電力系統(tǒng)配電網(wǎng)節(jié)能控制新技術(shù)研究

賈友鑫

【摘 要】對配電網(wǎng)電參數(shù)進行分析研究，并進行電網(wǎng)無功補償和諧波治理，不僅能大幅度減少無功電能損耗、提高功率因數(shù)，同時還能凈化電氣環(huán)境，提高電能質(zhì)量，具有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。降低電網(wǎng)無功功率損耗是實現(xiàn)電力節(jié)能減排的重要途徑，已成為當(dāng)前電力節(jié)能領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點、難點。

【關(guān)鍵詞】諧波；無功功率；ARM

0.引言

隨著工業(yè)化進程的不斷加快，在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)中的諧波污染日趨嚴(yán)重，同時大多數(shù)電力電子裝置功率因數(shù)低，給電網(wǎng)帶來了額外的負擔(dān)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，不但對供電質(zhì)量的要求越來越高，而且電力節(jié)能問題是關(guān)系我國經(jīng)濟社會發(fā)展的一個重大戰(zhàn)略問題。另外，由于配電網(wǎng)無功補償不足和諧波污染等問題越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致配電網(wǎng)功率因數(shù)低，諧波污染大，不僅導(dǎo)致配電網(wǎng)電能損失嚴(yán)重，并大大降低了配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。節(jié)電作為國家節(jié)能戰(zhàn)略的重要組成部分，已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針。

1.高低壓配電網(wǎng)節(jié)能控制新技術(shù)方案

本方案涵蓋信息采集、數(shù)據(jù)分析與傳輸、諧波動態(tài)治理、無功功率補償?shù)榷囗椆δ茉趦?nèi)的高度可靠、配置靈活、可擴展的綜合性電氣節(jié)能系統(tǒng)。以相關(guān)技術(shù)為依據(jù)，高低壓電器節(jié)能裝置相搭配，解決了配電網(wǎng)多層次、全方位綜合節(jié)能的難題。整個方案包括企業(yè)高壓配電網(wǎng)、企業(yè)低壓配電網(wǎng)、監(jiān)控和管理層面。

在高壓電網(wǎng)側(cè)，主要放置的電氣節(jié)能裝置為HVHQC，它集諧波治理和無功補償于一體，是整個高壓側(cè)電氣節(jié)能的核心。HVHQC系統(tǒng)中諧波治理部分采用的是注入式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于它使有源部分承受基波電壓小， 使有源部分的容量將大大降低，同時對于諧波來說，其注入大小跟注入電容有較大的關(guān)系，當(dāng)選取合適的值時，能對諧波進行有效的治理。相對于高壓補償裝置來說，使用低壓自動補償裝置可以實現(xiàn)迅速補償。因此在配電網(wǎng)中，為減少線路損耗達到最佳緊急效益，盡量減少有功功率以外的功率流動。無功無償應(yīng)以隨機補償為主，高壓線路中的補償、變電站補償為輔。

2.高低壓配電網(wǎng)節(jié)能控制系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 HVQC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在配電網(wǎng)高壓側(cè)，HVQC起著動態(tài)治理諧波和連續(xù)調(diào)節(jié)無功的作用。其諧波治理部分主要包括逆變器直流側(cè)整流電路、電壓型逆變器、輸出濾波器、耦合變壓器、基波諧振支路等，無功調(diào)節(jié)部分主要包括TCR和注入電容等。無功調(diào)節(jié)部分對流入高壓母線的無功電流進行補償，達到維持電網(wǎng)母線電壓，改善功率因數(shù)的作用。諧波治理部分對負載及TCR調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的諧波進行動態(tài)治理，降低母線電流畸變率，改善高壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量，兩者結(jié)合，實現(xiàn)對高壓配電網(wǎng)諧波和無功的綜合治理，實現(xiàn)高壓高品質(zhì)電氣節(jié)能的目的。

2.2 VQC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在配電網(wǎng)低壓側(cè)，VQC起著補償?shù)蛪号潆娋W(wǎng)無功的作用，是整個低壓配電網(wǎng)電氣節(jié)能的核心。VQC補償容量大，能進行無功連續(xù)補償，造價低，利于大規(guī)模應(yīng)用。主電路包括電壓型逆變器、連接電抗、晶閘管模塊、投切電容器組等。起動電路主要是在DSTATCOM逆變器工作之前，利用整流電路給直流側(cè)電容充電，當(dāng)直流側(cè)電容電壓達到參考電壓時再斷開整流電路并網(wǎng)開關(guān)。VQC中投切電容器組達到“粗補”的效果，而DSTATCOM根據(jù)所需的無功進行連續(xù)的容性到感性的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)“精補”的效果。

3.系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

硬件設(shè)計的核心為32位ARM的單片機，ARM單片機主要用于完成各種控制算法，生成控制量并用于驅(qū)動功率器件等，通過電壓/電流變送器采用高線性、寬頻帶交流變送器實現(xiàn)對電網(wǎng)變量的實時采集，并將其轉(zhuǎn)換為A/D采樣所能接受的信息范圍，傳送至A/D采樣芯片，ARM單片機通過采集A/D采樣的信息，將這些信息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電量等等需要的電參數(shù)數(shù)據(jù)，并把這些實時數(shù)據(jù)進行存儲。但是ARM單片機它雖然能對采集信息進行采集和計算，但受硬件設(shè)備的限制，無法向用戶提供較為良好的界面和存儲空間。為了對系統(tǒng)的運行情況進行有效監(jiān)控，搜集電網(wǎng)電壓、電流的實時信息，了解電網(wǎng)的運行情況，需要進行監(jiān)控系統(tǒng)的PC軟件設(shè)計，它能對電網(wǎng)電壓、電流參量的長期監(jiān)測與分析、保存，同時可通過傳輸通道向其它一級進行參數(shù)和信息傳遞。

4.系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分可以通過A/D采集實現(xiàn)電網(wǎng)各種電參數(shù)的采集、計算、存儲，但由于諸多限制，不能很好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計功能，也不能很好的進行人機界面的友好展示，也就要給整個系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)能夠同時采集多個硬件檢測點的各種電能數(shù)據(jù)匯總到PC機的軟件上，再換算成實際對應(yīng)的電壓、電流、各種電參數(shù)等，并以多種形式直觀顯示監(jiān)測分析結(jié)果；可以進行歷史數(shù)據(jù)的存儲，并按照時間進行數(shù)據(jù)查詢，可根據(jù)查詢的結(jié)果生成EXCEL報表進行打印保存?？蓪Ω麟妷骸㈦娏髟O(shè)置報警定值和時限定值，當(dāng)測量值越限時，計算機報警并記錄當(dāng)時的時間及報警前后一段時間內(nèi)的波形和參數(shù)以便查詢；電壓電流可按要求設(shè)定保護動作定值和時限定值，當(dāng)越限時，自動產(chǎn)生控制信號驅(qū)動保護跳閘繼電器輸出；系統(tǒng)中報警保護定值、PT和CT變比均可由用戶整定。

4.1實時顯示部分

實時顯示部分顯示的是系統(tǒng)采樣計算當(dāng)前電網(wǎng)中各種電參數(shù)的數(shù)據(jù)情況，它包括電流電壓功率電量等數(shù)據(jù)顯示、也可以顯示參數(shù)的波形圖，95%概率值及波形畸變率棒圖顯示、諧波功率譜棒圖顯示、各種參數(shù)的表格數(shù)據(jù)顯示、波形變比趨勢顯示等。由于系統(tǒng)同時對多條線路同時獨立地進行監(jiān)測和分析，因此采用仿并行處理的多線程技術(shù)，滿足系統(tǒng)對多條線路獨立的、同步的，互不干擾，互不影響地監(jiān)測和分析。同時采用坐標(biāo)變換、二維圖擬合、三維圖投影技術(shù)使得整個系統(tǒng)的顯示畫面具有多種形式，顯示圖形直觀，易于操作。

4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分

數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分分為統(tǒng)計圖部分和統(tǒng)計表部分。其中統(tǒng)計圖部分是用圖形方式顯示對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計的情況，它的特點是直觀明了，便于分析比較。統(tǒng)計表部分則是用表格方式顯示對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計的情況。它的特點是數(shù)據(jù)精確，便于定量分析。

5.結(jié)束語

作為企業(yè)電能損耗的重要組成部分，諧波治理和無功補償對實現(xiàn)企業(yè)電氣節(jié)能起到了很關(guān)鍵的作用。將高低壓節(jié)能裝置分別布置在不同等級的配電網(wǎng)側(cè)，同時利用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段將采集到的信息進行匯總，進行實時監(jiān)控和管理。該方案可實現(xiàn)對企業(yè)配電網(wǎng)無功和諧波的綜合治理，減少配電網(wǎng)的電能損失，實現(xiàn)配電網(wǎng)的綜合電氣節(jié)能。 [科]

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