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低壓靜止無功發生裝置測試案例

低壓靜止無功發生裝置測試案例

發布時間:2018-08-08 點擊次數:2683次 類別:低壓靜止無功發生裝置測試案例
現有配電系統中的用電設備普遍存在無功不足、功率因數過低等問題,由于電力公司要求用戶的功率因數必須達到規定值。如達不到,將收取功率因數調節費,達標很好的(功率因數很高),反過來就有獎勵(調節費是負數,就是少收電費)。因此,凡是安裝有低壓變壓器的地方及大型用電設備旁邊都應該配備無功補償裝置,特別是那些功率因數較低的工礦、企業、居民區尤其需要配備。農村用電狀況比較惡劣,多數地區供電不足,電壓波動很大,功率因數尤其低,加裝補償設備是改善供電狀況、提高電能利用率的有效措施。隨著電力電子技術的發展,非線性負荷的出現,在產生沖擊性無功功率的同時,常常對公用電網注入大量諧波。并聯電容補償可以降低線損提高供電電壓質量,但并聯電容不能適用沖擊性無功功率的動態補償,而且電容器的廣泛應用又使諧波放大現象更加普遍,加劇了諧波的影響并惡化了電能質量、增加了電能損耗。
低壓靜止無功發生裝置測試案例
低壓靜止無功發生裝置是電能質量治理系列產品中的一種。在治理性能方面,它集電能監測、設備保護、通訊功能于一體,具有強大的治理能力,可完美應對各種無功補償需求,一則加強了電網的輸配電能力,二則避免了用戶因功率因數不足而被罰款,為用戶帶來了極大的經濟效益。電力公司在無功補償裝置招標的過程中明確規定了:投標設備需取得國際/國家具有檢測資質的第三方檢測機構的型式試驗報告或等同的檢測報告。因此無功補償裝置的型式試驗或者委托試驗是保證設備的各項性能符合相關標準和電力公司技術規范的一個重要環節。

由于有關低壓靜止無功發生裝置的標準有多個,再加上企業標準以及電力公司技術規范,靜止無功發生裝置的檢測,需滿足企業和電力公司不同的要求,對第三方檢測機構也有了新的要求。本文通過對無功發生裝置各類標準的理解及無功補償裝置的關鍵性能指標,設定不同的測試工況,測試無功補償裝置在無功補償、諧波補償、三相線路不平衡,動態響應方面的功能。

一、測試工況分析
待測試裝置技術參數:
交流輸入(三相四線):380V  50Hz;
額定容量:70kvar。
如圖1所示,搭建靜止無功發生裝置測試平臺,模擬裝置在無功補償、諧波補償以及三相不平衡補償運行環境。
測試案例
圖1 靜止無功發生裝置功能測試回路

根據測試要求正確連接互感器,選擇裝置不同運行模式,測試靜止無功發生裝置分別在以下不同工況時的補償能力以及動態響應能力。

二、測試數據結果及分析
1、無功發生裝置功能測試
無功補償測試方法一:
在無功補償模式下,裝置應能在補償能力的范圍內,在額定容性無功和額定感性無功之間連續調節,補償需量不低于額定補償容量的50%,補償后的無功功率補償率不低于90%。(或廠商協商確定)無功補償率Kq:

其中 - 注入系統的無功功率, - 負荷產生的無功功率。

無功補償測試方法二:
基波正序無功補償功能:諧波源發出等于無功發生器額定電流值的90%的滯后基波正序無功電流,測出電源端此時的無功功率; 再將無功發生器投入運行,測出補償后電源端的無功功率。

為接入無功發生器時電網側的基波正序無功電流
為接入無功發生器時電網側的基波正序無功電壓
為未接入無功發生器時電網側的基波正序無功電流
為未接入無功發生器時電網側的基波正序無功電壓
基波負序無功補償功能:諧波源發出等于無功發生器額定電流值的45%的滯后基波負序無功電流,測出電源端此時的無功功率;再將無功發生器投入運行,測出補償后電源端的無功功率。

為接入無功發生器時電網側的基波負序無功電流
為接入無功發生器時電網側的基波負序無功電壓
為未接入無功發生器時電網側的基波負序無功電流
為未接入無功發生器時電網側的基波負序無功電壓
基波零序無功補償功能:諧波源發出等于無功發生器額定電流值的30%的滯后基波零序無功電流,測出電源端此時的無功功率;再將無功發生器投入運行,測出補償后電源端的無功功率。

為接入無功發生器時電網側的基波零序無功電流
為接入無功發生器時電網側的基波零序無功電壓
為未接入無功發生器時電網側的基波零序無功電流
為未接入無功發生器時電網側的基波零序無功電壓

由方法一可以計算無功發生裝置的無功補償率為94.3%。

2、諧波補償測試
一般的無功發生裝置要求提供一定的諧波補償功能,諧波補償電流的次數和總諧波補償率的具體要求由供貨方與購貨方協商確定。一般選擇50次以內的奇次諧波,驗證其諧波補償功能。最近上海電力公司智能動態無功補償裝置招投標技術規范中關于總諧波補償的要求,引用了《YD/T 2323-2016通信配電系統電能質量補償設備》中總諧波補償率的要求:總諧波濾除率,裝置在負載電流峰值系數(CF)≤2.5情況下,電網諧波電流在靜止無功發生器的額定輸出電流的50~100%時,要求總諧波補償率不小于85%,這和以前關于總諧波補償率測試工況要求存在不同之處。
總諧波補償率:補償各次諧波之總和與諧波源產生總量之比,百分數表示。

式中:
IH — 接入裝置時電網側的諧波電流總量
UH — 接入裝置時電網側的諧波電壓總量
IHO — 未接入裝置時電網側的諧波電流總量
UHO — 未接入裝置時電網側的諧波電壓總量
總諧波電流/電壓:

式中:
UH — 諧波電壓含量
Uh — 第h次諧波電壓總量
IH — 諧波電流含量
Ih — 第h次諧波電流總量

在滿足以上測試工況下,由上式可以得到A相總諧波補償率TCHi=90.5% 。
3、三相不平衡補償測試
由于400V低壓配電系統用戶側較多是單相負載,且用電具有不同時性,配變系統極易出現三相不平衡,出現不平衡度超標。2017年國家電網公司運檢部發文通知開展配電臺區三相負荷不平衡問題治理工作后,很多電能質量治理設備生產廠家,研發電能質量治理設備的三相不平衡補償功能。

裝置的接線方式需要確定:三相四線或者三相三線,相應的需要考慮三相不平衡度計算方法。測試最大電流不應超過額定電流,需要確定初始負載的類型(阻性負載或者阻感性負載)以及不平衡情況(單相、兩相或者三相不平衡)。對于三相電流不平衡度,要求補償后三相電流不平衡度應不大于5%(或廠商協商確定)。
(1)電流不平衡度算法1


(2)電流不平衡度算法3
三相基波電流為,三相電流的零序、正序和負序分別為:

其中,中性線的基波零序電流大小應為
參照GB/T 15543-2008 《電能質量 三相電壓不平衡》關于電壓不平衡度的計算方法,電流不平衡度的計算方法為:
基波負序電流不平衡度:

基波零序電流不平衡度

本次試驗的工況:三相四線+阻性負載+三相電流不平衡

對于三相四線無功補償裝置,不同的測試工況之間的組合(阻性負載/阻感性負載+單相/兩相/三相電流不平衡)以及不平衡度算法的不同,導致測得不平衡度有所差別,需要引起注意。
4、 動態響應時間測試
不同標準響應時間的測試要求與方法差異見下表

響應時間的測試除了可以依據上述的標準之外,還可以依據企業標準或委托方的要求進行試驗。以本次試驗為例,按照委托方的要求,響應時間只需測試靜止無功發生裝置的瞬時響應時間和全響應時間。

瞬時響應時間檢測:裝置處于正常工作狀態。調整動態負載,用時間記憶示波器在濾波裝置供電電源總輸入處測量電流波形的變化。從負載電流發生變化時刻T1,到裝置開始跟蹤變化的時刻T2,這段時間T2-T1為瞬時響應時間。

全響應時間檢測:無功補償裝置處于正常工作狀態。調整動態負載,用時間記憶示波器在無功補償裝置供電電源總輸入處測量電流波形的變化。從10%額定電流至90%額定電流穩態的最長變化時間,即為負載突增全響應時間。從90%額定電流至10%額定電流穩態的最長變化時間,即為負載突減全響應時間。
信瑞電池測試
實際上靜止無功補償裝置在不同的工作模式(額定總諧波補償/額定不平衡補償/額定無功補償)下,其響應時間也是有所不同的。

三、結論
以上測試項目以及測試結果,是依據相關標準和技術規范而得出的測試數據,反映了靜止無功發生裝置的補償和動態響應能力。靜止無功發生裝置的性能指標優越,可以做到最大限度的減少電網的損耗,使電網質量提高。反之,則可能造成供電系統損耗增加,電壓波動,諧波增大等諸多不利因素。加強低壓配網無功補償的優化配置,保持無功平衡,對于保證電能質量、降低電網損耗具有重要的作用和意義,符合國家電網公司“十二五”無功發展規劃綱要的要求。對于國內低壓無功補償市場,主要和電網公司正在推進的低電壓治理密切相關。伴隨電網公司在低壓網內市場的投入加大,低電壓治理市場會呈現快速增長的趨勢。隨著技術的發展,SVG因其性能優于SVC,成本近年來也在不斷下降,已具備一定的價格競爭力,將成為低壓無功補償市場的重要發展方向。
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