无功功率自动补偿控制器使用说明书

无功功率自动补偿控制器使用说明书（共6篇）

篇1：无功功率自动补偿控制器使用说明书

安装使用说明书

廊坊惠众电气有限公司

注、注意和警告

注：表示可以帮助您更好地使用控制器的重要信息

注意：表示可能会损坏控制器或导致数据丢失，并告诉您如何避免此类问题

警告：表示可能会导致财产损失，人身伤害

本用户说明书中的信息如有更改，恕不另行通知。

1

目

1 应注意的问题 2 产品特点 3 控制器外观 4 主要技术参数 4.1 环境条件 4.2 测量数据 4.3 输入/输出 4.4 显示性能 4.5 通讯接口 4.6 测量精度 4.7 测量数据 4.8 ID 设置 4.9 可靠性 5 型号说明 6 安装说明 7、 接线图与补偿方案 7.1 7.2 JKWF-12A 接线图 JKWF-12B 接线图

录

3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 7 8 9 9 9 9 12 12 14

7.3 无功补偿方案 8 LCD 显示器/参数/设置/手动操作说明

8.1 LCD 液晶界面说明 8.2 电参数显示操作说明 8.3 设置参数操作说明 8.4 手动控制操作说明 9 通讯描述 10 问题的解决

2

1、应注意的问题

本产品在安装、接线及调试时应按照本手册所规定的方式和步骤进行，同时须注意控制器后 部的接线图和端子图标号。 当控制器外壳有明显损坏或显示功能故障时，不得继续安装使用，请与产品供货商联系。 控制器的安装必须遵照所有有关的安全操作规程，必须通过正确的接线和电线尺寸来保证操 作的安全性和运行的可靠性以及测量的准确性。 电源输入，CT 二次侧，均会产生危害人身安全的高电压，在操作时应小心，严格遵守用电安 全操作规程。 只有专业人士才能按照说明和安全规范对本设备投入使用。

2、产品特点 2．1 全数字化设计，交流采样，人机界面采用大屏幕 LCD 中文液晶显示器。 2．2 秉承以人为本的设计理念，模块化组装，外观流线设计。 2．3 可实时显示 A、B、C 各相功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率、电压总谐波畸变率、

电流总谐波畸变率、频率、电容输出显示及投切状态报警等信息。

2．4 设置参数中文提示，数字输入。 2．5 电容器控制方案支持三相补偿、分相补偿、综合补偿方案，可通过菜单操作进行设置控制方

案。

2．6

方式。

电容器投切控制程序支持等容/编码（1：2、

1：2：3、 1：2：4：8?）及模糊控制投切

2．7 2．8 2．9

具有手动补偿/自动补偿两种工作方式。 取样物理量为无功功率，具有谐波测量及保护功能。 控制器具有 RS-485，MODBUS 标准现场总线通讯接口，方便接入智能开关柜系统。 选配定制的工厂配电监测系统管理软件，装入用户计算机系统，与控制器通讯口连接，即 可在计算机显示器观察现场实时数据及用户系统的历史负荷曲线和报表， 为用户节能降耗提供快 捷方便的现场数

据。

3、控制器外观 正面视图

1 产品名称 2 LCD 液晶显示屏 4 参数设置按键 5 上翻按键 7 公司名称 8 相别按键 3 手动/自动切换按键 6 下翻按键

右面视图

1 3 4 安装固定夹 信号测量接线端子 控制输出接线端子 2 自攻螺丝

3

背面视图

1 接线图标签

顶视图

1 规格型号标签 2 安装固定夹×2

4、主要技术参数 4．1 环境条件

1. 2. 3. 4. 海拔高度：≤2500m 工作温度：－20℃～＋60℃ 存储温度：－25℃～＋70℃ 周围环境无腐蚀性气体，无导电尘埃，无易燃易爆的介质存在，安装地点无剧烈振动、 无雨雪侵蚀。 测量电压：100 ～ 290 V 测量电流：0 ～ 6000 A 灵敏度：50mA（二次） 测量功率因数：滞后 0.200 ～ 超前 0.200 工作电源：220V±20% 测量频率：47 ～ 53 Hz 显示有功功率：0 ～ 6553 kW 显示无功功率：0 ～ 6553 kvar 显示电压总谐波畸变率：0.0 ～ 100.0％ 显示电流总谐波畸变率：0.0 ～ 100.0％ 显示版本：2.2 或 4.2（本机升级版本序号）

4．2

测量数据

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

4．3

输入/输出

1. 取样电压：A、B、C 相电压 2. 取样电流：母线 A、B、C 相电流互感器二次侧 0 ～ 5A 3. 控制输出：继电器干结点 5A/250V 阻性（静态） 12V 30mA/支路（动态） 4. 取样电压与取样电流应同相。

4．4 4．5

显示性能

LCD 液晶显示器数据显示刷新周期≤1s。

通讯接口（选项）

通讯接口：RS－485 协议：MODBUS 通讯协议 通讯速率：4800 ～ 38400bps（无校验位）

4

4．6

测量精度

1. 2. 3. 4. 电压：±0.5％ 有功功率：±1.0％ 电流：±0.5％ 无功功率：±1.0％ 功率因数：±1.0％ 频率：±0. 1Hz 以上数据是根据控制器预热 10 分钟后，以及 1 年内校准所得。

4．7

设置数据

1. 电流变比：01 ～ 1200（比率值） 2. 延时时间：5s ～ 100s（静态） 0.1s ～ 30s （动态） 3. 目标 COSΦ ：滞后 0.90 ～ 超前 1.00（步长 0.01） 4. 过压设定：230V ～ 290V（步长 2V） 5. 欠压设定：180V ～ 200V（步长 2V） 6. 投切门限：0.5 ～ 1.2（设定值为投入门限值） （步长 0.1） 7. 切除门限＝1.2－当前设定值 8. 谐波保护：Hv：1.0％ ～ 50.0％ （0.0％为关闭此保护项） Hi：2.0％ ～ 100.0％ （0.0％为关闭此保护项） 9. 分相补偿电容器组数设置：0 ～ 4（表示每一相的组数） 10. 三相补偿电容器组数设置：0 ～ 12 11. 电容器组数分配：分相组数×3 ＋ 三相组数 ≤12 12. 电容器容量预置：0 ～ 999kvar/组

4．8

ID 号设置

本机具有通讯接口， 支持 MODBUS 协议， 本项包括 ID 号和 485 通讯接口的通讯速率设置， ID 号为描述本机在系统网络中的地址号 001 ～ 255，通讯速率为 4800 ～ 38400bps。

4．9

可靠性

平均无故障时间（MTBF）＞25000h

5、型号说明

JK W F

CO M :有 485总 线 输 出 空

：无总线输出 A： 静 态 B： 动 态 10： 10路 输 出 12： 12路 输 出 企业代码 无功功率

类别代码

5

6、安装说明

113mm

113mm

118mm

开孔尺寸：113mm×113mm

嵌入深度：118mm

将控制器左右两侧固定附件自攻螺丝拧出，退出安装固定夹，将控制器装在屏上，再将安装固 定夹从控制器两侧导轨推进，拧紧自攻螺丝，即可把控制器固定在屏上。

可拔插接线端子

7、接线图与补偿方案 7．1 JKWF-12A 接线图

屏蔽双绞线的屏蔽层应该连 接每一个 RS-485 设备的屏蔽端子， 屏蔽层只允许一点接地（A 线相当 于－，B 线相当于＋） 。 (本案用于投切交流接触器)

6

JKWF-12A 端子说明 端子序号

1、2、3、4、5、6 7、9、11、12 8、10 13、14 15 16 ～ 27 28 ～ 30

状态

输入 输入 / 输入 输入 输出

说

明

备

注

取样电流互感器输入 取样电压输入 400V / 工作电源输入 输出控制公共端 第一组至第十二组输出控制端 通讯接口

取自主屏 A、B、C 相 进线电流互感器

空端子 交流 220V 接火线 接交流接触器线圈 MODBUS 协议

7．2

JKWF-12B 接线图

屏蔽双绞线的屏蔽层应该连接每一个 RS-485 设备的屏蔽端子，屏蔽层只允许一点 接地（A 线相当于－，B 线相当于＋） 。 （本案用于投切电子无触点开关）

JKWF-12B 端子说明 端子序号

1、2、3、4、5、6 7、9、11、12 8、10 13、14 15 16 ～ 27 28 ～ 30

状态

输入 输入 / 输入 输入 输出

说

明

备

注

取样电流互感器输入 取样电压输入 400V / 工作电源输入 输出控制公共端 第一组至第十二组输出控制端 通讯接口

取自主屏 A、B、C 相 进线电流互感器

空端子 交流 220V 接 KCS1 无功功率调节器的 K 端 接 KCS1 无功功率调节器的 V 端 MODBUS 协议

7

7．3

无功补偿方案

图中单相电容设置及三相电容设置操作 详见设置参数操作说明第 11 页

8

8、LCD 显示器/参数/设置/手动的操作说明 8．1 LCD 液晶屏幕说明

8．2

电参数显示操作说明

”按键切换三组不同的

此屏幕仅在控制器处于自动运行工作模式下操作，点动操作“ 电参数显示屏幕。点动操作“ ”按键切换 A、B、C 相。

显示安装用电现场的 COSΦ 、电压、电流

COSΦ 显示 0. XXX 表示滞后，－.XXX 表示超前。当出现电压显示值频闪，并出现“ ” 报警，说明控制器处于保护状态，原因为电压越上/下限/缺相；当出现电流显示值频闪， 并出现“ ”报警，说明控制器处于保护状态，小电流闭锁。

显示安装用电现场的`有功功率、无功功率、频率

显示本机软件版本序号 显示安装用电现场的 HV（电压总谐波畸变率 XXX.X%） HI（电流总谐波畸变率 XXX.X%）

8．3

设置参数操作说明

按键三次，即可进入菜单

控制器在“自动”“手动”

运行模式下，10 秒钟内连续点动操作 、 设置项。

9

8．3．1

电流变比设置

此项显示进线电流互感器变比的比率值，操作 修改量值，连续按 或 键，数字将快速变化，按 按键，步进 键进入

下一项参数设置。 例如：1000/5 电流互感器，输入 200 即可。输入范围为 1～1200，步长为 1。设置参数内容 包括 5/5～6000/5 全系列电流互感器。 此项设置非常重要， 必须正确输入， 否则将影响控制器测量电流的显示值和无功补偿精度。

8．3．2

投切延时设置

此项为分组投切电容器的间隔延时时间，范围：动态：0.1～30S， 静态： 5S～100S， 操作 键，数字将快速变化，按 按键， 步进修改量值， 连续按 键进入下一项参数设置。 或

以下菜单设置数据量值修改方法操作相同，不再做操作描述！ 出厂设定值为：静态 10s、动态 2s

8．3．3

目标功率因数设置

此项为目标功率因数设置，数据范围为 0.90～1.00，步长为 0.01。 出厂设置值为 1.00。

8．3．4

过压保护设置

此项为过压保护参数设置，范围为 230V～290V，步长为 2V，回差为 6.0V。过压默认保护为 240V。 当参数设置值为 0.0 时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 248V。

此项为欠压保护参数设置，范围为 180V～200V，步长为 2V，欠压 默认保护为 240V。 当参数设置值为 0.0 时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 190V。

8．3．5

投切门限设置

此项为投切门限参数设置，数据范围为 0.5～1.2，步长为 0.1，当 前设置为投入门限 切除门限=1.2－当前设置值 出厂设置值为 1.00

10

8．3．6

谐波保护设置

此项为谐波电压（Hv）保护参数设置，数据范围为 1.0～50%，步长 为 0.5%。 当参数设置值为 0.0%时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 8.0％

此项为谐波电流（Hi）保护参数设置，数据范围为 2.0～100％，步 长为 0.5％。 当参数设置值为 0.0％时，控制器将自动取消此项保护功能。 出厂设置值为 0.0％

8．3．7

电容预置设置

进入此电容预置项有三屏显示，第一屏为分补部分单相电容的组数设置，第二屏为共补部分三 相电容的组数设置，第三屏为每组电容器的容量设置。 此屏为单相电容器补偿组数设置， 设置范围为 00～04， 当设置为 00 表示无单相电容 01 表示每相有 1 组单相电容 02 表示每相有 2 组单相电容 03 表示每相有 3 组单相电容 04 表示每相有 4 组单相电容 此屏为共补部分三相电容补偿的组数设置，设置范围 00～12，分相 组数优先级高。 三相组数范围＝12－（分相×3） 无功补偿输出规则：分相电容组数×3＋三相电容组数≤12 可以人工实现五种配置方式：纯分相补偿、三相补偿、综

合补偿 （1 分 9 共、2 分 6 共、3 分 3 共） 此项为每组电容容量参数设置， 数据范围为 0～999Kvar ， 步长为 1。 C01 表示第一组电容器，15 表示电容器容量为 15 Kvar，以下 类同。

8．3．8

ID 号/通讯速率设置

此项为控制器地址号设置，数据范围为 1～255。

再次操作

键，进入此项显示。上部为已设定的 ID 号，下部 键修改通讯速率，按 键退出，

为通讯速率，操作 并保存所有设定参数。

11

8．4 手动控制操作说明

控制器 LCD 液晶显示器左下角显示手动表示控制器工作在手动投切状态， 显示自动表示控制器 工作在自动投切状态，如需更改工作方式，按 按键切换。

9、通讯描述

所有的 JKWF 控制器寄存器 （包括实时寄存器和设置寄存器）在 MODBUS 通讯协议时都具有 4XXXX ， 的基址。根据 MODBUS 协议，请求 JKWF 控制器寄存器中一个地址为 4XXXX 的寄存器时，主站实际读 取为 XXXX-1。例如，请求 JKWF 控制器寄存器中 40011 寄存器，主站实际寄存器号为 10。

附表1

寄存器号 实际物理地址

JKWF控制器寄存器表格

标准配置(Basic) 可选(Optional)

寄存器类型

40101 40102 40103 40104 40105 40106 40107 40108 40109 40110 40111 40112 40113 40114 40115 40116 40117 40118 40119 40120 40121 40122 40123 40124 40125 40126 40127 40128 40129

64H 65H 66H 67H 68H 69H 6AH 6BH 6CH 6DH 6EH 6FH 70H 71H 72H 73H 74H 75H 76H 77H 78H 79H 7AH 7BH 7CH 7DH 7EH 7FH 80H

RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO R/W R/W R/W R/W R/W

A 电压 A 电流 A COSφ A 有功功率 A 无功功率 A 电压谐波 A 电流谐波 A 频率 B 电压 B 电流 B COSφ B 有功功率 B 无功功率 B 电压谐波 B 电流谐波 B 频率 C 电压 C 电流 C COSφ C 有功功率 C 无功功率 C 电压谐波 C 电流谐波 C 频率 C1 C2 C3 C4 C5

Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic

12

40130 40131 40132 40133 40134 40135 40136 40137 40138 40139 40140 40141 40142 40143 40144 40145 40146 40147 40148

81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 90H 91H 92H 93H

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W RO RO

C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 电压上限 电压下限 电流 CT 设置 COSφ 设置 延时设置 分相电容组数 三相电容组数 电压总谐波畸变率 电流总谐波畸变率 投切门限 电容投切状态 系统版本

Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic Basic

数据内容解释：

1、 电压、电流、有功功率、无功功率、谐波、频率除 10 为实际值，COSΦ除 1000 为实际值 2、 C1～C12 为电容容量（Kvar）设定范围 00～999kvar 3、 电压上限为电容保护电压上限，设定范围 115～146

；即 230V～290V 当设定 146 时,表示关闭此功能，显示为 0 4、 电压下限为电容保护电压下限，设定范围 90～101； 即 180V～200V 当设定 101 时,表示关闭此功能，显示为 0 5、 电流设置为电流互感器变比比值，设定范围 1～1200 6、 COSΦ设置为目标功率因数：设定范围 90～100（显示 0.90～1.00） 7、 延时设置为投切电容动作延时：设定范围 1～28 (显示 0.1～100.0 秒) 对应关系： 1～10 对应 0.1～1.0 秒 11～19 对应 2.0～10.0 秒 20～28 对应 20.0～100.0 秒 8、 电压总谐波畸变率保护门限：2～101（显示 1.0%～50.0%） 当设定 101 时,表示关闭此功能，显示为 0 9、电流总谐波畸变率保护门限：4～201（显示 2.0%～50.0%） 当设定 201 时,表示关闭此功能，显示为 0 10、分相电容组数：0～4；三相电容组数：0～12； （注意：分相电容组数×3 + 三相电容组数 ≤12） 11、投切门限：显示值为 0.5～1.2；实际设置值为 5～12； 12、I/O 状态：C1 对应最低位 C2 对应次低位，依次向后推 13、系统软件版本：终端软件版本号

13

10、问题的解决

因一些可能出现的接线/设置/硬件错误，会造成整个电容补偿系统不能正常工作，现将较多出 现的故障及检查排除方法分述如下：

10．1 控制器测量电流显示值错误或为 000

检查参数设置菜单“电流变比”设置项，其设置的值必须与主进线电流互感器的比值 相同，如主进线取样电流互感器变比为 800/5，控制器“电流变比”设置值应为 160；当电 流显示 0000A 时，表示没有电流信号，应检查电流互感器与控制器电流连接端子线路有开 路或没有负载两种情况。

10．2 控制器报警指示灯亮

当电压、谐波测量显示值超出设定的上/下限保护值的范围时，控制器报警指示灯亮， 控制器将按“5s”间隔时间切除已投入电容器，应适当调整上/下限保护值。

10．3 功率因数显示错误

应检查控制器的测量电流和测量电压的对应关系，测量电流与测量电压应为同相。

10．4 补偿效果不好

应检查控制器参数设置项，与补偿精度相关参数有“目标 cosΦ ”、 “门限”“电容容 、 值” 三个参数， 可提高 “目标 cosΦ ”值减小 “门限” 设定值， 推荐设置为目标 cosΦ ： 1.00， 门限 1.0，每组电容容值设定与实际电容容值相同即可。因一些设计电容容量分配级差较 大，推荐使用电容编码方式，调整电容器容量，将会达到理想补偿效果。

10．5 不便判断问题出在外接线路时，可换一台控制器，如出现相同的故障现象，请 您务必按以上提示检查外接线路。

14

15

篇2：无功功率自动补偿控制器使用说明书

概述一、一、概述

JKL5F-18智能无功功率自动补偿控制器（简称：控制器）是低压配电系统补偿无功功率的专用控制器。本控制器采用美国最新无功功率控制专用芯片，控制器抗干扰能力强，适应各种不同参数配电系数，运行稳定可靠、补偿彻底、操作简单。

二、型号说明二、型号说明□□JKL7F-7F-□

特殊功能最大的控制路数设计序号

取样物理量：L无功电流

W无功功率G功率因数

控制器代号

使用条件三、三、使用条件

1.海拔高度：≤2OOOm;2.环境温度：-10℃～40℃;3.相对湿度：85%(当25℃时);

4.周围环境：无易燃、易爆的介质存在，无导电尘埃及腐蚀气体存在。

四、功能特性

1.控制信号：采用功率因数和无功电流两物理量进行综合控制；

2.操作简单：通过三个键操作，可以达到自动运行、手动投切、参数设定；3.电流判别：电流输入不用考虑极性，能自动判别转换；4.路数通用：投切路数13～18由用户按需设定；

5.数据保存：当改变设定参数后失电时，设定参数不会丢失，数据能永久保存，上电时参数不用重新设定；

6.参数显示：可显示功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率等五种参数；7.过压保护：当电网电压超过设定值时，自动快速逐级切除已投入的电容器组；

8.低负荷封锁：当电流信号小于设计容量5%时，封锁电容器的投入，同时按设定延时逐级切除已投入的.电容器组；

9.切投时间间隔自锁：为了防止电容器因放电不完全，引起切投过电压，当同一组电容器切投动作时间间隔小于电容器放电时间不投入，待时间间隔大于1分钟后才能投入。

五、技术参数1.工作电压：2.输入电流：3.输出触点容量：4.投入门限：5.切除门限：6.C0Sφ设定：7.延时设定：8.过压设定：9.互感器变比设定：

38OVAC±20%5OHz；≤5A；25OV/3A；大于无功门限Qs；大于目标COSφ；0.85～O.99可调；5～120s可调

410～470V可调，电压回差8～10V10～80O可调

1O.无功投入门限设定：1～100kvar可调11.主显示模式：

00-显示COSφ03-显示有功功率

12.功耗：13.执行标准：

15VA

01-显示电压04-显示无功功率

02-显示电流

输入及接线六、六、输入及接线

1.输入电流必须取自配电总屏电流互感器的信号，接23、24端子；

2.输入信号如取A相，则输入电压必须取B、C相，即：电流信号无论取那一相，电压输入必须取另外两相，电压输入接20、21端子；3.端子1～18为路数输出端；

4.端子19为控制器输出继电器的公共端，一般与端子2O相接。

参数设定七、七、参数设定1.自动状态：按

功能键将转换到手动方式，并显示主显示参数；

按▲上升键将循环显示功率因数□、电压U、电流l、有功功率P、无功功率G的代码，再按下降键将显示对应参数值（40秒内无按键则自动回复到主显示参数）；2、手动状态：

按▲上升键逐级投入电容器组，按下降键逐级切除电容器组，按换到自动方式，按

保持3秒将转换到设定状态，显示功能码（F-□），

功能码对照表

功能码F-OF-1F-2F-3F-4F-53.

设定方式：

显示功能码时：按

▲

上升键或

下降键将改变功能码值，按

功能键将转换到显

功能

名称COSφ延时过压路数无功门限变比

可设定范围O．85～O．995～1204lO～47013～181～1001～800

KvarSV单位

最小范围0.0115115

出厂设定值O．983043018460

功能键将转

示设定参数，显示设定参数时：按▲上升键或下降键可更新设定参数，再按键将转换到显示下一个功能码（F-□），再按显示主显示参数。

功能键保持3秒将转换到自动状态，同时

字符显示解释八、八、字符显示解释

字符

名称功率因数COSφ

≡≡≡≡UUAACC

电压电流有功功率无功功率电压欠压电流欠流

COSφ超出显示值或无电流

VAkWkvar

电压低于150V或开路电流小于200mA或开路

电流超过999A时，显示单位变为kA，如1300A显示：1.3kA

单位解释

九、特别说明1.变比的设定：

有功功率、无功功率的绝对值数与电流互感器的变比具有严格的比例关系，因此，第一次开机使用时必须正确设定变比。例如：用户的取样电流互感器为300/5A，其变比值为60，其它规格电流互感器变比详见下表：

电流互压器变比电流互压器变比

50：51O600：5120

75：515800：5160

100：500：5200

150：5301500：5300

200：540：5400

300：5602500：5500

400：5803000：5600

500：51004000：5800

2.无功门限的设定：

无功门限Qc的设定对电容器的投切频繁程度(影响到电容器使用寿命)有至关重要的影响。Qc设定过小，电容器投切次数频繁（产生振荡），Qc设定过大，影响补偿效果。因此Qc的最小设定值不能小于最小电容器组的千乏数。例如：用户为8路电容器组，其值为15、15、30、3O、3O、30、3O、30Qc应选大于15千乏值，取16千乏。

3.通电后，未投入电容器前如某相显示超前状态或功率因数大于O.9O小于O.3O时，说明

输入电压与电流没有一一对应，应重新接线。

4.电压输入和电流输入线不能错接，输出端子不能与强电流短路。

5.在自动状态，功率因数低于设定不投，可能电网无功小于无功门限，也可能无功门限设定过高。

接线图十、十、接线图

篇3：无功功率自动补偿技术的应用

电力系统中,许多设备不仅要消耗有功功率,设备本身的电感损失也要消耗无功功率,使系统的功率因数降低。功率因数的高低直接体现电网供电质量的好坏。如果功率因数过低,将会使无功功率输出增加,从而导致有功功率输出的降低。使变压器容量得不到充分利用,损耗增加。这就需要对无功功率进行补偿,并联电力电容器在正弦电压作用下能“发”无功电力(电容电流),以补偿负荷或供电设备所需要的无功电力。这样,线路上就避免了无功电力的输送,从而达到减少线路能量损耗、减少线路电压降、提高系统有功出力的效益。提高了电力系统的功率因数。已往电容器补偿为固定时,不能根据负荷变化而调整无功补偿量,有时过补偿,有时欠补偿。无法保证功率因数在规定范围内。而无功功率自动补偿装置就能解决这一问题,使功率因数始终维持在最佳数值(0.95以上)内。

2.1 无功功率补偿的原理

电力系统中的负荷大部分是电感性,总电流相量I是滞后于电压相量U一个角度,(φ又叫功率因数角),可以分为有功电流IR和无功电流IL的两个分量,其中IL滞后电压U90度,当电力电容器并接与感性负载回路时,容性电流Ic,与感性电流IL恰好反相,从而抵消一部分电感性电流,或者说补偿一部分无功电流,如图1.图2所示。从图中可以看出,并联电容器后,功率因数φ'较补偿前φ减小了,从图中还可以看出,有功电流不变的情况下,输入电流I也较I'减少了。使功率因数由cosφ提高到cosφ',达到了无功补偿的目的。

2.2 无功功率补偿的目的、效果

2.2.1 提高功率因数。

2.2.2 降低输电线路及变压器的损耗,三相电路中功率损耗ΔP的计算公式为ΔP=3P2RU2(cosφ)2(k W),式中:P-有功功率,k W;U-额定电压,k V;R-线路总电阻,Ω。由此可见,当功率因数cosφ提高以后,线路中功率损耗大大下降。当线路或变压器输送的有功功率P和电压U不变时,线损与功率因数cosφ的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多,线损就越大。因此,在受电端安装无功补偿装置,可减少负荷的无功功率损耗,提高功率因数,降低线损耗。如果将功率因数从0.6提高到0.85,则有功功率损耗可以降低50%左右,可谓效果明显。

2.2.3 改善电压质量线路中电压损失ΔU的计算公式ΔU=3R.R+Q.XLU(k V),式中:P-有功功率,k W;Q-无功功率,kvar;U-额定电压,k V;R-线路总电阻,Ω;XL-线路感抗,Ω。由上式可见,当线路中,无功功率Q减小以后,电压损失ΔU也就减小了。

2.2.4 提高设备出力由于有功功率P=S·cosφ,当供电设备的视在功率S一定时,如果功率因数cosφ提高,即功率因数角由φ1到φ2,则设备可以提供的有功功率P也随之增大到ΔP,可见,设备的有功出力提高了。

2.2.5 减少电费开支,降低生产成本。减小设备容量,节省电网投资。

3 无功补偿容量计算

电容器容量的选择电容器安装容量的选择,可根据使用目的的不同,按改善功率因数,提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确,为国内外所通用。根据公式,可以求出无功补偿容量,以下为我公司未投入智能型无功功率自动补偿装置时相关数据如表1。

通过对2006年7、8、9三个月的数据计算如表一按照最大值进行计算,按照cosφ1=0.942、cosφ2=0.98进行补偿。

按照三个月平均值计算,按照cosφ1=0.939、cosφ2=0.98进行补偿。

根据计算得出,要想维持功率因数为0.98至少需要增加无功补偿容量2273Kvar;考虑到以后负荷增容,选择补偿容量为4600Kvar。

4 高压智能无功无功功率自动补偿装置功能特点

4.1 对同容量电容,可按无功容量大小进行投切,按动作次数的多少选取电容实行均恒投切。对不同容量电容,可按无功量大小自动选择匹配电容的投入和切除,并能兼顾动作次数,不会出现投切震荡。针对此套无功补偿装置良好选择性特点,将所需补偿量4600Kvar分成四组,一组无功功率2000kvar、二组无功功率1000kvar、三组无功功率1000kvar、四组无功功率600kvar,进行分段补偿。既当线路功率因数降低时,通过微机检测装置在线监测系统的信号,自动调整所需的容量,当需要补偿量不大于1500kvar时,系统会将3、4两组电容器投入,大于1500kvar且小于2000kvar时,投入1组。以获得最佳的功率因数。

4.2 具有与微机控制器完全独立的手动投切功能,能保证在微机故障时,应能正常使用。

4.3 强大的显示测量功能,能分别显示两台主编的高压侧电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率及低压侧电压;电容器运行状态和可投入运行的电容器组。显示日期、时间等。

4.4 完善的保护功能:当电容器故障跳闸时,电容器拒切和拒投时,能发出报警并闭锁;当出现电网电压过高或锅底时,能自动切除电容后报警并闭锁,等故障消失后可自动恢复工作。

5 投入高压智能无功功率自动补偿装置后运行情况(见表2)

通过对2007年9、10、11三个月的数据进行分析计算,采用无功功率自动补偿装置后,线路功率因数由原来0.9提高为0.97,使变压器有功功率容量增加9%,同时减少了线路损耗,改善了供电质量。取得了较好的效益。

结束语

这套高压智能型无功功率自动补偿装置运行两年来,性能稳定,维护方便,测试准确,有力的保证了我公司的供电质量,减少了损耗,创造了良好的效益。

参考文献

[1]朱建德,潘品英.实践电工手册.第一版[M].北京:机械工业出版社,1998.12,543-567.

篇4：无功功率自动补偿控制器使用说明书

【关键词】电压无功功率；自动控制；策略分析

电压是电能的主要质量指标之一，对电流系统的安全经济运行，保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命具有重要影响。如同频率与有功功率的发、供、用电平衡密切相关一样，电网中的电压水平与电网中的无功功率发供用平衡密切相关，而且与有功功率可以在全网内平衡不同，无功功率只有在分层、分区、分散合理平衡的基础上，才能实现电网的电压合理分布。城市是电力负荷集中地区，随着电网结构的日趋复杂，城市用电，经济增长及电流设备安全运行对电压质量的要求日益提高，而且无功功率是影响电压质量的一个重要因素。因此，电网电压质量与无功功率控制是现代电网运行，管理的重要组成部分，也是城网改造的主要内容。

1.九区调节原理

软件实现电压无功综合控制的基本方法是采用9区图控制策略。它是根据变电站当前的运行方式，利用实时监测的电压和无功（或功率因数）两个判别量构成变电站综合自动控制策略，综合逻辑判据是基于给出的电压和无功的上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区.各个区域对应不同的控制策略，根据监测的实时电压、无功，判定当前变电站运行在哪个控制区，再根据相应的控制策略对分接头和电容器组进行控制，以实现实时无功补偿，优化无功潮流分布，提高全网各节点电压合格率，减少网损，从而取得较好的经济效益。

2.十七区图调节原理

2.1十七区划分

十七区图控制算法是在九区图控制算法基础上的一种改进算法，采用基于十七区间的原理能有效防止振荡动作。每个区域都有优先策略与备用策略，如果优先策略不能实现就执行备用策略。

2.2分析

传统的九区图法控制策略是按照固定的电压和无功（或变电站进线端功率因素）上下限将电压——无功平面划分为九个区域。传统的九区图法存在的一些问题是：控制策略是基于固定的电压无功上下限而未考虑无功调节对电压的影响及其相互协调关系；用于运算分析的信息有分散性、随机性的特点、这就造成了控制决策的盲目性和不确定性，实际表现为设备频繁调节。

十七区图控制方法是进一步细分九区，将容易产生振荡的临界区域划分出来，采取单独的控制策略控制、例如，2—1区，宽度为变压器分接头调一挡降压产生的无功变化量，如果实时工作点处于以区域，电压越上限，根据传统的九区图应该调变压器分接头降压，但又会引起无功越下限，而根据十七区图则应该切电容器，降低电压，无功增加，所以不会引起无功越下限，又如4—3区。宽度为投切—组电容器引起的电压变化量，如果实时工作点处于该区域，无功越下限，根据传统的九区图应该切电容器来增加无功，但又会引起电压越下限，而十七区图则应该调分接头升压，无功同时增加，所以不会引起电压越下限。其他细分小区道理相相同，这样就避免了设备频繁调节。

每个区的控制方案可自动整定，也可手动整定；自动整定时可控5种方式进行：只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先和综合考虑。该控制策略的优点是在电压无功边界区域不需要二次调整，直接到达正常区域，或者保持在电压合格无功稍微越限的区域。防止振荡发生：但是，该策略电压无功的关联特性不够精确，控制的准确性差。

3.模糊无功边界九区图控制原理

为了改进固定边界九区图抑制策略的不足，考虑系统电压和变电站有功、无功负荷之间的随机关系，确保无功调节与电压的协调关系，一些学者提出了基于模糊理论的电压无功控制策略，将电压状态引入无功调节特性，对存在不确定性调节的边界引入模糊隶属度，以改善控制性能。

3.1无功判据模糊边界的引入

无功功率的变化会对电压产生影响。设变电站的短路容量为Sm，则无功功率的变化对低压侧电压的影响近似计算为：

ΔU2=—ΔQ（U2/Sm） （1）

由无功功率变化引起的电压变化量ΔU与无功变化量ΔQ线性关系。根据电压无功控制的基本原则，电压调节边界应是相对固定的（不同负荷时段可有差异），而无功调节边界应是一个受电压状态影响并服务于电压调节的模糊边界。

3.2控制策略

根据上述无功投切判据，可将电压无功平面划分成无功边界与电压线性相关的九区图，与传统的九区图相比，它的无功上限边界是受电压影响的模糊边界，边界的斜率可根据不同的时段、不同的负荷段进行在线调控。

1区：切电容器，若无电容可切，则降压；

2区：首先降压，若不能降压，则强切电容器；

3区：首先降压，若不能降压，则强切电容器；

4区：切电容路，若无电容器可切，则维持；

5区：此区为稳定工作区；

6区：投电容器、若无电容器可投，则维持；

7区：首先升压，若不能升压，则强投电容器；

8区：首先升压，若不能升压，则强投电容器；

9区：投电容器、苦无电容可投.则升压；

6—l区：降压，若不能降压、也不能投电容器；

4—1区：升压，若不能升压，也不能切电容器。

3.3分析

模糊无功边界的九区图与传统的九区图的抑制区域面积一样大；在三角形abc内，按传统的九区图控制策略应投电容器，但电压升高可能超越上限，引起一次不必要的电压调节和电压波动；在电压较高时无功上限较大，无功不是太缺，因此无须投电容器，从而避免由于投入电容器引起的电压升高和可能导致的电压调节和电压波动。同理在三角形cde内，按新Q下限投电容器、无功减小，电压升高，使电压值离下限靠近标准值，避免了可能电于负荷或系统波动引起电压下降而造成一次电压调节和电压波动，无功动作面积abc等于无功不动作面积cde、因此在电压合格后，无功的动作面积与传统的九区图是相等的，无功补偿效果和无功调节次数与传统的九区图也不相同的。对Δfgh和Δhmn进行分析可以得出同样的结论，即采用模糊边界无功判据来调节无功，可在保持无功调节效果不变和不增加无功调节次数的情况下，减少变压器分接头调节次数和电压波动，使电压更接近了标准电压，在接近电压上下限处投切电容器会由于无功的变化而使得电压越限引起有数分接头动作。为避免此类情况的发生，根据九区细分图的划分原则对4、6区做了细分。把6区中靠近电压上限、4区中靠近电压下限的运行点划分出来，作为2个单独的防震小区域。

4.结论

通过变电站电压无功功率自动控制策略的实施，实现无功——电压优化控制，把现代最新的科技应用于城网无功规划、控制和管理各个领域，力争实现无功——电压实时控制，达到线损最小，实现变电站最大综合效益。 [科]

【参考文献】

[1]孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[C].天津大学，2010.

篇5：无功补偿功率问题及其节电原理

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

1.降低发电机有功功率的输出。

2.降低输、变压设备的供电能力。

3.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

4.造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2、功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：

P=Q= UIcosS= UIcos =P/S

式中cosφ———功率因数；

P————有功功率，kw；

Q————无功功率，kVar；

S————视在功率，kv，A。

U————用电设备的额定电压，V。

I————用电设备的运行电流，A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

（1）自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。

（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点

1.集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！

答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：

1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。

2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。

对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因

无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示Q

S=S

式中

S————视在功率，KVAφ

P————有功功率，KWP

Q————无功功率，kvar图一

φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1.提高功率因数

如图2所示? 图中

P————有功功率

S1————补偿前的视在功率

S1S2 Q2S2————补偿后的视在功率

Q1————补偿前的无功功率

φ2φ1Q2————补偿后的无功功率

Pφ1————补偿前的功率因数角

图二φ2————补偿后的功率因数角

由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后（补偿量Qc=Q1-Q2），功率因数角由φ1φ减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

1.降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗△P的计算公式为

1.P=3

式中P——有功功率，KW

U————额定电压，KV；

R————线路总电阻，?。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

1.改善电压质量

线路中电压损失△U的计算公式

U=3

Q1

S1式中P————有功功率，KW；

S2Q————无功功率，Kvar；

Q2U————额定电压，KV；

φ2 φ1R————线路总电阻，；

P图三X ————线路感抗，?。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U也就减小了。

1.提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P=S•cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+△P，可见，设备的有功出力提高了。

电容器容量的选者：

电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图（如图

2）中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc,(kvar)

或(kvar)

式中P————最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ

1、tgφ2————补偿前后功率因数角的正切值；

cosφ

1、cosφ2————补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）

篇6：无功功率自动补偿控制器使用说明书

本文对FBD理论进行简单的介绍,将利用该理论对无功功率补偿器进行控制的补偿效果和常用的平衡补偿策略进行比较研究,分析了补偿后电网侧的有功功率损耗情况。

1 FBD功率理论几个重要定义

FBD功率理论由德国学者S.Fryze提出,经过F.Buchholz和M.Dpenbrock等人的进一步研究,逐渐形成体系,所以被称为FBD功率理论[7,8,9,10]。FBD功率理论是可适用于多相系统,以本文研究的三相系统为例,简要说明该功率理论中对一些物理量的定义。

为表述方便,将电流电压量表示为向量形式:

式(1)中各个元素均为瞬时值,则根据FBD功率理论有以下定义。

(1)瞬时总电压V∑和总电压RMS(均方根)

(2)瞬时总有功功率p∑和总平均功率P∑:

(3)等效电导(有功电导)Gp:

(4)有功电流ip和非有功电流inp:

2 补偿后对电压不平衡度影响

由式(5)可以看出,根据FBD功率理论,如果要达到单位功率因数的补偿目的,则电网的各相电流和电压的瞬时值成相同的比例。当电网电压为正弦时,各相电流和电压的相位相同且对应相的电压和电流瞬时值比都相同。在电网电压不对称情况下,针对补偿后对电压不平衡度影响问题,基于FBD功率理论的控制策略与传统的控制方法进行对比分析。图1为一个配电网简单示意图,图中Z1为线路阻抗,为分析方便,假设线路三相阻抗相同;图1中节点1,2的三相电压向量分别为v1、v2;I1、I2、I3分别为对应支路的三相电流向量。

当三相电压、电流向量中含有正序和负序分量,分别可以表示为:

式(6,7)中上标“+”、“-”分别标示对应的正序和负序分量。将节点3的负载和补偿器作为一个等效负载,利用文中的补偿策略,补偿后,电流I3与节点3的电压同波形且幅值成相同比例,比例系数为k,即:

则有:

由图1可得补偿后节点2的电压为:

将式(6～9)代入式(10)可得:

若采用平衡补偿策略,则补偿后电流I3三相平衡其与节点3电压的正序分量同相位,为了加以区分,采用这种控制方法时对应的电流和电压都加上标“′”,即有:

采用文中提出的策略时,负载所需的有功功率通过正序和负序进行传输;而采用平衡补偿策略时,负载所需的有功功率仅通过正序分量进行传输,该正序分量与电压中的负序分量作用为无功功率。因此,分析易得:

将式(12)代入式(10)可得:

同理,将式(6,7,12)代入式(14)可得:

由式(11,13,15)可知:

将根据电能质量中对于电压不对称度的定义可知:

若将负载1和相应的补偿器全部断开,则节点2的电压为:

为了和上述情况进行区分,给节点2电压加上上标“″”。由式(11,17)及电能质量中对于电压不对称度的定义可知断开负载1和相应的补偿器后,节点2的电压不平衡度没有变化。即采用文中的补偿策略进行补偿,不影响公共接入点的电压不平衡度。而采用三相平衡补偿时节点2的电压:

由式(19)及电能质量中对于电压不对称度的定义可知,采用三相平衡补偿时,公共接入点电压不平衡度加剧。

通过上述分析可知,与常用的平衡补偿策略相比,采用文中的补偿策略后,公共接入点(节点2)电压不平衡程度较低,更有利于改善该节点的电能质量。

3 有功功率损耗分析

在如图2所示的多相系统中,u1,u2,…,uN分别表示多相负载的各相输入电压;i1,i2,…,iN分别表示多相负载的各相输入电流;R表示输电线路的电阻。

首先以第j相为例,分析在负载输入电压一定,输入功率一定的情况下,输电线路电阻损耗最小时,负载输入电流和输入电压的关系。为了更具一般性,假设第j相电压、电流分别为周期为Tj的周期分量,由傅立叶分解可得其表达式为:

式中:ωj=2π/Tj。由瞬时功率定义可知第j相负载的瞬时输入功率为:

在一个周期Tj内有:

由此第j相的有功功率(平均功率)为:

同理,可得到线路电阻R上损耗的有功功率为:

从式(25)可以看出,电流ij中的第三项对传输有功功率没有作用,要使Pj R最小,则式(4～11)中:

在第j相电压一定时,即式(20)中的直流分量Uj 0、基波及各次谐波有效值Ujk都一定,则有:

式(28)中:C1为常数。在第j相有功功率一定时,即:

式(29)中:C2也为常数,设:

构造函数:

式(31)中:C22/C1,R是一定的,则在Fj取得最小值时,Pj R值也取最小。

将式(25～28)代入式(31)化简可得:

为了使函数Fj取得最小值,则有:

即有:

将式(26,34)代入式(4～7)可得:

从式(35)可知,对每一相而言,在传输相同功率情况下,当电流和电压波形相同时线路的损耗最小。

对于图2中的N相系统,假设各相系统周期的最小公倍数为T,根据式(24)可以得到N相负载的在一个周期T内的平均功率,即有功功率为:

同理根据式(25),可以得到线路电阻R上损耗的有功功率为:

N相的电压已知,设:

在N相电压一定,负载吸收的有功一定的情况下,构造目标函数:

式中:P、U、R为定值,则在F取得最小值时,PR值也取最小。

设P/U=G,并将式(36～38)代入式(39)化简可得:

在N相系统线路R有功损耗最小时,函数F取得最小值,这时有:

从式(41)可知,对N相而言,在传输相同有功功率情况下,当各相电流和电压波形相同,各相电流和电压的瞬时值的比值相同时线路的损耗最小。由于线路电抗对以上分析没有影响,因此没有考虑。

通过上述分析可知,依据FBD功率理论对非有功电流进行补偿后,电网电流即满足线路的损耗最小的条件。

4 结束语

通过与传统补偿策略的比较研究表明基于FBD功率理论的无功补偿控制对补偿点的电压不平衡度影响较小。利用公式推导的方法证明了利用基于FBD功率理论的控制方法补偿后系统的有功损耗最小。文中得到的结论在无功补偿器的控制策略的选择上有一定的参考和指导意义。

摘要：介绍了FBD功率理论,分析了利用FBD功率对无功功率补偿器控制时,补偿后的效果和常用的平衡补偿策略进行比较研究,结果表明采用提出的补偿策略进行补偿后,公共接入点电压不平衡程度较低,更有利于公共接入点的电能质量的改善。通过公式推导证明了利用FBD功率理论进行无功功率补偿后,电网的有功功率损耗最小。

关键词：FBD功率理论,无功功率补偿,静止同步补偿器

参考文献

[1]CAVALIERE CAC,WATANABE EH,AREDES M.Multi-pu-lse STATCOM operation under unbalanced voltages[C].IEEE PES Winter Meeting,New York,USA,2002,(1):567-572.

[2]LASSETER R,HOCHGRAF C.Controls for Operation With Unbalanced Voltage[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1998,13(2):538-544.

[3]GERARD E,ALEKSANDAR M.S,P MATTAVELL.An Ad-aptive Controller in Stationary Reference Frame for D-Statcomin Unbalanced Operation[J].IEEE Transactions on IndustryElectronic,2004,51(2):401-409.

[4]LIU Y,LUO F L.Trinary HYbrid MUltilevel Inverter Used in STATCOM with Unbalanced Voltage[J].IEE Proc.Electr.Power Appl,2005,152(5):1203-1222.

[5]VALDERRAMA G E,MATTAVELLIP,STANKOVIC A M.Reactive Power and Unbalance Compensation Using STATC-OM with Dissipativity-based Control[J].IEEE Transactions onControl System Technology,2001,9(5):718-727.

[6]ZHU Y Q,LIU W H.Balancing Compensation of Unbalanced Load Based on Single Phase STATCOM[C].The 4th Interna-tional Power Electronics and Motion Control Conference,IP-EMC2004,Xi'an,China,2004,2:425-429.

[7]DEPENBROCK M,STAUDT V.Stability Problems if Three-phase Systems With Bidirectional Energy Flow are Compen-sated Using the FBD-method[C].The 8th International Conferferenceon Harmonicsand Quality of Power,ICHQP'98,Athens,Greece,IEEE,October 14-16,1998:325-330.

[8]DEPENBROCK,STAUDT M V.The FBD-method as Toolfor Compensating Total Non-active Currents[C].The 8th Inter-national Conference on Harmonics and Quality of Power,ICH-QP'98,Athens,Greece,IEEE,1998:320-324.

[9]DEPENBROCK M.The FBD-method,A Generally Applicable Tool for Analyzing Power Relations[J].IEEE Transactions on Power Systems,1993,8(2):381-387.