一种改进型的混合动态无功补偿器系统设计

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新型混合动态无功补偿器

新型混合动态无功补偿器设计者:张敏,徐然,边文浩,韩偲彬,汪竞之,王静指导教师:尹忠东摘要现配电系统中普遍存在的无功不足、功率因数过低等问题，由于系统中存在消耗无功功率的电气设备，在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50% ,其余的则消耗在配电网中。

因此，为了减少无功功率在网络中的输送，在配电网络中分散的负荷区进行无功就地补偿，则可大大提高系统功率因数，减少线路损耗，降低能耗，提高设备利用率。

通过分析可知，现有的无功补偿装置均有各自的缺点，因此在此基础上提出了一种全新的动态无功补偿技术，有别于常规的SVC，而是采用固定电容器或者电抗器串联逆变器的结构，通过调节逆变器的输出电压，改变固定电容器上的电压，实现调节系统无功的目的。

以系统无功最小为控制目标设计控制算法，通过选择逆变器元件参数实现系统功能。

利用PSCAD仿真软件建立仿真模型对系统进行仿真，对系统各部分提供无功曲线，补偿装置输出的无功功率、电压、电流波形曲线及频谱图进行分析可知此补偿装置无需低通滤波器，注入系统的谐波含量很小，电流失真度小，动态性能好，逆变器装置容量小，且在设计容量范围内能精确的发出或吸收无功，将补偿支路的功率因数提高到0.95 左右。

通过设计和制作原理样机并挂网运行，可知该无功补偿装置结构简单，具有一定的实用价值和可推广性。

关键词无功补偿，功率因数，逆变器，动态性能一、概述在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。

如自然平均功率因数在0.70～0. 85之间。

企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90% ，如果把功率因数提高到0. 95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。

由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

（1）节省企业电费开支提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。

动态无功补偿装置的优化

动态无功补偿装置的优化在电力系统中常用的无功补偿装置主要有机械投切电容器装置、晶闸管投切电容器装置、晶闸管控制电抗器与固定电容器以及静止无功发生器。

它们有的调节电容有级差；有的属于间接调节电容，经济效益相对较差；还有的控制器设计复杂，成本昂贵。

因此，现在提出一种新的电力电容器调容方法，应用PWM控制原理，采用并联电容器连续调容，克服分组投切电容器时电容有极差的缺点，更有利于电力系统进行动态无功功率补偿。

1、PWM技术原理PWM连续调节电容的原理如图1 所示，其中电阻R和电感L是线路的电感和阻尼电阻，pulse1和pulse2是PWM发生器产生的二脉波PWM脉冲，控制k1和k2的开关来投切C1和C2。

图1 PWM 连续调节电容原理k1和k2互补动作，pulse1的宽度为Δt1，pulse2的宽度为Δt2，Δt1与Δt2之和Δt保持恒定，Δt1与Δt的比值为pulse1的占空k。

根据PWM控制面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果即环节的输出响应波形基本相同。

在Δt1时间内投入的电容C1与在Δt时间内投入的等效电容C 对整个电路的作用效果相同，在1个脉冲周期Δt1和Δt2时间内分别投入C1和C2，与在Δt 时间内投入等效电容C对整个电路的作用效果相同。

调节脉冲占空比k可调节投入电路的等效电容，理论推导如下：当Δt很小时，由于电感L的存在使得流过电容C1和C2的瞬时电流与流过电感的瞬时电流值相等设为I，在Δt时间内k1导通，根据等面积原理在Δt1内流过C1的等效电流为I1=I·Δt1Δt ；C1两端电压大小为U1= I1棕C1；流过C2的等效电流为I2=I·Δt2Δt ；C2两端电压大小为U2= I2棕C2；则等效电容C两端的电压为U0=U1·Δt1Δt +U2·Δt2Δt 。

整理得C= C1C2(C1+C2)K2- 2C1K1+C1。

一种动态无功补偿装置控制系统的设计

传统补偿方式的缺点：
传统的补偿装置是固定电容器（FC），虽然在一定程度上改善了功率因数，但仍存在着很多问题。
a.补偿精度差，跟随性不强 b.投入电容器时涌流较大，易发生事故，同时影响电容器的使用寿命
c.运行时噪声较大 d.采用电磁式接触器投切，可靠性差运行时容易产生自激现象、过电压现象、涌流现象、高次谐波现象、保护熔断器群爆现象等。造成电容器损坏，甚
控制系统由信号转化电路、通信模块、投切控制电路等模块组成
2.6 控制系统软件设计
以西门子S7-200可编程控制器为控制核心，实时监控电网的电压、电流，并计算出有功、无功、功率因数等，根据晶闸管过零触发电容器投切，实现无功补偿的自动跟踪和自动投切，大大提高系统的便捷性和可靠性。
2.4 控制方案
表2 无功补偿装置的性能比较
采用无功功率控制，根据所测得的电信号参数，计算出应投入的电容容量，在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器一次投切到位，即只有当补偿系统所需容量大于或等于最小一组电容器容量时，才会由控制系统发出投切指令。
2.5 控制系统总体结构
2.2 补偿方案的确定
图1 配电系统无功补偿方式
确定补偿方案为低压补偿，按照方式4分散补偿的原则进行设计和配置，并且采用跟踪补偿的补偿方式
2.3 补偿量的计算依照改造方案提出的将功率因数提高到0.96左右。则所需提供补偿的电容器总容量按下式计算
其中φ1是自然功率因数角，φ2是目标功率因数角。系统运行自然有功功率和自然功率因数按监测的平均值设定。
2.7 动态无功补偿装置总体方案
三相平衡负载TSC无功补偿回路由主回路、信号检测回路、操作回路和控制回路组成

一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统[发明专利]

专利名称：一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统专利类型：发明专利
发明人：马幼捷,曹露文,周雪松,高志强
申请号：CN201710628880.0
申请日：20170728
公开号：CN107221940A
公开日：
20170929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统，该控制系统包括信号调理电路单元、DSP控制单元以及驱动电路单元；其中所述DSP控制单元包括：补偿电流检测模块、DSP控制模块和脉冲触发模块，并且所述DSP控制单元包含线性自抗扰控制算法；其优越性在于结合高性能数字信号处理器和先进的线性自抗扰控制算法，大大提高了控制精度和效果，能实现补偿电流对指令电流的快速实时跟踪，克服了在冲击性负载及负载突变时系统中静止同步补偿器的抗干扰能力弱的问题，能够快速准确响应，使系统达到稳定。

申请人：天津理工大学
地址：300384 天津市西青区宾水西道391号
国籍：CN
代理机构：天津耀达律师事务所
代理人：张耀
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无功补偿系统的设计与优化

无功补偿系统的设计与优化无功补偿系统是电力系统中一个重要的组成部分，它的设计和优化对于提高电力系统的稳定性和降低能耗具有重要意义。

本文将从设计原理、优化方法和实际应用等方面，对无功补偿系统进行详细介绍。

1. 设计原理无功补偿系统的设计原理主要包括无功补偿的目标、补偿方式和补偿设备选择等方面。

首先，无功补偿的目标是为了提高电力系统的功率因数，减少无功功率的流失，以提高能效。

其次，根据电力系统的负载特性和无功功率的产生源，可以选择静态无功补偿和动态无功补偿两种主要的补偿方式。

静态无功补偿一般通过串联或并联电容器进行实现，而动态无功补偿则通过控制可调电抗器或STATCOM等设备来实现。

最后，根据电力系统的需求和经济性，选择合适的补偿设备，包括电容器、电抗器、电力电子器件等。

2. 优化方法无功补偿系统的优化方法主要包括功率因数优化、无功功率流动优化和无功补偿设备的配置优化。

首先，功率因数优化是通过调整无功补偿设备的容量和位置，使得电力系统的功率因数接近于1，以降低整体无功功率损耗。

其次，无功功率流动优化是通过减少电力系统中的无功功率损耗，优化电力系统的潮流分布，提高能效和稳定性。

最后，无功补偿设备的配置优化是根据电力系统的运行状态和负载变化情况，选择合适的补偿设备和配置方案，以实现最佳的补偿效果。

3. 实际应用无功补偿系统在电力系统中得到了广泛的应用。

首先，无功补偿系统的设计和优化可以通过软件仿真和计算分析等手段进行。

利用电力系统仿真软件，可以对电力系统的无功补偿效果进行模拟和评估，从而指导系统的设计和优化。

其次，在实际应用中，无功补偿设备的选择和配置需要考虑诸多因素，如电力系统的负载变化、电压稳定性、经济性等。

通过对不同情况下的实测数据和经验总结，可以得到合理的无功补偿设备选择和配置方案。

最后，无功补偿系统的运行与监测也是实际应用中需要注意的问题，通过监测设备和系统的运行状态，可以及时调整和优化补偿系统的运行效果。

一种混合型动态无功补偿装置

一种混合型动态无功补偿装置技术领域[0001] 本实用新型涉及无功补偿技术领域，尤其涉及一种混合型动态无功补偿装置。

背景技术[0002] 无功补偿，全称无功功率补偿，是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的技术。

所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。

[0003] 目前大多数无功补偿装置由于安装柜比较庞大，在安装过程中对场地和安装的设备都有很高的要求，且大多无功补偿装置仍采用螺栓连接的方式进行安装固定，螺帽在使用中易沾水生锈或用力过度出现滑丝，给后续检修工作带来了诸多不便，影响设备的正常使用，对此需要进行改进。

实用新型内容[0004] 本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种混合型动态无功补偿装置。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种混合型动态无功补偿装置，包括底座、安装箱安放装置，所述底座的上表面固定连接有安装座，所述安装箱位于底座的正上方，所述安装箱的下表面固定连接有推动架，所述推动架的下表面转动连接有滚轮，所述安装箱的内壁放置有补偿本体，所述安放装置位于安装座的上表面设置，所述安放装置包括斜块，所述斜块与安装座的内壁转动连接，所述安装座的上表面固定连接有安装块，所述安装块的内壁插设并转动连接有移动螺杆，所述移动螺杆远离安装块的一端贯穿安装座，所述移动螺杆与安装座的内壁转动连接，所述移动螺杆位于安装座的一端固定连接有把手，所述移动螺杆上套设并螺纹连接有抵块，所述抵块位于安装块中，所述抵块与安装块的内壁滑动连接，所述安装块靠近移动螺杆的两侧均插设并滑动连接有移动块，所述移动块远离安装块的一端固定连接有插板，所述插板远离安装块的一端插入推动架，所述插板与推动架的内壁相抵。

[0006] 优选的，所述插板靠近安装块的一侧固定连接有两个对称设置的拉伸弹簧，所述拉伸弹簧远离插板的一端与安装块固定连接。

动态无功补偿器控制系统软件设计--毕业设计(论文)

大学毕业设计（论文）动态无功补偿器的控制系统软件设计学院（系）：自动化专业班级：学生姓名：指导教师：教授摘要随着社会的飞速发展，工业现场中大量冲击负荷以及感性性负荷接入电网，工业环境越加复杂。

这些冲击负载和感性负载大量地消耗电网无功功率，从而拉低功率因数，造成电网电压的波动，电网的安全且正常运行受到了巨大的挑战。

于此同时负载不断地变化使固定无功补偿的传统方法完全没有办法满足现代工业环境的需要。

所以，设计具有动态调节功能的无功补偿装置对于现代工业生产具有重要的实践意义；而设计动态无功补偿器控制系统的软件，就可以更加方便的完成对于现代工业的进一步发展。

本文大致可看成以下几个部分：（1）完成了动态无功补偿装置的总体方案设计。

在分析对比传统静止无功补偿装置的优缺点后，构建了一种动态无功补偿装置拓扑结构。

并根据动态无功补偿装置的拓扑结构，设计了其控制系统方案以及主电路、操作回路电路等。

（2）动态无功补偿器的拓扑结构。

（3）完成了动态无功补偿装置的控制系统软件设计。

本章进行动态无功补偿装置的控制系统软件设计，其中主要包括PLC程序设计和显示设备监控程序设计这两部分。

通过PLC程序进行调节，然后通过显示设备将参数和各类数据直观地体现出来。

本课题重点在于设计一种动态无功补偿装置的软件，该软件能实时分析计算电网无功需求，并根据实际情况得出数据使得无功补偿装置发出无功功率的大小，使得该装置具有就地动态无功补偿的功能，稳定电压，提高电网的功率因数，使得电网稳定安全的运行。

关键词：阻抗变化；无功补偿；动态；软件AbstractWith the rapid development of society, a large number of industrial impact load and sensory load access to the power grid, the industrial environment more complex. These shock loads and inductive loads consume a large amount of reactive power in the grid, thus driving down the power factor, resulting in grid voltage fluctuations, the safety and normal operation of the grid has been a huge challenge. At the same time, the constant load changes make the traditional method of fixed reactive power compensation no way to meet the needs of modern industrial environment. Therefore, the design of dynamic adjustment function of the reactive power compensation device for the modern industrial production has important practical significance; and the design of dynamic reactive power compensation control system software, you can more easily complete the further development of modern industry.This thesis can be regarded as the following parts:Completed the dynamic reactive power compensation device overall program design. After analyzing the advantages and disadvantages of the traditional static reactive power compensation device, a dynamic reactive power compensation device topology is constructed. According to the topology of dynamic reactive power compensation device, the control system and the main circuit and operation circuit are designed.Topological structure of dynamic reactive compensator.Completed the dynamic reactive power compensation device control system software design. This chapter carries on the dynamic system of the software design of the dynamic reactive power compensation device, which mainly includes two parts: PLC program design and display device monitoring program design. Through the PLC program to adjust, and then through the display device parameters and various types of data intuitively reflected.This thesis focuses on the design of a reactive power compensation device based on IGBT dynamic software, the software can real-time analysis and calculation of reactive power demand, and according to the actual situation of the data so that the reactive power compensation device by the size of the reactive power, so that the device has a local dynamic reactive power compensation function, voltage stability, improve power the power factor of the grid, the stable and safe operation.Key words: Impedance change；Reactive power compensation；Software；Dynamic目录第1章绪论 (1)1.1研究目的及意义 (1)1.2相关技术国内外研究的现状 (1)1.3本文主要研究内容 (2)第2章动态无功补偿器的拓扑结构 (3)2.1晶闸管投切电容器式动态无功补偿器拓扑结构 (3)2.2晶闸管控制电抗器+机械式投切电容式无功补偿装置拓扑结构 (3)2.3动态无功补偿装置的拓扑结构 (5)2.4本章小结 (6)第3章动态无功补偿器总体方案设计 (7)3.1动态无功补偿装置的设计要求 (7)3.2主电路及操作回路电路设计 (7)3.2.1动态无功补偿装置主电路设计 (7)3.2.2动态无功补偿装置操作回路电路设计 (9)3.3本章小结 (11)第4章动态无功补偿装置的控制系统软件设计 (12)4.1 动态无功补偿装置PLC程序设计 (12)4.1.1 PLC程序结构图 (12)4.1.2 PLC主程序设计 (14)4.1.3 PLC子程序设计 (14)4.2动态无功补偿装置监控系统软件设计 (19)4.2.1 MCGS嵌入版组态软件结构 (20)4.2.2 MCGS组态软件用户窗口设计 (20)4.3本章小结 (23)第5章总结与体会 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1研究目的及意义本课题是针对动态无功补偿器控制技术的研究。