農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)研究

摘 要：現(xiàn)階段，我國農(nóng)村用電量急劇增加，這就導(dǎo)致農(nóng)網(wǎng)電網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)載增多，供電負(fù)擔(dān)越來越大，電能質(zhì)量逐漸下降。因此，在電力系統(tǒng)中如何增強(qiáng)用電穩(wěn)定性，提高電能利用率就逐漸成為了一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域。用率就逐漸成為了一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域。本文的主要思想是采用無功補(bǔ)償技術(shù)，通過設(shè)計(jì)一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對農(nóng)村電力系統(tǒng)的提質(zhì)增效。

關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)；無功補(bǔ)償；混合控制策略

中圖分類號：TM727.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0111-01

引 言

近年來，國民經(jīng)濟(jì)的快速使得電力需求不斷增大。同時(shí)，也促使我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，發(fā)電、輸電能力不斷提高。但相對于主網(wǎng)的發(fā)展，我國配電網(wǎng)建設(shè)及發(fā)展速度明顯滯后，特別是無功分布不合理、補(bǔ)償設(shè)備少、投運(yùn)率低等現(xiàn)象長期存在，使得系統(tǒng)運(yùn)行電壓質(zhì)量難以得到保證，網(wǎng)絡(luò)損耗問題日益突出。

1 農(nóng)村配電網(wǎng)的特點(diǎn)

相比其他形式的配電網(wǎng)，農(nóng)村配電網(wǎng)負(fù)荷季節(jié)性強(qiáng)、日負(fù)荷變化大。為了滿足每年4～9月高峰時(shí)段負(fù)荷要求，大多數(shù)農(nóng)村配電變壓器容量選擇過大，造成其他時(shí)段變壓器長時(shí)間處于輕載甚至空載狀態(tài)；此外，農(nóng)村配電網(wǎng)以輻射性結(jié)構(gòu)為主，電壓等級在電力系統(tǒng)的最末端，一條配電線路通常會(huì)T接十幾臺容量不等的配電變壓器，并且這些變壓器分布較廣。

2 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的原理與特性分析

TSC和SVG作為目前兩種主要的補(bǔ)償裝置，因其性能優(yōu)勢在電力系統(tǒng)中被大量使用。特別是TSC在多年的應(yīng)用中普遍被人們所認(rèn)可，這種補(bǔ)償裝置沒有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、控制算法簡單、安裝費(fèi)用少。但也有其不足之Ah，最突出的缺點(diǎn)是不能連續(xù)地補(bǔ)償，因此其補(bǔ)償效率仍有提升空間。SVG裝置在近幾年來得到了較快發(fā)展，該裝置能夠迅速響應(yīng)系統(tǒng)中的無功需求，進(jìn)而完成連續(xù)、快速、無極補(bǔ)償，效果極好。

3 無功補(bǔ)償系統(tǒng)概述

3.1 TSC無功補(bǔ)償裝置

TSC的工作原理是將單向晶閘管反向并聯(lián)接入電路，由于電容器不同于普通開關(guān)，這種幵關(guān)形式?jīng)]有傳統(tǒng)開關(guān)的觸點(diǎn)。所以，TSC裝置中需要通過過零檢測的方法實(shí)現(xiàn)開斷。出于安全考慮，TSC的工作電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)小阻值電阻，該電阻的安裝目的在于防止因?yàn)檎`操作引起的瞬間大電流，一般誤操作是指電容器在非恰當(dāng)時(shí)刻投入6同時(shí)，它還可以避免某些特定頻率上發(fā)生諧振。

3.2 SVG無功補(bǔ)償裝置

SVG相當(dāng)于并聯(lián)在電網(wǎng)上的自換相橋式電路，通過調(diào)節(jié)該電路交流側(cè)輸出電壓相位和幅值，使電路吸收或發(fā)出滿足負(fù)載要求的無功電流，繼而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。SVG由一個(gè)IGBT電壓型變換器橋路構(gòu)成，經(jīng)串聯(lián)電抗器與電網(wǎng)相連。在正常工作時(shí)，首先通過檢測線電壓Usab，Usbc，Usca和線電流Ia，Ib，Ic來計(jì)算其有功和無功功率P和Q，再通過與有功和無功功率期望值Pref，Qref進(jìn)行比較，所得差值送到PI控制器，計(jì)算出在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓Ud和Uq，然后通過坐標(biāo)變換求出兩相靜止坐標(biāo)系下的輸出電壓Uα和Uβ，接著將信號Uα和Uβ送入SVPWM矢量模塊，生成三相上、下橋臂6路驅(qū)動(dòng)脈沖，從而對IGBT進(jìn)行通斷控制，即實(shí)現(xiàn)輸出電壓相位和幅值調(diào)節(jié)，使電路吸收或發(fā)出相應(yīng)的無功電流，進(jìn)而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康摹VG的優(yōu)點(diǎn)是：充分考慮了母線電壓、有功功率和無功功率的關(guān)系，使補(bǔ)償裝置的性能顯著提高；可通過調(diào)節(jié)輸出電壓來控制無功電流，從而實(shí)現(xiàn)無功功率連續(xù)性調(diào)節(jié)。其缺點(diǎn)是算法復(fù)雜，設(shè)備昂貴，占地面積大，維護(hù)成本較大，無法及時(shí)對損壞裝置進(jìn)行定位，維修難度極大。

3.3 混合型無功補(bǔ)償裝置

混合型無功補(bǔ)償裝置主要由控制器、SVG補(bǔ)償部分、電容器補(bǔ)償部分等組成，由統(tǒng)一的控制器進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)電容器支路“粗補(bǔ)”，SVG模塊“細(xì)補(bǔ)”，利用SVG可快速有效輸出雙向無功的能力，來消除電容補(bǔ)償?shù)募壊?，統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合工作。在大部分配網(wǎng)中，其負(fù)荷波動(dòng)性與工業(yè)場合相比較小，混合型補(bǔ)償裝置可以利用電容部分提供主要補(bǔ)償容量，大大降低了補(bǔ)償設(shè)備的成本。主要由控制器、SVG補(bǔ)償部分、電容器補(bǔ)償部分等組成，由統(tǒng)一的控制器進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)電容器支路“粗補(bǔ)”，SVG模塊“細(xì)補(bǔ)”，利用SVG可快速有效輸出雙向無功的能力，來消除電容補(bǔ)償?shù)募壊?，統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合工作。

4 TSC+SVG無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件電路釆用模塊化設(shè)計(jì)，主要功能模塊有：信號檢測及處理模塊、控制投切模塊、電源模塊、人機(jī)交互模塊、存儲模塊等。信號檢測及處理模塊負(fù)責(zé)配電網(wǎng)電壓、電流的數(shù)據(jù)采集，DSP輸入信號調(diào)理，以及A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等；DSP主控芯片負(fù)責(zé)通過相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的信號控制；控制投切模塊負(fù)責(zé)根據(jù)控制器發(fā)出的信號分別對TSC和SVG兩種裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)補(bǔ)償，電源模塊負(fù)責(zé)選擇合理控件和電路保證整個(gè)控制器的電壓穩(wěn)定，防止器件損壞；存儲模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)記錄，包括指定時(shí)刻電網(wǎng)參數(shù)以及補(bǔ)償前后數(shù)據(jù)變化幅值等等；人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)接收操作者的各種命令，完成數(shù)據(jù)交換，通過顯示反饋電路運(yùn)算及處理過的數(shù)據(jù)信息。

4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序設(shè)計(jì)的好與壞直接影響控制系統(tǒng)運(yùn)行的合理性。對系統(tǒng)上電以后，首先進(jìn)行的是系統(tǒng)初始化設(shè)置，主要包括主系統(tǒng)初始化和外接模塊初始化。隨后判斷系統(tǒng)是否正常，此時(shí)若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將故障信息進(jìn)行反饋；如果正常，接下來對中斷配置并判斷是否允許執(zhí)行相應(yīng)中斷服務(wù)程序。如果允許，則對定時(shí)器T1進(jìn)行設(shè)置，完成信號采集、參數(shù)計(jì)算、無功檢測等環(huán)節(jié)輸出運(yùn)算結(jié)果。

4.2.2 初始化設(shè)計(jì)

軟件程序首先是對控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成控制參數(shù)初始化、控制變量的初始化以及控制芯片內(nèi)部的EPWN模塊、ECAP模塊、捕獲模塊、串口通信模塊、ADC模塊及實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊等進(jìn)行初始化設(shè)置。

5 結(jié) 語

隨著農(nóng)村電網(wǎng)用電量的急劇增加，導(dǎo)致農(nóng)網(wǎng)配電系統(tǒng)無功負(fù)荷迅速增加，使電能質(zhì)量不斷惡化。針對這個(gè)問題，論文通過采用無功補(bǔ)償技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種混合無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對農(nóng)村電力系統(tǒng)的提質(zhì)增效。文章首先詳細(xì)說明了當(dāng)前農(nóng)村配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行理論介紹，并在此基礎(chǔ)上分析了混合無功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)，明確了混合控制系統(tǒng)對農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙佳婷.農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)难芯縖D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

收稿日期：2018-7-20