供电系统中无功补偿设计应用经济性分析.pdf
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1、总第2 31 期2023年第9期经验交流摘要:通过对某公司供电系统电能质量进行剖析,提出其中所存在的谐波与无功问题,之后提出利用SVG(静止无功发生器)与APF(有源滤波器)对供电系统的集中动态补偿方案,并利用MATLAB软件进行模拟仿真,判断该补偿方案的可行性。最后将该无功补偿设计方案应用于某公司供电系统当中,对其应用经济性进行分析。关键词:供电系统;静止无功发生器;无功补偿;经济性中图分类号:TM714.31问题的提出某企业供电系统是由35 kW变电站所提供的,该变电站主变容量为两台1 0 0 0 0 kVA变压器。变电站为厂区办公楼、生产、包装等产线车间供电。地面配电一、二级负荷为双回路
2、放射式,三级负荷为单回路放射式。厂内电路敷设以电缆井为主,配电电缆电压为10kV。经过检测发现该企业供电系统功率因数相对较低,平均功率因数仅达到0.6 7 9,并且三项谐波含量较大,其中相谐波电流最大值可达47.35 A。此种情况下,企业内部设备的运行效率相对较低,电能消耗量较大,并且高含量谐波会对系统设备的运行稳定性和安全性产生影响,不利于企业的健康生产。2无功补偿设计方案2.1硬件设计根据某企业供电系统的实际情况来看,本次方案设计利用TMS320F2812型的数字信号处理器对所采集的参数进行计算,该芯片具有延迟低、计算精度高的特点。在整个电路当中还包含有信号采集模块、信号调理模块、过零捕获
3、模块、保护控制模块等。2.2软件设计在系统进行无功补偿时,需要采集电网电压、电容电压、电流信号等信息,以此为基础,经过计算得出具体补偿数值,进而实现无功补偿,因此软件设计也需要围绕该方面开展。本次无功补偿软件程序逻辑设计如下所示:1)在系统开始后首先对其中的模块和接口进行初始化操作;2)对系统进行自检,查看系统内部各模块功能是否正常;3)根据系统预先设定的定时模块进行中断指令;4)中断后查询各数据采集程序是否存在逻辑错误,如果发生错误则进行自动处理,错误处理完成后再次进入中断指令;5)进行数据采集,采集完成后传递至TMS320F2812收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 5作者简介:张嘉伟(
4、1 994一),男,山西晋中人,本科,毕业于中北大学信息商务学院,助理工程师,研究方向为电气工程。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization供电系统中无功补偿设计应用经济性分析张嘉伟(山西焦煤西山煤电铁路公司,山西太原0 30 0 0 0)文献标识码:A数字信号处理器中,处理器通过自身所附带的A/D转换器将传递回的电流模拟信号转换为数字信号,再根据预先输人的算法对谐波和无功功率进行计算,得出PWM脉冲信号;6)将脉冲信号传递至驱动电路,进行无功补偿后结束一个周期的运行。3仿真模拟为了判断无功补偿设计方案的有效性,利用MA
5、T-LAB软件对并联有SVG与APF装置的电路进行仿真模拟,所建立模型如图1 所示。在具体仿真模拟过程中,电源参数设置为38 0 V,频率设置为5 0 HzSVG装置投人时间为0.1 s,APF装置投人时间为0.2 s。Disrede.Ts-50-06spoweguiLabeitem图1 并联有SVG与APF装置的电路由图1 可知,在SVG与APF装置均投人电路当中,Display模块显示的功率因数为0.9 8 0 8,相比较未投入时的0.8 932 有了一定的提高,由此可见本次设计的无功补偿装置能够对无功功率进行有效补偿。经过仿真分析,可以得出电网波形图如图2 所示。500400MMMMM3
6、002001000-100-200-300-400-5000由图2 可知,在0.1 s时投入SVG装置,电网波Total 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.088文章编号:2 0 9 5-0 7 48(2 0 2 3)0 9-0 2 6 6-0 2Aceve&RestwRowaia ief iahia.refia.realNINVI0.050.10图2 电网波形VabeMag_V_1ubePQDisardte3-phaeC0.15LinPE330V/20V0.202.98080.250.302023年第9期形幅度有了明显的改善,在0.2
7、 s时投入APF装置后,不规则波形逐步转变为规则的正弦波形。除此之外,经过波形图的计算分析可知,在仿真初始阶段(0.1 s以内),供电系统总谐波畸变率高达2 4.0 1%,而在0.2 s后投人SVG与APF装置后,供电系统总谐波畸变率降低至1.41%,降低幅度为2 2.6%。由此可见,在供电系统当中介入SVG与APF装置能够有效抑制谐波的产生,确保供电系统运行平稳性。4实践应用分析4.1应用效果分析4.1.1电电压稳定性分析无功补偿方案主要应用于某公司供电系统当中,SVG与APF装置并人1 0 kV低压侧,变压器型号为SF7-10000/35。在无功补偿装置投人之前,经过2 4h监测可知母线电
8、压波动较大,而在投无功补偿装置投人后母线电压波动有了极大的下降,具体波动变化情况如图3所示。1614F12210出86F42040图3SVG与APF装置投入前后1 0 kV母线2 4h电压值由图3可知,在未投人SVG与APF装置时,某公司供电系统1 0 kV母线2 4h电压值波动较大,其中最低值为9.1 2 kV,最高值为1 3.7 5 kV,节点电压合格率相对较低,对生产有着严重的影响。在投入SVG与APF装置后,供电系统1 0 kV母线2 4h电压值波动相对平稳,最大电压值为1 0.41 kV,最小电压值为0.12kV,符合供电稳定性需求,由此可见在本次所设计的无功补偿装置有着良好的应用效
9、果。4.1.2谐波抑制情况分析本次研究在SVG与APF装置投人前后均对供电系统的谐波电流情况进行了详细检测,检测结果如表1所示。表1 SVG与APF装置投入前后谐波电流情况95%最大值最大值/A平均值/A最小值/A谐波IA相数次数投入投人投入投入投入投人投入投入前后前后前后前后L147.353.3537.123.1221.393.39 7.900.9总谐波L222.633.6337.922.9224.322.326.010.61电流L346.832.8334.452.4521.072.079.640.64由表1 可知,经过无功补偿后,谐波电流最大值、平均值、最小值、95%最大值均有明显下降L1
10、相总谐张嘉伟:供电系统中无功补偿设计应用经济性分析4.2经济效益分析某公司在无功补偿设计方案实施后,电能质量问题得到有效解决。除此之外,还能够有效降低设备在运行过程中的电能消耗。如果某公司变电站在经过无功补偿后的增益为Y,则可以将其表示为:Y=SN.式中:S为经过补偿后每年能够降低的电能消耗量,单位为kWh;N为电价利润,元。根据某公司上一年电能统计情况可知,每年由电能增益所能接受的成本约为30.5 3万元。通常情况下,在供电系统当中每投入1 kV无功功率,便能够解决直配电路0.0 2 0.0 3kW的电能,在二级变压供电过程中能够解决0.0 6 0.1 kW的电能,在三级变压供电过程中能够解
11、决0.1 0.1 5 kW的电能 2 。因此,本次经济效益计算以单位无功量解决0.1kW的电能为准。本次所投入的无功补偿装置能够自动采集、存储系统运行时间以及累计无功电量,根据系统显示数据可以计算出某个时间段内无功补偿9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23装置所发出的无功量。在SVG与APF装置投人后屏时间/h显时间数据为35 7 9 2 3s开始计算,直到2 0 d后查看-未投人SVG和APF装置一投人SVC和APF装置屏显时间为2 0 9 7 8 1 9 s,可以得出具体运行时间为20.13d。经过系统数据查看可发现,此时间段所发出的无功电量
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