低压静止无功发生装置测试案例

低压静止无功发生装置测试案例

发布时间:2018-08-08 点击次数:992次 类别:低压静止无功发生装置测试案例
现有配电系统中的用电设备普遍存在无功不足、功率因数过低等问题,由于电力公司要求用户的功率因数必须达到规定值。如达不到,将收取功率因数调节费,达标很好的(功率因数很高),反过来就有奖励(调节费是负数,就是少收电费)。因此,凡是安装有低压变压器的地方及大型用电设备旁边都应该配备无功补偿装置,特别是那些功率因数较低的工矿、企业、居民区尤其需要配备。农村用电状况比较恶劣,多数地区供电不足,电压波动很大,功率因数尤其低,加装补偿设备是改善供电状况、提高电能利用率的有效措施。随着电力电子技术的发展,非线性负荷的出现,在产生冲击性无功功率的同时,常常对公用电网注入大量谐波。并联电容补偿可以降低线损提高供电电压质量,但并联电容不能适用冲击性无功功率的动态补偿,而且电容器的广泛应用又使谐波放大现象更加普遍,加剧了谐波的影响并恶化了电能质量、增加了电能损耗。
低压静止无功发生装置测试案例
低压静止无功发生装置是电能质量治理系列产品中的一种。在治理性能方面,它集电能监测、设备保护、通讯功能于一体,具有强大的治理能力,可完美应对各种无功补偿需求,一则加强了电网的输配电能力,二则避免了用户因功率因数不足而被罚款,为用户带来了极大的经济效益。电力公司在无功补偿装置招标的过程中明确规定了:投标设备需取得国际/国家具有检测资质的第三方检测机构的型式试验报告或等同的检测报告。因此无功补偿装置的型式试验或者委托试验是保证设备的各项性能符合相关标准和电力公司技术规范的一个重要环节。

由于有关低压静止无功发生装置的标准有多个,再加上企业标准以及电力公司技术规范,静止无功发生装置的检测,需满足企业和电力公司不同的要求,对第三方检测机构也有了新的要求。本文通过对无功发生装置各类标准的理解及无功补偿装置的关键性能指标,设定不同的测试工况,测试无功补偿装置在无功补偿、谐波补偿、三相线路不平衡,动态响应方面的功能。

一、测试工况分析
待测试装置技术参数:
交流输入(三相四线):380V  50Hz;
额定容量:70kvar。
如图1所示,搭建静止无功发生装置测试平台,模拟装置在无功补偿、谐波补偿以及三相不平衡补偿运行环境。
测试案例
图1 静止无功发生装置功能测试回路

根据测试要求正确连接互感器,选择装置不同运行模式,测试静止无功发生装置分别在以下不同工况时的补偿能力以及动态响应能力。

二、测试数据结果及分析
1、无功发生装置功能测试
无功补偿测试方法一:
在无功补偿模式下,装置应能在补偿能力的范围内,在额定容性无功和额定感性无功之间连续调节,补偿需量不低于额定补偿容量的50%,补偿后的无功功率补偿率不低于90%。(或厂商协商确定)无功补偿率Kq:

其中 - 注入系统的无功功率, - 负荷产生的无功功率。

无功补偿测试方法二:
基波正序无功补偿功能:谐波源发出等于无功发生器额定电流值的90%的滞后基波正序无功电流,测出电源端此时的无功功率; 再将无功发生器投入运行,测出补偿后电源端的无功功率。

为接入无功发生器时电网侧的基波正序无功电流
为接入无功发生器时电网侧的基波正序无功电压
为未接入无功发生器时电网侧的基波正序无功电流
为未接入无功发生器时电网侧的基波正序无功电压
基波负序无功补偿功能:谐波源发出等于无功发生器额定电流值的45%的滞后基波负序无功电流,测出电源端此时的无功功率;再将无功发生器投入运行,测出补偿后电源端的无功功率。

为接入无功发生器时电网侧的基波负序无功电流
为接入无功发生器时电网侧的基波负序无功电压
为未接入无功发生器时电网侧的基波负序无功电流
为未接入无功发生器时电网侧的基波负序无功电压
基波零序无功补偿功能:谐波源发出等于无功发生器额定电流值的30%的滞后基波零序无功电流,测出电源端此时的无功功率;再将无功发生器投入运行,测出补偿后电源端的无功功率。

为接入无功发生器时电网侧的基波零序无功电流
为接入无功发生器时电网侧的基波零序无功电压
为未接入无功发生器时电网侧的基波零序无功电流
为未接入无功发生器时电网侧的基波零序无功电压

由方法一可以计算无功发生装置的无功补偿率为94.3%。

2、谐波补偿测试
一般的无功发生装置要求提供一定的谐波补偿功能,谐波补偿电流的次数和总谐波补偿率的具体要求由供货方与购货方协商确定。一般选择50次以内的奇次谐波,验证其谐波补偿功能。最近上海电力公司智能动态无功补偿装置招投标技术规范中关于总谐波补偿的要求,引用了《YD/T 2323-2016通信配电系统电能质量补偿设备》中总谐波补偿率的要求:总谐波滤除率,装置在负载电流峰值系数(CF)≤2.5情况下,电网谐波电流在静止无功发生器的额定输出电流的50~100%时,要求总谐波补偿率不小于85%,这和以前关于总谐波补偿率测试工况要求存在不同之处。
总谐波补偿率:补偿各次谐波之总和与谐波源产生总量之比,百分数表示。

式中:
IH — 接入装置时电网侧的谐波电流总量
UH — 接入装置时电网侧的谐波电压总量
IHO — 未接入装置时电网侧的谐波电流总量
UHO — 未接入装置时电网侧的谐波电压总量
总谐波电流/电压:

式中:
UH — 谐波电压含量
Uh — 第h次谐波电压总量
IH — 谐波电流含量
Ih — 第h次谐波电流总量

在满足以上测试工况下,由上式可以得到A相总谐波补偿率TCHi=90.5% 。
3、三相不平衡补偿测试
由于400V低压配电系统用户侧较多是单相负载,且用电具有不同时性,配变系统极易出现三相不平衡,出现不平衡度超标。2017年国家电网公司运检部发文通知开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作后,很多电能质量治理设备生产厂家,研发电能质量治理设备的三相不平衡补偿功能。

装置的接线方式需要确定:三相四线或者三相三线,相应的需要考虑三相不平衡度计算方法。测试最大电流不应超过额定电流,需要确定初始负载的类型(阻性负载或者阻感性负载)以及不平衡情况(单相、两相或者三相不平衡)。对于三相电流不平衡度,要求补偿后三相电流不平衡度应不大于5%(或厂商协商确定)。
(1)电流不平衡度算法1


(2)电流不平衡度算法3
三相基波电流为,三相电流的零序、正序和负序分别为:

其中,中性线的基波零序电流大小应为
参照GB/T 15543-2008 《电能质量 三相电压不平衡》关于电压不平衡度的计算方法,电流不平衡度的计算方法为:
基波负序电流不平衡度:

基波零序电流不平衡度

本次试验的工况:三相四线+阻性负载+三相电流不平衡

对于三相四线无功补偿装置,不同的测试工况之间的组合(阻性负载/阻感性负载+单相/两相/三相电流不平衡)以及不平衡度算法的不同,导致测得不平衡度有所差别,需要引起注意。
4、 动态响应时间测试
不同标准响应时间的测试要求与方法差异见下表

响应时间的测试除了可以依据上述的标准之外,还可以依据企业标准或委托方的要求进行试验。以本次试验为例,按照委托方的要求,响应时间只需测试静止无功发生装置的瞬时响应时间和全响应时间。

瞬时响应时间检测:装置处于正常工作状态。调整动态负载,用时间记忆示波器在滤波装置供电电源总输入处测量电流波形的变化。从负载电流发生变化时刻T1,到装置开始跟踪变化的时刻T2,这段时间T2-T1为瞬时响应时间。

全响应时间检测:无功补偿装置处于正常工作状态。调整动态负载,用时间记忆示波器在无功补偿装置供电电源总输入处测量电流波形的变化。从10%额定电流至90%额定电流稳态的最长变化时间,即为负载突增全响应时间。从90%额定电流至10%额定电流稳态的最长变化时间,即为负载突减全响应时间。
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实际上静止无功补偿装置在不同的工作模式(额定总谐波补偿/额定不平衡补偿/额定无功补偿)下,其响应时间也是有所不同的。

三、结论
以上测试项目以及测试结果,是依据相关标准和技术规范而得出的测试数据,反映了静止无功发生装置的补偿和动态响应能力。静止无功发生装置的性能指标优越,可以做到最大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,则可能造成供电系统损耗增加,电压波动,谐波增大等诸多不利因素。加强低压配网无功补偿的优化配置,保持无功平衡,对于保证电能质量、降低电网损耗具有重要的作用和意义,符合国家电网公司“十二五”无功发展规划纲要的要求。对于国内低压无功补偿市场,主要和电网公司正在推进的低电压治理密切相关。伴随电网公司在低压网内市场的投入加大,低电压治理市场会呈现快速增长的趋势。随着技术的发展,SVG因其性能优于SVC,成本近年来也在不断下降,已具备一定的价格竞争力,将成为低压无功补偿市场的重要发展方向。
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