论文部分内容阅读
摘 要：现阶段，我国农村用电量急剧增加，这就导致农网电网系统中负载增多，供电负担越来越大，电能质量逐渐下降。因此，在电力系统中如何增强用电稳定性，提高电能利用率就逐渐成为了一项重要的研究领域。用率就逐渐成为了一项重要的研究领域。本文的主要思想是采用无功补偿技术，通过设计一种动态补偿控制系统来实现对农村电力系统的提质增效。
关键词：农网；无功补偿；混合控制策略
中图分类号：TM727.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0111-01
引 言
近年来，国民经济的快速使得电力需求不断增大。同时，也促使我国电网结构不断优化，发电、输电能力不断提高。但相对于主网的发展，我国配电网建设及发展速度明显滞后，特别是无功分布不合理、补偿设备少、投运率低等现象长期存在，使得系统运行电压质量难以得到保证，网络损耗问题日益突出。
1 农村配电网的特点
相比其他形式的配电网，农村配电网负荷季节性强、日负荷变化大。为了满足每年4～9月高峰时段负荷要求，大多数农村配电变压器容量选择过大，造成其他时段变压器长时间处于轻载甚至空载状态；此外，农村配电网以辐射性结构为主，电压等级在电力系统的最末端，一条配电线路通常会T接十几台容量不等的配电变压器，并且这些变压器分布较广。
2 无功补偿控制系统的原理与特性分析
TSC和SVG作为目前两种主要的补偿装置，因其性能优势在电力系統中被大量使用。特别是TSC在多年的应用中普遍被人们所认可，这种补偿装置没有复杂的结构、控制算法简单、安装费用少。但也有其不足之Ah，最突出的缺点是不能连续地补偿，因此其补偿效率仍有提升空间。SVG装置在近几年来得到了较快发展，该装置能够迅速响应系统中的无功需求，进而完成连续、快速、无极补偿，效果极好。
3 无功补偿系统概述
3.1 TSC无功补偿装置
TSC的工作原理是将单向晶闸管反向并联接入电路，由于电容器不同于普通开关，这种幵关形式没有传统开关的触点。所以，TSC装置中需要通过过零检测的方法实现开断。出于安全考虑，TSC的工作电路中应串联一个小阻值电阻，该电阻的安装目的在于防止因为误操作引起的瞬间大电流，一般误操作是指电容器在非恰当时刻投入6同时，它还可以避免某些特定频率上发生谐振。
3.2 SVG无功补偿装置
SVG相当于并联在电网上的自换相桥式电路，通过调节该电路交流侧输出电压相位和幅值，使电路吸收或发出满足负载要求的无功电流，继而实现无功补偿。SVG由一个IGBT电压型变换器桥路构成，经串联电抗器与电网相连。在正常工作时，首先通过检测线电压Usab，Usbc，Usca和线电流Ia，Ib，Ic来计算其有功和无功功率P和Q，再通过与有功和无功功率期望值Pref，Qref进行比较，所得差值送到PI控制器，计算出在两相旋转坐标系下的输出电压Ud和Uq，然后通过坐标变换求出两相静止坐标系下的输出电压Uα和Uβ，接着将信号Uα和Uβ送入SVPWM矢量模块，生成三相上、下桥臂6路驱动脉冲，从而对IGBT进行通断控制，即实现输出电压相位和幅值调节，使电路吸收或发出相应的无功电流，进而达到无功补偿的目的。SVG的优点是：充分考虑了母线电压、有功功率和无功功率的关系，使补偿装置的性能显著提高；可通过调节输出电压来控制无功电流，从而实现无功功率连续性调节。其缺点是算法复杂，设备昂贵，占地面积大，维护成本较大，无法及时对损坏装置进行定位，维修难度极大。
3.3 混合型无功补偿装置
混合型无功补偿装置主要由控制器、SVG补偿部分、电容器补偿部分等组成，由统一的控制器进行集中控制，实现电容器支路“粗补”，SVG模块“细补”，利用SVG可快速有效输出双向无功的能力，来消除电容补偿的级差，统一协调配合工作。在大部分配网中，其负荷波动性与工业场合相比较小，混合型补偿装置可以利用电容部分提供主要补偿容量，大大降低了补偿设备的成本。主要由控制器、SVG补偿部分、电容器补偿部分等组成，由统一的控制器进行集中控制，实现电容器支路“粗补”，SVG模块“细补”，利用SVG可快速有效输出双向无功的能力，来消除电容补偿的级差，统一协调配合工作。
4 TSC+SVG无功补偿控制系统的设计
4.1 控制系统硬件设计
硬件电路釆用模块化设计，主要功能模块有：信号检测及处理模块、控制投切模块、电源模块、人机交互模块、存储模块等。信号检测及处理模块负责配电网电压、电流的数据采集，DSP输入信号调理，以及A/D数据转换等；DSP主控芯片负责通过相应程序实现整个系统的信号控制；控制投切模块负责根据控制器发出的信号分别对TSC和SVG两种装置进行协调补偿，电源模块负责选择合理控件和电路保证整个控制器的电压稳定，防止器件损坏；存储模块负责整个系统的各项参数实时记录，包括指定时刻电网参数以及补偿前后数据变化幅值等等；人机交互模块负责接收操作者的各种命令，完成数据交换，通过显示反馈电路运算及处理过的数据信息。
4.2 控制系统软件设计
4.2.1 主程序设计
主程序设计的好与坏直接影响控制系统运行的合理性。对系统上电以后，首先进行的是系统初始化设置，主要包括主系统初始化和外接模块初始化。随后判断系统是否正常，此时若出现错误，则将故障信息进行反馈；如果正常，接下来对中断配置并判断是否允许执行相应中断服务程序。如果允许，则对定时器T1进行设置，完成信号采集、参数计算、无功检测等环节输出运算结果。
4.2.2 初始化设计
软件程序首先是对控制系统进行初始化，主要完成控制参数初始化、控制变量的初始化以及控制芯片内部的EPWN模块、ECAP模块、捕获模块、串口通信模块、ADC模块及实时时钟模块等进行初始化设置。
5 结 语
随着农村电网用电量的急剧增加，导致农网配电系统无功负荷迅速增加，使电能质量不断恶化。针对这个问题，论文通过采用无功补偿技术，设计了一种混合无功补偿控制系统来实现对农村电力系统的提质增效。文章首先详细说明了当前农村配电网的无功补偿裝置进行理论介绍，并在此基础上分析了混合无功补偿系统设计，明确了混合控制系统对农村配电网无功补偿的现实意义。
参考文献
[1]何晨光.10kV配电线路无功补偿技术探析[J].科学之友，2012（7）：31～32.
[2]赵佳婷.农村配电网无功补偿的研究[D].合肥工业大学，2006.
收稿日期：2018-7-20
关键词：农网；无功补偿；混合控制策略
中图分类号：TM727.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0111-01
引 言
近年来，国民经济的快速使得电力需求不断增大。同时，也促使我国电网结构不断优化，发电、输电能力不断提高。但相对于主网的发展，我国配电网建设及发展速度明显滞后，特别是无功分布不合理、补偿设备少、投运率低等现象长期存在，使得系统运行电压质量难以得到保证，网络损耗问题日益突出。
1 农村配电网的特点
相比其他形式的配电网，农村配电网负荷季节性强、日负荷变化大。为了满足每年4～9月高峰时段负荷要求，大多数农村配电变压器容量选择过大，造成其他时段变压器长时间处于轻载甚至空载状态；此外，农村配电网以辐射性结构为主，电压等级在电力系统的最末端，一条配电线路通常会T接十几台容量不等的配电变压器，并且这些变压器分布较广。
2 无功补偿控制系统的原理与特性分析
TSC和SVG作为目前两种主要的补偿装置，因其性能优势在电力系統中被大量使用。特别是TSC在多年的应用中普遍被人们所认可，这种补偿装置没有复杂的结构、控制算法简单、安装费用少。但也有其不足之Ah，最突出的缺点是不能连续地补偿，因此其补偿效率仍有提升空间。SVG装置在近几年来得到了较快发展，该装置能够迅速响应系统中的无功需求，进而完成连续、快速、无极补偿，效果极好。
3 无功补偿系统概述
3.1 TSC无功补偿装置
TSC的工作原理是将单向晶闸管反向并联接入电路，由于电容器不同于普通开关，这种幵关形式没有传统开关的触点。所以，TSC装置中需要通过过零检测的方法实现开断。出于安全考虑，TSC的工作电路中应串联一个小阻值电阻，该电阻的安装目的在于防止因为误操作引起的瞬间大电流，一般误操作是指电容器在非恰当时刻投入6同时，它还可以避免某些特定频率上发生谐振。
3.2 SVG无功补偿装置
SVG相当于并联在电网上的自换相桥式电路，通过调节该电路交流侧输出电压相位和幅值，使电路吸收或发出满足负载要求的无功电流，继而实现无功补偿。SVG由一个IGBT电压型变换器桥路构成，经串联电抗器与电网相连。在正常工作时，首先通过检测线电压Usab，Usbc，Usca和线电流Ia，Ib，Ic来计算其有功和无功功率P和Q，再通过与有功和无功功率期望值Pref，Qref进行比较，所得差值送到PI控制器，计算出在两相旋转坐标系下的输出电压Ud和Uq，然后通过坐标变换求出两相静止坐标系下的输出电压Uα和Uβ，接着将信号Uα和Uβ送入SVPWM矢量模块，生成三相上、下桥臂6路驱动脉冲，从而对IGBT进行通断控制，即实现输出电压相位和幅值调节，使电路吸收或发出相应的无功电流，进而达到无功补偿的目的。SVG的优点是：充分考虑了母线电压、有功功率和无功功率的关系，使补偿装置的性能显著提高；可通过调节输出电压来控制无功电流，从而实现无功功率连续性调节。其缺点是算法复杂，设备昂贵，占地面积大，维护成本较大，无法及时对损坏装置进行定位，维修难度极大。
3.3 混合型无功补偿装置
混合型无功补偿装置主要由控制器、SVG补偿部分、电容器补偿部分等组成，由统一的控制器进行集中控制，实现电容器支路“粗补”，SVG模块“细补”，利用SVG可快速有效输出双向无功的能力，来消除电容补偿的级差，统一协调配合工作。在大部分配网中，其负荷波动性与工业场合相比较小，混合型补偿装置可以利用电容部分提供主要补偿容量，大大降低了补偿设备的成本。主要由控制器、SVG补偿部分、电容器补偿部分等组成，由统一的控制器进行集中控制，实现电容器支路“粗补”，SVG模块“细补”，利用SVG可快速有效输出双向无功的能力，来消除电容补偿的级差，统一协调配合工作。
4 TSC+SVG无功补偿控制系统的设计
4.1 控制系统硬件设计
硬件电路釆用模块化设计，主要功能模块有：信号检测及处理模块、控制投切模块、电源模块、人机交互模块、存储模块等。信号检测及处理模块负责配电网电压、电流的数据采集，DSP输入信号调理，以及A/D数据转换等；DSP主控芯片负责通过相应程序实现整个系统的信号控制；控制投切模块负责根据控制器发出的信号分别对TSC和SVG两种装置进行协调补偿，电源模块负责选择合理控件和电路保证整个控制器的电压稳定，防止器件损坏；存储模块负责整个系统的各项参数实时记录，包括指定时刻电网参数以及补偿前后数据变化幅值等等；人机交互模块负责接收操作者的各种命令，完成数据交换，通过显示反馈电路运算及处理过的数据信息。
4.2 控制系统软件设计
4.2.1 主程序设计
主程序设计的好与坏直接影响控制系统运行的合理性。对系统上电以后，首先进行的是系统初始化设置，主要包括主系统初始化和外接模块初始化。随后判断系统是否正常，此时若出现错误，则将故障信息进行反馈；如果正常，接下来对中断配置并判断是否允许执行相应中断服务程序。如果允许，则对定时器T1进行设置，完成信号采集、参数计算、无功检测等环节输出运算结果。
4.2.2 初始化设计
软件程序首先是对控制系统进行初始化，主要完成控制参数初始化、控制变量的初始化以及控制芯片内部的EPWN模块、ECAP模块、捕获模块、串口通信模块、ADC模块及实时时钟模块等进行初始化设置。
5 结 语
随着农村电网用电量的急剧增加，导致农网配电系统无功负荷迅速增加，使电能质量不断恶化。针对这个问题，论文通过采用无功补偿技术，设计了一种混合无功补偿控制系统来实现对农村电力系统的提质增效。文章首先详细说明了当前农村配电网的无功补偿裝置进行理论介绍，并在此基础上分析了混合无功补偿系统设计，明确了混合控制系统对农村配电网无功补偿的现实意义。
参考文献
[1]何晨光.10kV配电线路无功补偿技术探析[J].科学之友，2012（7）：31～32.
[2]赵佳婷.农村配电网无功补偿的研究[D].合肥工业大学，2006.
收稿日期：2018-7-20