无功就地补偿（共5篇）
无功就地补偿 篇1
摘要：随着时代的进步和社会经济的发展, 能源浪费问题却日趋严峻, 经济发展和资源环境之间存在着日趋尖锐的矛盾, 对节能减排工作提出更高的要求, 在电力能源方面, 电力资源的节约是当今尤为突出的工作, 下面简要分析了无功就地补偿节电技术在节约电力资源应用。
关键词：无功就地补偿,节电技术,应用
1 前言
无功功率的产生基本上不消耗能源, 但是, 无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。所谓提高功率因数, 不是指给负载, 而是指给负载供电的电力系统提高功率因数。具体来讲, 无功补偿指的是利用电容器产生的超前无功电流和电感性负荷产生的滞后无功电流相互补偿。如果把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路, 当容性负荷释放能量时, 感性负荷吸收能量;而感性负荷释放能量时, 容性负荷却在吸收能量, 能量在两种负荷之间互相交换。这样, 感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。
2 问题研究
2014年某供电局对五家有代表性的工业用户 (用电设备在50k W以上) 进行了节电测试和节能诊断, 测试内容包括运行电压、运行电流以及有功功率、无功功率和视在功率等进行了分析和研究, 同时, 对用电设备的运行温度进行了监测。结合测量数据, 对用电设备运行工况也进行了现场调查, 进行了节能诊断。
根据相关的统计资料表明, 在企业电网中循环的无功功率, 可以达到有功功率的65%以上, 因此, 在环流无功功率的过程中, 就会导致极大的有功损耗。我们知道, 接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。例如, 通过磁场, 变压器才能改变电压并且将能量送出去, 电动机才能转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的, 电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场。在一定的有功功率下, 当用电企业cosθ越小, 则所需要的无功功率越大, 其视在功率也越大。为满足用电的需要, 供电线路和变压器的容量也越大。
针对以上情况, 首先通常将自然补偿法给应用过来, 对电动机容量合理选择, 这样电动机无功消耗就可以得到降低, 避免有大马拉小车问题的出现;不允许出现电机或者设备的空载运行;对变压器合理配置, 并且对变压器容量合理选择;对生产班次进行调整, 促使用电负荷得到均衡, 实现用电负荷率得到提升的目的。
3 无功的危害
企业的用电设备大部分都是感性负载, 0.6~0.7之间往往是设备的功率因数, 对于供电系统来讲, 这样的功率因数是较低的。在工作的过程中, 用电设备有着越低的功率因数, 那么就需要越大的无功功率和无功电流。
具体来讲, 无功功率和无功电流会造成这些危害:增大系统的总电流, 那么就会增大系统中元件的容量, 如变压器、电气设备、导线等, 在较大程度上增加投资费用。如果输送的有功功率是相同的, 那么就会大大的增加设备和供电线路的损耗, 越低的功率因数, 就会造成越大的损耗。还会增大线路以及变压器的电压损失, 增加了调压的难度, 降低电压, 如果情况较为严重, 还会影响到设备的正常启动。供电公司在电费结算过程中, 非常重要的一个经济指标就是功率因数, 除电网有特殊要求的用户外:100k VA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。如:高压供电的用户功率因数在0.9以下, 那么就会对功率因数调整电费进行加收;如果在0.9以上, 就会给予一定的奖励。
4 补偿无功功率的原理
电力系统中的负载, 大部分是感性的。因此总电流I将滞后于电压一个角度θ。如果将并联电容器与负载并联 (补偿原理如图1所示) , 则电容器的电流IC将抵消一部分电感电流, 从而使电感电流IL减小到IL′, 总电流从I减小到I′, 功率因数将由cosθ提高到cosθ′, 这就是并联补偿的原理。
5 提高功率因数补偿容量计算
在有功功率已经确定的条件下将功率因数由cosθ1从提高到规定的数值cosθ2需补偿的无功功率QC, 根据功率补偿图中功率之间的向量关系, 可求出无功补偿容量QC为:
式中:P——最大负荷月的平均有功功率, k W;
tgθ1、tgθ2——补偿前后功率因数角的切值;
cosθ1、cosθ2——补偿前后功率因数值。
补偿的电容值为:
式中:f——电流频率 (HZ) , 工频时为50HZ;
U——电源电压 (V) ;
C——并联电容量 (μF) 。
为了正确地选择补偿电容器, 首先应了解补偿前的平均功率因数, 然后再考虑是否需补偿, 对已投产的一年以上的工厂来说, 可根据过去一年的电能消耗来计算补偿前的平均功率因数, 即
式中:Ppj——年平均有功负荷 (k W)
Qpj——年平均无功负荷 (kvar)
Wn——年有功电度 (k W·h)
Vn——年无功电度 (kvar·h)
8760——全年的小时数365*24小时
Wn和Vn均可由工厂过去一年的电能消耗量 (用电量) 记录资料查得, 也可根据无功电度和有功电度的比率查“比率与功率因数对照表”直接查到补偿前的平均功率因数cosθ。
求得平均功率因数后, 需补偿的电容器容量Qc为:
按经验上式可变为
式中:α——负荷系数, 经验上取0.7~0.8
△Qc——每千瓦有功功率所需补偿的电容器的无功容量 (kvar/k W)
△Qc可发根据补偿前的平均功率因数cosθ1和补偿后的功率因数cosθ2从表“比率与功率因数对照表”中查得, 并取比率值之差就可得到。
结语
通过上文的叙述分析我们可以得知, 随着时代的进步和社会经济的发展, 传统的无功补偿在实践过程中逐渐暴露出来了一系列的问题, 除电网需进行无功补偿外, 用户端也需要充分应用无功就地补偿节电技术。
参考文献
[1]赵曰营.无功就地补偿节电技术的应用[J].山东煤炭科技, 2011, 02 (04) :123-125.
[2]肖桂川.无功就地补偿在砖厂的应用[J].广西节能, 2002, 02 (01) :44-46.
无功就地补偿 篇2
摘要：利用无功功率发生器（SVG）对电网中的无功功率进行补偿，就需要实时动态的检测出电网中的无功电流。在充分比较p-q检测法和ip-iq无功电流检测法后，运用MATLAB7.1仿真软件搭建SVG的仿真模型。仿真结果表明：ip-iq检测法能够更快速的检测出电网中的无功分量。
关键词：SVG 瞬时无功功率 p-q检测法 ip-iq检测法
1 瞬时无功功率理论
新型静止无功功率发生器（SVG）基于其补偿的实时性与准确性的强大优势，在同类功能产品中显示出无可比拟的强大优势。为了对电网中的无功功率进行动态补偿，首先就需要实时的检测出电网中的瞬时无功功率。检测无功功率的方式有很多，目前比较普遍的方法是采用快速傅里叶变换法。但是此种检测方法具有一定的滞后性，一定程度上不能满足SVG对补偿准确性的要求。新兴发展的瞬时无功功率理论，在瞬时值的基础上定义有功功率及无功功率，有效地避免了检测滞后性的影响。日后必将成为无功电流检测领域的首选检测方式。采用瞬时无功功率算法检测电网中的无功电流，在瞬时值的基础上计算p，q或ip，iq并最终计算出电网中的无功电流。由于后期学者对该理论的不断扩展，发展成为两种检测方法，分别称之为p-q检测法和ip-iq检测法。
2 p-q运算方式
■图1 检测法原理图
p-q运算法通过分离出基波的有功功率和基波的无功功率而实现。首先根据定义计算出p，q，经过低通滤波器（LFP）得p，q的直流分量■，■。于是，根据■，■即可推导出ia，ib，ic的基波分量iaf，ibf，icf。
i■i■i■=C■C■■■■=■C■C■■■（1）
将iaf，ibf，icf与ia，ib，ic相减，即可得出ia，ib，ic的无功检测电流iah，ibh，ich。
3 ip-iq运算方式
■
图2中
C=sinwt -coswt-coswt -sinwt（2）
ip-iq检测法是以基波电流为基础而发展起来的一种瞬时检测法。第一步通过锁相环（PLL）即可得到三相电压中某一项的相角，通过正余弦发生器得到此相角的正余弦信号，根据以上所知计算出ip、iq，再经滤波后得到其直流分量 ■、■，此处的■，■是由基波有功分量iaf，ibf，icf产生的，因此由■，■，就能够得到iaf，ibf，icf的值，从而计算出所需的无功电流即iah，ibh，ich。
4 仿真结果分析
利用MATLAB中的电力系统模块库（SimPowerSystems）建立SVG的系统仿真模型，分别用如上的两种检测方法检测电网中的无功电流并进行实时补偿。
■
由仿真结果可以明显看出，采用p-q检测法的补偿装置投入电网中0.18s以后，电网中电流仍然滞后于电压，补偿并未完成；采用ip-iq检测法的补偿装置投入电网中0.18s以后，电网中电流与电压保持相同的相位，补偿完成。
由此可见，采用ip-iq检测法检测电网中的无功电流，更能够满足无功补偿装置对补偿实时性的要求，使补偿更加快速准确。
参考文献：
[1]薄志刚.基于直接电流控制的STATCOM控制器的研究[D].西安：西安理工大学，2008.
[2]HirofumiAkagi.Control and Performance of a Transformerless Cascade PWM STATCOM With Star Configuration[J].IEEE Transactions on IN DUSTRY APPLICATIONS，2007，43（4）：1041-1049.
[3]杨君.谐波和无功电流检测方法及并联型电力有源滤波器的研究[D].西安：西安交通大学，1996.
[4]Akagi H，Kanazawa Y，Nabae A.Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components[J].IEEE Trans Ind Appl，1984，20（3）：625-630.
[5]李民，王兆安，卓放.基于瞬时无功功率理论的高次谐波和无功功率检测[J].电力电子技术，1992（2）：36-40.
无功就地补偿 篇3
交流电能在输送和使用过程中, 包含有功功率和无功功率2种能量, 其中用于能量转换的能量叫做有功功率, 系统中除有功电源和有功负荷 (电阻元件) 外, 还存在感性容量 (视作无功负荷) 和容性容量 (视作无功电源) 。交流系统运行的目的是传输和消费能源, 无功系统的存在保持了交流电力系统的电压水平, 保证了电力系统的稳定运行和供电质量, 从而使电网传输电能的损失最小。无功电源不足对电力系统的影响有设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏、电力系统稳定度降低等几个方面。并联无功补偿一般是指补充无功电源、满足无功负荷的需要, 以达到无功电源和无功负荷在额定电压下的基本平衡。电力系统的无功电源为发电动机、调相机、并联电容器、线路充电功率、静止无功补偿器等。电力系统中无功负荷为异步电动机、变压器、线路无功损耗及串并联电抗器等[1]。 根据接入电网的基本要求在进行有功规划的基础上, 同时要进行无功规划, 原则上应使无功就地分区分层基本平衡。避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率[2]。
2现场应用
电力系统中向电网提供可阶梯调节的容性无功, 以补偿多余的感性无功, 减少电网有功损耗和提高电网电压为目的补偿方式为安装并联电容器装置 (集中并联电容补偿和分散就地并联电容补偿装置) 。大庆油田天然气油气加工生产装置大部分压缩机高压电动机安装了就地无功补偿装置, 安装后从多年的运行情况看, 节能效果非常显著, 极大地减轻了生产运行成本, 提高了经济效益。详细计算结果, 见表1。
由表1可知, 安装了无功就地补偿装置后, 电动机的运行电流由原来的433.0 A降低为364.7 A, 降幅为15.8%;电动机的功率因数从补前的0.8升高为0.95, 有了明显的提高; 视在功率由补偿前的4500 k VA下降为3790 k VA, 由此可大幅度增加变压器的出力。在有功功率相同的情况下, 可减少损耗近29.6%, 节电效果明显。
3经济效益分析
高压电动机安装了就地补偿装置后所取得的综合经济效益是非常可观的, 主要有以下4个方面:
1) 3600 k W电动机电流下降了68.3 A, 功率因数提高了0.15, 无功功率减少了1519 kvar, 无功经济当量值取0.07;该电动机年运行时间为8760 h, 其年节电量为93.15×104k Wh, 按工业用电平均价格为0.81元/k Wh计算, 年节约电费75.5万元, 这套就地无功补偿装置的投资费用在35万元左右, 不到1年即可收回投资。
2) 高压电动机通过就地补偿后, 由于功率因数的提高, 从而使工作电流下降, 增加了变压器的有效容量, 计算如下:
式中: S1——就地补偿前变压器容量, k VA;
S2——就地补偿后变压器容量, k VA;
P——有功功率, k W;
cosф1——就地补偿前功率因数;
cosф2——就地补偿后功率因数;
ΔS——变压器容量增量, k VA。
以3600 k W高压电动机为例, 补偿前功率因数为0.80, 补偿后功率因数为0.95, 根据式 (1) 计算其容量增量为 ΔS =3600 × (1/0.8- 1/0.95) =710.5 k VA。因此, 高压电动机经过就地补偿后, 等效于为其供电的变压器进行了增容, 可以提高变压器带负载能力, 为生产装置扩大再生产规模节约了成本;对于新建工程, 可以选择相对较小容量的配电变压器以降低工程造价。
3) 高压电动机安装就地无功补偿装置后, 不仅能起到节电、增容的效果, 而且由于电流的下降, 降低电器设备的温升, 从而延长电器设备的使用寿命, 延缓线路老化, 减少高压断路器及高压接触器火花放电, 降低了电器设备的故障率, 从而节约了维修费用, 为油田安全生产提供了可靠的保障。
4) 高压电动机安装就地无功补偿装置后, 提高了电动机的工作效率, 增大了电动机的有效出力, 提高了生产能力。
4结束语
无功就地补偿是一项成熟的技术, 目前低压就地无功补偿装置应用广泛, 而高压就地无功补偿装置因为存在很多实际困难, 所以目前应用的还相对较少, 但随着高压电力电容器制造技术水平的提高, 提出了供配电系统中高压电感性负荷的无功缺额主要依靠就地无功补偿来解决的新理念。实践证明, 高压无功就地补偿装置是一种故障率低、维护量少、使用寿命长、一次投资长期受益的静止型电力设备, 针对电网无功不足的现状, 建议在各生产装置中容量较大的高压电动机上推广安装就地无功电容补偿装置。电力系统中的高压无功就地补偿技术既有巨大的经济效益又关系到电力系统的可持续性发展, 值得进一步推广和应用。
摘要：在油田生产装置中大量使用高低压电动机 (含高压同步电动机) 及变压器, 这些负荷属于感性负载, 需要吸收大量的无功功率, 输送无功功率的过程中要消耗大量的有功功率, 加大了输配电线路的线损, 为了响应国家的节能环保政策, 降低生产装置的运行成本, 油田公司对高低电动机及变压器等感性负载进行了集中或就地补偿, 经过多年的运行情况分析, 节能效果显著。
关键词：电动机,就地无功补偿装置,感性负载,功率因数线损,节电率
参考文献
[1]纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社, 1998:220-233.
无功就地补偿 篇4
为推动配电网低电压解决与高效降损工作, 本文推荐一种实用型的全无功随器自动补偿装置, 实际运行数据证明它完全符合无功就地补偿原则, 使配电网降损、提高电压质量与最大限度的减少无功补偿投资3个指标同时达到最佳状态。
1 配电网无功补偿主体
10kV农村电网的无功损耗组成见表1。城市电网的负荷比农村电网大, 配电变压器的无功损耗比例稍大, 但配网整体的无功损耗比例组成也相差不了多少。
可见, 只要用户及配电变压器的无功损耗做到完全补偿, 配电网的输电线路中就只有少量无功 (5.1%) 流动。因此, 配电网无功补偿的主体是用户及配电变压器的无功损耗。
2 全无功随器自动补偿方法
配电网降损节能方法很多, 本文着重介绍全无功随器自动补偿方法。随器是指安装在配电变压器低压侧, 即就地补偿;全无功即指把配电变压器的无功损耗及0.4kV用户无功负荷完全补偿;自动补偿就是说自动跟踪无功负荷变化并进行补偿。
图1是全无功随器就地补偿方式示意图, 10kV输电线路上及配电变压器中只有有功功率流动 (用实线条p表示) 。图2是在10kV线路杆塔上高压无功补偿方法示意图, 它仅补偿了10kV线路出口界面的无功功率, 在10kV线路及变压器中有异地无功补偿分量 (用虚线条q表示) , 仍有大量无功电流流动, 浪费了投资, 增加了损耗, 降低了电压质量。
3 高效降损
3.1 理论计算
控制策略是全无功、就地、自动跟踪无功补偿, 任何负载率下都能将变压器高压侧的功率因数补偿到1.0或略微倒送无功。用等值变压器法, 以几种不同型号变压器为例, 不计用户无功, 不同负载率下从低压侧对变压器无功损耗进行完全补偿, 节电效益在4%～15%之间。
3.2 科学鉴定
国家电网计量中心对郑州电网的某木材加工厂无功补偿效益进行了科学鉴定。该系统有S9型变压器1台, 容量为250kVA、10/0.4kV、无载调压, 低压侧安装了全无功随器自动补偿装置, 装有6、10、15、20、20kvar 5组电容器, 合计71kvar, 接触器控制方式, 测试时间1天。表2列出8种电容器组合方式下的补偿结果。测试结果充分说明所有负载率下电容器组的投切, 都基本保持了变压器高压侧的功率因数为1.0的补偿效果。
3.3 工程实践
以河南省伊川电力公司高山变电站工程为例。共4条出线, 其中高南线是1条典型的农村供电线, 长为20公里, 37台变压器, 容量合计3900kVA, 月供电量30～40万k Wh, 负荷率10%～15%, 大部分时间轻负载运行。安装全无功随器就地补偿装置前, 采用在高压线路中间进行无功补偿方式, 安装电容器300kvar。改造后线损降低, 由14%降低至9%, 下降5%, 详细数据见表3、4。
4 全无功随器自动补偿装置特征
全无功随器自动补偿装置通过了国家发改委与财政部2010年8月31日公布的节能服务公司及节能产品第一批第283项检测认证以及国家电网计量中心测试报告认证, 其具有无功平衡优先、系统架构适应性强、运行可靠、监测功能齐全、容量大、运行可分为普通模式和节电模式、实用于农村城市及工矿企事业单位电网降损节能、1～2年内回收投资等良好特征。
5 结束语
无功就地补偿 篇5
1 现有低压无功自动补偿装置存在的问题
目前,现代电力电子和微电子技术在低压无功自动补偿装置中的应用,使投切低压电力电容器的开关性能得到很大改善,并且可以实现测量、统计等方面的更多功能。但是,由于低压无功自动补偿装置的结构模式并没有改变,装置采用屏柜式或箱式结构,在屏柜内或箱内由控制器和多个低压电力电容器、开关电器、保护电器、监测仪表等组装而成,因此存在以下主要问题。
1) 难以实现电容器过温保护、三相不平衡保护、断相保护以及故障自诊断等方面的进一步智能化。
2) 控制器成为整个装置可靠性的瓶颈,一旦发生故障,整台补偿装置将停止工作。
3) 容量的可扩性差,产品一旦形成,容量的扩展十分困难。
4) 维护操作的空间狭窄,使设备的可维护性差,故障的现场快速诊断和处理比较困难。
5) 产品结构复杂,不易标准化、规范化,生产成本较高,不易形成规模化生产,产品质量难以提高。
6) 体积宽大,难以安装于用电设备附近。
2 智能式低压电力电容器的功能
智能式低压电力电容器可由低压电力电容器、智能组件、开关器件、保护组件和人机联系组件等组成。低压电力电容器智能比技术方案见图1。
智能式低压电力电容器可实现如下功能。
1) 控制。
根据无功功率缺额分相投切,开关电器零电压导通与零电流断开,自动/手动切换;
2) 测量。
电流互感器TA相位与变比自动校正,配电电压与电流、无功功率与功率因数、电容器三相电流与温度测量;
3) 信号。
实现投运、退运与自诊断故障信号提示;
4) 保护。
具有雷击、过压、欠压、涌流保护,电容器过电流、三相不平衡、断相和过温保护(过温能反映过电压、过谐波、电容器泄漏严重和环境温度过高等情况)。
5) 积木式组合。
多台使用时通过联机自动产生一个主机,其余则为从机,构成系统工作。个别从机故障自动退出,不影响其余工作;主机故障自动退出后在其余从机中自动产生一个新的主机,组成一个新的系统工作。根据无功功率缺额进行投切,容量相同的电容器按循环投切原则,容量不同的电容器按值投切。
3 智能式低压电力电容器在无功就地分散补偿中的应用
智能式低压电力电容器使用方便,其接线端子设计简洁,如图2所示。
智能式低压电力电容器便于就地、分散安装:① 可装于功率因数较低的用电设备旁;② 可装于配电箱、开关柜、计量柜中空余位置,以及简易屏、柜、箱内;③ 可装于旧无功补偿设备箱柜中(拆除原设备中的总开关以下器件)。
对于已有无功自动补偿设备,再加装智能式低压电力电容器,与原设备同时运行,从而使功率因数达标。智能式低压电力电容器应用时的接线图见图3。智能式低压电力电容器接入用电设备电气回路的工作原理图见图4。
图3中CA为智能式低压电力电容器;Q为开关,电容器台数较少时可不用;F为避雷器,如原来附近装有,则可不再装。
图4中其接线规则是将智能式低压电力电容器的相同端子并联。为了使用的安全与方便,采用二次电流取样互感器TA2(二次侧输出毫安级电流)。
4 智能式低压电力电容器应用实例
某服装厂一车间距厂配电间126 m,配电线为Φ35铜芯导线。在厂配电间测得母线电压392 V,功率因数为0.56。在车间侧测得线电压369 V,经计算厂配电间到一车间之间的线损功率为5.873 kW。后来在一车间安装三相智能式低压电力电容器3台,进行无功就地补偿,将一车间侧功率因数提高到0.96,在同样工况条件下,车间侧测得线电压为377.3 V,线损功率降低了3.759 kW,仅数月内即可收回投资。
5 结语