1無功功率對電網(wǎng)的影響

在交流電路中,功率分為有功功率和無功功率兩種,無功功率不等于無用功率,相反無功功率用處很大,它是為了建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率,主要用來實現(xiàn)能量的轉換和電網(wǎng)電壓的平衡。

在電力系統(tǒng)計算和分析中,無功功率是一個非常重要的參數(shù),很多網(wǎng)絡元件不僅消耗有功功率,而且也消耗著無功功率。無功功率不消耗能量,它可以讓電力系統(tǒng)的各個元件完美配合,但存在大量的無功功率傳遞,必然會影響到有功損耗,進而導致電壓降,對電能質量產(chǎn)生一定影響,同時對輸電、發(fā)電、變電、配電、用電產(chǎn)生不良影響。

2配電網(wǎng)無功補償基本原理

無功補償?shù)膶嵸|是提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)從而提高電能的利用率,其基本原理如圖1所示。

用戶端所消耗的功率為P+jQ,為了補償無功功率Q,我們在配電變壓器低壓側配置無功補償裝置,則用電設備所需的無功功率由無功補償裝置就地提供,這就使輸電線路中傳輸?shù)臒o功功率大大減少,系統(tǒng)的功率因數(shù)得以提高。

3無功補償仿真模型

了解無功補償基本原理后,以中低壓配電網(wǎng)為補償對象進行研究,分析其補償?shù)膶崿F(xiàn)過程及效果,并搭建無功補償模型驗證可行性。圖1為無功補償仿真模型,其中TSC、TCR及控制模塊封裝于節(jié)點B3前的SVCTSC+TCR模塊內部。

圖2中電源側通過串聯(lián)一個三相負載,模擬出一個10kV、600MVA的電力系統(tǒng),負載端為一個由外部信號控制其功率的三相動態(tài)負載,線路上則通過并聯(lián)一個3Mw、0.2Mvar的負載來模擬輸電線路的線損、雜散損耗、電暈損耗等系統(tǒng)本身的特性。B1與B3節(jié)點內封裝了三相測量元件,用以測量補償前后電網(wǎng)的電壓電流變化情況。其核心模塊SVCTSC+TCR內部示意圖如圖3所示。

為了使得補償效果最大化,本文設計了4個TSC型補償器和1個TCR補償器,以便在補償時進行切換,同時對容量進行了設置:TSC補償器容量為5Mvar,TCR補償器容量為20Mvar。這5個補償器和控制器互相關聯(lián),通過控制器的調節(jié)來發(fā)出觸發(fā)信號,然后實現(xiàn)補償器的切換。

3.1 TSC模塊的仿真建模

TSC模塊仿真圖如圖4所示,可以看到,在每一組電路中,除配置了靜電電容器外,還加設了一個電感-電阻并聯(lián)支路,這是由于在仿真中難以實現(xiàn)對電容器進行預充電,所選的觸發(fā)角都采樣自相電壓的自然換相點,所以在給出觸發(fā)信號后,晶閘管導通瞬間流過晶閘管的電流會很大,所加設的電感支路就是為了起到保護限流的作用,此外,它也能一定程度上消除電網(wǎng)中的諧波。

由于TSC型靜止無功補償裝置在運行中會產(chǎn)生諧波,所以通常用三角形接法消除3、9次等零序電流分量,減少諧波對系統(tǒng)的影響。每相電路都為電感串聯(lián)了一個電阻,模仿的是實際電抗器的阻感特性。

作為SVC中的核心部分,TCR通常在系統(tǒng)投入TSC后發(fā)生過補償時觸發(fā)運行,以此來調節(jié)系統(tǒng)的無功,維持系統(tǒng)穩(wěn)定。TCR 6個晶閘管的觸發(fā)脈沖由控制單元統(tǒng)一提供,每組的兩個晶閘管分別在一個周期內(606.S）輪流導通。

3.2固定感性負載的補償仿真

運行仿真后得到圖5所示電壓電流波形圖。

圖5(a）中,電流波形在經(jīng)過60.4S這一點時發(fā)生了畸變,此點即無功負載的投入點。6..4S之后的電流幅值明顯變大,且其滯后于電壓一個相位。補償后波形如圖5(b）所示,電流波形于6..4S后經(jīng)歷一個周期的時間(6.6.S）基本恢復了正常幅值,與電壓的相位差也顯著縮小,波形在6..8S時趨于穩(wěn)定。

從圖6可以更加直觀地看出補償情況:從0.24S開始,到0.28S,歷經(jīng)約兩個周期的時間,無功功率基本實現(xiàn)了全補償。

在示波器中可以清楚地看到各組TSC的投切情況。圖7中,TSC1在0.244S時導通,TSC2在0.252S時導通,可見反映時間非常短,具有很好的速動性。根據(jù)設定的閾值,當無功功率Q>3Mvar時,導通第一組TSC:Q>9Mvar時,導通第二組TSC:第三組TSC的導通條件為Q>15Mvar。負載設定的無功值為14.9Mvar,應投入兩組TSC,結合圖7可知,TSC實現(xiàn)了正確投切。

4結語

本文設計了一種合理可行的控制方式和控制策略,來實現(xiàn)對無功補償裝置自動投切的控制,并通過參數(shù)計算設置了無功補償器的分組及容量。

基于Matlab軟件中的Simulink庫來仿真模擬補償效益,以最后導出的波形為最終結果來驗證控制原理和算法的可行性。

仿真結果表明,本文所設計的SVC具有很好的速動性和可靠性,基本實現(xiàn)了無功全補償。