得到这π/2 相位差值, 这是利用移相法计算无功功率的理论依据, 即用计算有功功率的乘法器来计算无功功率, 这在数字信号处理中十分有用。在实际应用中,乘法器的两个输入序列变成移相后的电压序列与电流序列就可以实现无功功率计算。而在计算有功功率时已经获得了电压的采样值、电流的采样值及电压电流之间的相位角, 当采样点数满足计算谐波无功电能的奈奎斯特采样定理时, 针对计算无功功率, 有两种方法可以实现对离散信号的π/2移相: 一种是基于采样点平移来实现; 另一种则是通过Hilbert 变换来实现。 2 基于采样点平移的移相法 基于采样点平移的无功计量理论是将得到的离散的采样点信号进行π/2 移相( 若N 为信号一个周期内的采样点数, 则π/2 移相就是移动N/4 个点), 然后采用式(3)计算无功功率。如图1 所示,曲线1 是原正弦波信号;曲线2 是基于采样点平移π/2 后的信号, 从图中可以看出,基于采样点平移的移相法精确地实现了π/2 移相。 但是这种方法是针对基波频率的采样点移相, 实际应用时有其局限性。 (1) 基于采样点平移方法要求被采样的信号只包含基波分量。假如对一个包含基波和3 次谐波的信号( 基波的每个周期2π 内) 进行100 次采样, 那么基波的π/2移相就是移动25 个采样点, 但是, 由于3 次谐波的周期缩为基波的1/3 ,25 个采样点对于3 次谐波而言, 已经是移相3π/2 了。如图2 所示, 曲线1 是原正弦波信号;曲线2 是理论上平移π/2 后的信号, 曲线3 是基于采样点平移后的信号, 实际已经平移了3π/2。 (2) 基于采样点平移还要求每个周期的采样点数是4 的整数倍, 否则将不能被4 整除而得不到π/2 的移相。如图3 所示, 曲线1 为原正弦波信号, 一个周期内采样点为75, 不是4 的整数倍; 曲线2 为理论移相π/2 的信号, 曲线3 为基于采样点平移的信号, 与曲线2 信号对比已有一定的偏移。 基于采样点平移的无功计量方法虽然存在其局限性, 但仍被一些要求不高的场合采用, 主要是其实现相对简单, 对硬件的性能要求也不是很高, 但是当电网中的谐波成分提高时,基于采样点平移计量无功电能的精度就很难保证。 3 Hilbert 变换计算无功功率 3.1 Hilbert 数字滤波器基本原理 理想的Hilbert 变换的定义为: 其幅值和相角分别为: 由式(6)~ 式(7) 可以看出,Hilbert 数字滤波器的幅值特性为1, 信号通过Hilbert 数字滤波器后, 其负频率成分进行相移π/2, 正频率成分进行相移-π/2。可见,Hilbert 数字滤波器能用于实现式(4) 计算无功功率。 3.2 FIR 型Hilbert 数字滤波器的Matlab 设计 线性相位FIR 数字滤波器的设计方法主要有窗函数法、频率抽样法和等波纹切比雪夫法( 即最优法) , 本文采用等波纹切比雪夫法进行数字滤波器的设计。对于50 Hz 的工频基波信号, 若考虑最高谐波次数为19, 则可以将该数字滤波器所关心的频率范围设计为40 Hz~960 Hz。根据奈奎斯特采样定理, 采样频率Fs 应不小于2 倍的最高次谐波频率, 所以至少取2 kHz。 Hilbert 数字滤波器取N 为奇数, 设所要设计的滤波器的频率响应为, 逼近加权函数为W(w), 用线性相位FIR 数字滤波器的H(w) 做逼近函数, 则逼近误差函数为: 令δ=max{|E(w)|} , 数字滤波器的设计问题就是寻找使δ最小的系统函数H(w),即获取最优的单位冲激响应h(n)。所以数字滤波器应有式(9)所要求的频率响应: 图4 所示为等波纹切比雪夫法设计的Hilbert 数字滤波器的幅频特性和相频特性。从图中可以看出该数字滤波器具有良好的幅频特性和相频特性, 能获得严格线性相位及很好的衰减特性。 图5 为频率为150 Hz 的正弦波信号经过Hilbert 滤波器以后的信号。 由仿真结果可知所设计的Hilbert 数字滤波器能精确地将所输入的电压谐波信号的基波及每次谐波都移相,并在此基础上计算获得精确的无功功率值。 3.3 FIR 型Hilbert 数字滤波器的FPGA 实现 3.3.1 FIR IP 核的生成 Altera 公司提供的FIR IP 核是一个高性能、参数化的IP 核, 可以用来实现FIR 滤波器。该IP 核支持全并行结构、全串行结构、多位串行结构、可变的多时钟结构等多种结构, 滤波器的参数可以通过该IP 核的参数化界面进行设计,也可以将在第三方软件中设计好的滤波器系数导入该IP 核中从而完成滤波器设计, 它的所有输入输出信号格式都与AvalON 总线的STreaming 结构的接口相符,可以方便地加入到应用工程中。 本文中FIR 滤波器的实现方法是将Matlab 产生的滤波器系数导入Quartus ii 中的FIR IP CORE 中。图6是Quartus 生成的FIR IP 核。 3.3.2 FIR IP 核的的验证 由于所设计的Hilbert 滤波器的频率范围为40 Hz~960 Hz, 所以验证时将用频率为150 Hz 正弦波信号通过所设计的滤波器, 观察结果来验证该滤波器是否实现了π/2 移相。 本文讨论了无功功率与有功功率之间的关系, 以及计算无功功率方法中移相法的两种方法, 根据在Matlab中对基于采样点平移的移相法和Hilbert 滤波器法的仿真可以看出, 基于采样点平移的移相法在实际应用中有局限性, 只能在一些要求不高的场合采用。而Hilbert 滤波器法可以做到移相准确、计量精度高, 因此, 基于Hilbert 变换的移相算法是无功计量中较好的方法。

    时间:2012-08-21 关键词: FPGA 计量 移相法 无功功率

  • 变压器消耗的无功功率详解

    许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率,因此,所谓的"无功"并不是"无用"的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;因此在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。 在功率三角形中,有功功率P与视在功率S的比值,称为功率因数cosφ,其计算公式为: cosφ=P/S=P/(P2+Q2)1/2 在电力网的运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度,我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小,视在功率将大部分用来供给有功功率,从而提高电能输送的功率。 1、影响功率因数的主要因素 (1)大量的电感性设备,如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计,在工矿企业所消耗的全部无功功率中,异步电动机的无功消耗占了60%~70%;而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%~70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 (2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%~15%,它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。 (3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 2、无功补偿的一般方法 无功补偿通常采用的方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别补偿 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿 低 压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低网损,具有较高 的经济性,是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高 压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的高压负荷时,可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护,补偿效益高。 3、采取适当措施,设法提高系统自然功率因数 提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资,仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法。 (1)合理使用电动机; (2)提高异步电动机的检修质量; (3)采用同步电动机:同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小,而无功功率取决于转子中的励磁电流大小,在欠励状态时,定子绕组向电网"吸取"无功,在过励状态时,定子绕组向电网"送出"无功。因此,对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。 异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流,使其呈同步电动机运行,这就是"异步电动机同步化"。 (4)合理选择配变容量,改善配变的运行方式:对负载率比较低的配变,一般采取"撤、换、并、停"等方法,使其负载率提高到最佳值,从而改善电网的自然功率因数。 4、无功电源 电力系统的无功电源除了同步电机外,还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器,这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外,其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。 (1)同步电机: 同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。 ①同步发电机: 同步发电机是唯一的有功电源,同时又是最基本的无功电源,当其在额定状态下运行时,可以发出无功功率: Q=S×sinφ=P×tgφ 其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。 发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功,但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运行",以吸收系统多余的无功。 ②同步调相机: 同步调相机是空载运行的同步电机,它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功,装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率,这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢,近来已逐渐退出电网运行。 ③并联电容器: 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源,由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压,相反于电感中的滞后,由此可视为向电网"发?quot;无功功率: Q=U2/Xc 其中:Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小,装设灵活,节省投资;由它向系统提供无功可以改善功率因数,减少由发电机提供的无功功率。 ④静止无功补偿器: 静 止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成,由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速,而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节,以满足动态无功补偿的需要,同时还能做到分相补偿;对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性;但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中 会产生高次谐波,为此需加装专门的滤波器。 ⑤静止无功发生器: 它的主体是一个电压源型逆变器,由可关断晶闸管适当的通断,将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压,再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压,就可以灵活地改变其运行工况,使其处于容性、感性或零负荷状态。 与静止无功补偿器相比,静止无功发生器响应速度更快,谐波电流更少,而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。

    时间:2012-07-09 关键词: 详解 变压器 智慧工业 无功功率

  • 单片机控制的电压和无功功率综合自控系统

    1 概述   目前,国内35KV以上的变电站,广泛采用有载调压变压器,并配置适当容量的并联电容器组,以实现变电站电压调整和功率潮流的平衡。但是这些设备如不采取合理的自动控制手段,单靠运行人员手动操作,显然不能充分发挥其应有的作用。本文研究的目的在于利用单片机的计算、判断与记忆等智能,实现系统在线负荷预测并进行控制决策,自动综合调整有载调压变压器分接头和电容器投切开关,以提高电压质量和经济运行。 2 工程控制算法   在考虑具有有载调压变压器和并联无功补偿电容器组两种调压方法时,组合调压的效果为矩阵方程 式(2—1)中,ΔKn、ΔQc分别为变压器变化调整量和并联补偿电容器的调整量,ΔU、ΔQ表示系统电压和无功功率的调整效果。A为系数矩阵,它由变电站及供电线路的参数决定。如果计算出系数矩阵A,则在每一次调整变压器变比或并联补偿电容量之前。先计算出调整效果,再作是否决定发出调整命令,从而作到调整效果的预报。但在实际应用中,系数矩阵A很难计算,基于此,笔者提出了如下简化的工程控制算法。 电力系统简化网络如图2—1所示,假设有载调压变压器的一次侧电压、二次侧电压和变比分别为Ua、Ub和Kn,用户负载电压、视在功率、有功功率和无功功率分别为Ul、Sl、Pl、Ql,无功补偿容量为Qc,则 由式(2—2)知,当Pl、Ql变化时,变电站到用户的线路电压损失ΔUl随之变化,为了维持用户电压Ul基本不变,必须调整变压器二次侧电压Ub,以补偿线路电压损失ΔUl,这便是逆调压的基本思想。当要求用户负载电压为UlN时,二次侧电压Ub应为 由于变电站系统在一定的负荷下,其功率因数(cosφ)是变化不大或不变化的,因此,式(2—3)中的α和β近似为常数。由此可见,为了维护用户负荷电压Ul=UlN不变,Ub应随Pl的变化而近似线性变化。即只有真正按负荷大小进行逆调压,才能保证用户电压质量。同样,可以类似地对无功功率补偿分析,限于篇幅,在此不详述。 工程控制算法正是基于式(2—3),首先在线检测实时负荷Pl,计算机变压器二次应有的电压Ub。然后根据实时检测的电压U测和无功功率Q测,对U测和Ub、Q测与给定的无功功率Q上限和Q下限进行比较和综合判断,得到14种变电站实际运行情况,如表2—1第2列所示。根据电力系统运行规范,系统设计了对应的控制决策,如表2—1第3列所示。 3 综合自控系统的硬件组成   图3—1是综合自控系统的硬件结构图,按功能可分为:单片机系统、信号测量与处理模块、输出控制模块、升降位置与投切状态反馈模块、显示及键盘  输入模块5部分。各部分功能简述如下: 3.1 单片机系统 单片机系统主要由AT89C52、EEPROM构成,它是该系统的核心。为增强控制系统的抗干扰能力,以MAX812L作为电源监控电路,并提供手动复位电路。单片机系统选用的单片机是内部带有8K字节FLASHROM的低功耗AT89C52。EEPROM采用具有电可擦除PROM的93C46芯片。 EEPROM93C46芯片主要用来保存系统设定参数,使综合自控系统在关机或因故障停机后,其运行参数能得到保留,以便下一次开机后使用。 3.2 信号测量与处理模块 信号测量与处理模块主要包括PT、CT、变送器、信号采集电路和滤波电路。变送器采用FS系列电压、有功和无功变送器。由于变送器输出的信号包含交流分量达几十mV,为了减小交流分量以及各种干扰对测量精度的影响,必须进行滤波,使各类交流分量的有效值减小为0.1mV以下。信号采集电路选用12位逐次逼近型AD574作为A/D转换器,其转换速度为25μs,转换精度为0.05%,能进行单极性和双极性模拟信号转换,完全满足本系统的要求,从而保证电压调整精度为±0.5%,无功补偿控制精度为±3%。 3.3 输出控制模块 本系统要控制2台变压器分接头的升降和16组电容器的投切,由单片机P2口的高4位送出信号,低电平有效。系统中采用了固态继电器SSR作为隔离手段,使单片机系统与被控对象之间没有电的直接联系,有力的保证了本系统的可靠运行。 3.4 升降位置与投切状态反馈模块 为了获取变压器分接头位置和电容器投切状态信号,本系统扩展了8255A并行接口。同样,采用了固态继电器SSR作为单片机系统和反馈装置之间的隔离。 3.5 显示和键盘输入模块 本系统键盘输入和数码显示均采用串行方式。为实现方便的键控,系统仅采用了14个键,其中包括:复位键(RESET)、调试键(TEST)、运行键(RUN)、参数功能键(PARAMETER)、参数调整键(←→↑↓)停止键(STOP)、自锁键以及变压器并列运行键、解裂运行键、1#运行键和2#运行键。 4 综合自控系统的软件设计   系统软件采用人机对话方式和模块化结构,根据综合自控系统的功能要求,综合自控系统软件主要包括主程序模块、计算与判断决策程序模块、变压器分接头升降管理程序模块、电容器投切管理程序模块、键盘处理子程序模块等。限于篇幅,仅介绍主程序模块。 图4—1是系统主程序流程图。首先进行初始化,包括设置堆栈指针、显示分接头当前位置、设置电容器投切指针、设定定时器方式和程序自检等。然后,等待并检测是否有键按下,若有键按下则根据键值执行散转指令操作。若按下运行键,则综合自控系统连续运行,这是主程序的核心。由于系统软件采用人机对话方式和模块化结构,所以主程序主要是调用各功能程序模块。若按下参数键时,将依次显示各个参数,在此状态下可使用有关功能键和参数键可对有关参数进行修改,修改后的参数将被传送到EEPROM中保存。按下调试键时,系统自动进入调试状态,供本系统调试人员使用。参数键和调试键的流程在主程序框图中未画出。 5 抗干扰措施   针对综合自控系统的干扰情况,提出了下面几种抗干扰措施: 硬件抗干扰措施:     ·采用内部带有8K字节FLASHROM的低功耗AT89C52单片机为主处理器,其集成度高,广泛应用于控制和测量系统,抗干扰能力强。     ·采用高精度的传感器和运算放大器。   ·采用程序监视器(Watchdog)电路。从根本上解决程序跑飞和程序进入死循环。     ·采用隔离技术。     ·采用电源净化技术。 软件抗干扰措施:    ·为防止本系统出现频繁动作,提出了准动作状态—动作状态的软件设计思想。其基本思想是:当本系统第一次判断出系统处于不正常运行状态时,本系统暂不发控制决策指令,称为本系统处于准动作状态。这时,本系统继续进行采样、比较、综合判断与控制决策,如果本次判断出系统仍处于不正常运行状态,且与上次的状态相同,则本系统发出对应的控制决策指令,称为本系统处于动作状态;如果本次判断出系统仍处于不正常运行状态,但与上一次的状态不同,则仍不发控制决策指令,但本系统处于新的准动作状态;如果本次判断出系统仍处于正常运行状态,则本系统退出上一次的准动作状态。         ·为提高电力系统设备利用率、完好率和使用寿命,要求对每个电容器投切操作的概率要相等,提出了等概率指针法投切的软件设计思想。 6 结论   以AT89C52为核心的电压和无功功率综合自控系统,适用于利用有载调压变压器和无功补偿电容器组进行电压和无功功率自动调整的变电站。本系统能真正的按照逆调压原理,在线检测负荷变化,自动调整变压器分接头升降和电容器投切,保证变电站负荷侧母线电压随负荷变化,并使无功功率尽可能就地平衡。本系统抗干扰措施得力,系统可靠性高,操作简单。 [参考文献] [1]J.B.Bunch,System Integrated Voltage and ReactivePower Control[J].IEEE Trans.Vol PAS101,No2,February,1982 [2]尹克力.电力工程[M].电力工业出版社,1987 [3]何德康.电气二次回路安装与检验[M].水利电力出版社,1988 [4]张毅刚等.MCS—51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,1990  

    时间:2012-02-07 关键词: 单片机控制 电压 自控系统 无功功率

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