电网无功功率补偿应用

电网无功功率补偿应用（精选9篇）

电网无功功率补偿应用 篇1

一、目前我国配电网无功补偿的状况

配电厂受自然环境、居民区等问题制约, 所以远离电力负荷中心, 尽管建于负荷附近位置, 由于单机容量的变大, 发电机额定功率因数也随着变大, 因此电网所接受的无功功率变小, 仅由发电机提供的无功功率满足不了配电网对无功功率的需求, 所以无功功率补偿设备的作用尤其重要。配电系统的无功功率补偿方法有以下几种: (1) 同步调相机:目前很少利用, 它是无功补偿设备最前期的典型代表, 具有动态补偿功能, 其反应慢, 工作维护麻烦, 一般表现为高压侧集中补偿。 (2) 并补装置:并联电容器是无功补偿中用于无功补偿最多的装置, 但是电容的补偿只限于补偿固定的无功装置, 虽然电容分组投切优于固定电容器补偿方法, 并且更能适应负载无功的动态表现, 但其补偿方法仅是一种有级无功调节, 实现不了无功平滑的无级调节功能。 (3) 并联电抗器:现今我国电抗器容量都是固定的, 主要用于抑制过电压与除吸入系统容性的负荷。以上三种补偿措施在运行工作中取得较好的效果, 但实际工作中存在以下问题: (1) 谐波问题:电容器具备抗谐波功能, 但谐波值一旦过大, 会影响电容器使用寿命;但由于其对谐波具有放大功能, 所以会使系统的谐波, 受到更严重干扰。 (2) 无功的倒送问题:电力系统中不能出现无功倒送, 在负荷值低时, 无功倒送会使电压偏高。 (3) 电压调节措施的补偿装备产生的问题:某些无功补偿装备主要是由电压定其无功的投切量, 线路电压的波动与无功量变化有关, 但线路的电压是根据系统变化而决定的, 这就造成无功欠补或过补的出现

二、无功的补偿措施

并联电容器是无功补偿的一种表现方法。按照达到的补偿效果的不同与系统负载情况的不同, 根据不同安装地扯, 无功补偿可分为分单元补偿、集中补偿与就地补偿三种。下面分析无功补偿方法特点。 (1) 线路的分布补偿。线路的分布补偿为高压补偿的一种表现, 为实现无功就地补偿功能, 就要在电力线路上安装并联电容器, 具有成本低、降损、高效等特点, 并且安装简捷, 低事故, 维护工作容易, 尤其是用于较长线路与多负荷供电点的线路上。所以, 配电线路上组装并联电容器补偿, 在社会发展中得到广泛的应用。 (2) 变电站的高压集中补偿。高压集中补偿指将并联电容器组直接装在变电所的6~10k V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端, 用户本身有一定高压负荷时, 可以减少对电力系统无功的消耗并起到一定补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切, 从而合理地提高用户功率因数, 避免功率因数降低导致电费增加。同时便于运行维护, 补偿效益高。电容器组安装容量一般为10000kvar或更小, 放置方法可设有专门室外布置或电容器室。由于变电站的补偿, 对农网降损作用有限, 下级补偿不够时, 其是确保总受电端功率因数, 是否能达到考核标准的一种有效补偿方法。高压集中补偿为无功平衡的一个主要构造, 很多企业, 特别是存在较多高压负载时, 如:电炉、变压器等。其补偿特点有电压较高、补偿容量较大, 比低压大很多。 (3) 变压器的低压母线补偿。变压器低压母线补偿, 是以无功补偿投切装置充当控制保护装置, 把低压的电容器组补偿于大型用户0.4k V母线上的补偿技术, 较多表现为动态补偿。其补偿措施限于补偿线路的无功负荷, 基荷段, 补偿容量过大时, 在负荷出现低谷时, 其无功会倒送, 会使电压升高和增加网损可能, 对其他设备和电容器的正常运行造成影响。所以不能用低压母线补偿, 取代下级补偿, 如果在下级补偿处于完善的状态时, 便能够除去线路补偿。 (4) 低压用户的分散补偿。低压用户的分散补偿主要为低压随机补偿, 其方法是将低压补偿的电动机绕组与电容器组直接并接好, 用一套保护装备与刀闸控制, 将电动机同时投切, 此方法为静态补偿。

三、无功补偿装置

静电电容器、同步电机、静态无功补偿器以及静态无功发生器, 通常把这几种装备称为无功补偿装备。目前我国指的静态无功补偿装备, 主要指采用晶闸管无功补偿设备的方法, 有以下几类:

1具有饱和电抗器的无功补偿装备功能

其主要装置分为可控饱和电抗器与自动饱和电抗器无功的补偿装置。可控饱和电抗器是以改变控制绕组工作时电流的控制铁心的饱和数据, 使工作绕组的感抗改变, 而进一步控制无功电流值。自动饱和电抗器的无功补偿装置采用电抗器的主要功能来稳定电压, 再用铁心的饱和功能, 而控制吸入或发出的无功功率数据。

2静态无功补偿装置

静态补偿器的功能是持续而快速地控制无功功率, 根据吸入或放出无的功功率来控制, 其所连接输电节点的电压。静态无功补偿装备, 由晶闸管所控制投切电容器及电抗器组合成, 可分为晶闸管投切电容器与晶闸管控制电抗器两种补偿装置方法。⑴晶闸管控制电抗器由单个电抗器与两个相互反向并联而成的晶闸管相串联, 三相接成的三角形。具有TCR型的补偿器, 灵活性大, 反应迅速, 目前我国工业企业和输电系统中应用广泛。⑵晶闸管投切电容器由两个相互反向并联的晶闸管, 而将电容器从电网中连接断开或并入电网, 而串联的小电抗器, 主要用来抑制电容器, 投入电网工作时可能产生对电流的冲击。

3新型静态无功发生器

静态无功发生器构造是一个电压源型逆变器, 由可断开与关闭的晶闸管控制通断, 把电力系统的电压同步与电容上的直流电压转换而成的三相交流电压, 再把变压器和电抗器并联连接入配电网。控制好逆变器输出电压, 灵活改变工作状态, 让其处于感性、容性或没负荷的状态。

摘要：随着社会的发展与人民质量的提高, 人们对配电的依赖性不断加强, 同时对供电的质量及稳定性提出了严格的要求。本文中主要探讨了功率因数与供电单位间的影响, 以及提高功率因数带动社会效益及经济效益的作用。

关键词：电网,无功率,补偿器,发生器

参考文献

[1]浅论电网无功功率补偿[J].天津电力, 2010 (10) .

[2]浅谈无功功率的产生和补偿技术[J].中国电力教育, 2011 (27) .

电网无功功率补偿应用 篇2

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）

低压电网无功功率补偿方法初探 篇3

一、补偿无功功率的意义

在电力系统中, 除输送有功功率外, 还要输送无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率。无功功率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。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。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。

在正常情况下, 用电设备不但要从电源获得有功功率, 同时还需要从电源取得无功功率。发电机是无功功率的主要来源, 线路电容也产生一部分无功功率, 但远远满足不了负荷和电网对无功功率的需要。如果电网中的无功电源不足将使系统电压降低, 从而损坏用电设备, 严重的会造成电网崩溃, 使系统瓦解而造成大面积停电。无功功率不足还会造成低功率因数运行, 使电气设备容量得不到充分利用, 线路电压损失增大和电能损耗的增加, 效率降低, 限制了线路的输电能力。因此用补偿办法解决电网无功功率的不足, 是保证用户对无功功率的需要, 保证用电设备在额定电压下工作, 保证电力系统安全经济运行的重要措施。

二、补偿无功功率的种类和方式

为了使电网安全经济运行和用户的正常用电, 常采用同期调相机和装设移相电容器的补偿方法补偿无功功率的不足。

1、同期调相机

利用空载运行的同步电动机, 在过励磁情况下, 输出感性的无功功率。由于其容量较大, 在短路故障时较为稳定, 损坏后可修复继续使用, 一般用于电力系统较大的变电所中。但同期调相机对有功功率的单相损耗较大, 又具有旋转部分, 需专人监护, 运行时有噪音, 工业企业较少采用。但一些无需速度调节的设备, 如通风机、水泵和空气压缩机等, 容量在1 5 0千瓦以上, 可采用同步电动机。一方面作为拖动电机, 另一方面又能在过励磁情况下输出无功功率, 这是一举两得的事, 应尽可能提倡。

2、移相电容器

移相电容器无旋转部件, 不需专人维护管理, 安装简单, 可以做到自动投切, 按需要增减补偿容量, 有功功率损耗小, 因此普遍采用的补偿方法是装设移相电容器。

补偿方法有三种。

(1) 个别补偿

主要用于低压配电网, 电容器直接接在用电设备附近, 如图1所示。这样可以减少对企业供电线路和企业内部低压配电线路及配电变压器无功功率的供应, 相应地减少了线路和变压器中的有功电能损耗, 且不会造成无功倒送, 占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等。适当地配置低压电容器, 可以减少车间线路的导线截面及变压器的容量, 对已运行的线路和变压器, 则可提高其输出容量, 补偿范围最大, 效果最好, 是最佳的补偿方法。这种补偿方式适用于长期稳定运行, 无功功率需要较大, 或距电源较远, 不便于实现其他补偿的场合。

(2) 分组补偿

将移相电容器接于车间的配电母线上, 如图2所示。其特点是电容器的电流不能流经母线与用电设备之间的线路, 此段线路的无功功率未能补偿。线路的损耗较大, 只能补偿变压器的无功需要, 因此补偿效果不如个别补偿。

(3) 集中补偿

[1]、高压集中补偿

如图3所示为接在变配电所6~10kV母线上的集中补偿的并联电容器的接线图。采用的是△形接线, 并选用成套的高压电容器柜。

高压集中补偿是将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端, 用户本身又有一定的高压负荷时, 可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切, 从而合理地提高了用户的功率因数, 避免功率因数降低导致电费的增加。该补偿方式只能补偿总降压变电所的6—10kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响, 而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿, 因此补偿范围最小。但由于装设集中, 运行条件较好, 维护管理方便, 投资较少, 且总降压变电所6—10kV母线停电机会少, 因此电容器利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用相当普遍。

[2]、低压集中补偿

如图4所示为低压集中补偿的电容器组的接线。电容器也采用△形接线, 和高压集中补偿不同的是, 放电装置为放电电阻或220V, 15~25W的白炽灯的灯丝电阻。

低压集中补偿是将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧, 以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切, 以补偿低压配电线路和所带电气设备的无功损耗。补偿范围比高压集中补偿要大, 可使变压器的容量选得较小, 提高配电变压器利用率, 降低网损, 比较经济。

三、无功补偿并联电容器的装设与控制

1、并联电容器的接线

对单相电容器, 若电容器的额定电压与三相网络的额定电压相同, 应将其接成△形;若电容器的额定电压低于三相网络额定电压, 应将其接成丫形。电容器采用△形接线时, 任一电容器断线, 三相线路仍得到无功补偿, 而采用丫形接线时, 一相电容器断线时, 断线相将失去无功补偿。但是, 当电容器采用△形接线时, 任一电容器击穿短路时, 将造成三相线路的两相短路, 短路电流很大, 有可能引起电容器爆炸, 这对高压电容器特别危险。电容器采用丫形接线时, 在其中的一相电容器发生击穿短路时, 其短路电流仅为正常工作电流的3倍, 运行相对比较安全。GB50053—94《10kV及以下变电所设计规范》规定:高压电容器组宜接成中性点不接地丫形, 容量较小时宜接成△形;低压电容器组应接成△形。

2、并联电容器装设的位置

并联电力电容器在用户供配电系统中装设的位置如图5所示。

无功补偿设备的配置, 应按照“全面规划, 合理布局, 分级补偿, 就地平衡”的原则, 以获得无功补偿的最大经济效益。

3、电容器组投切方式的选择

对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组, 采用手动投切;为避免过补偿或轻载时电压过高, 易造成设备损坏的, 采用自动投切。高、低压补偿效果相同时, 采用低压自动补偿装置。

四、无功补偿电容器容量的确定方法

1、提高功率因数补偿电容器容量

如果电力网最大负荷月的平均有功功率为Pav, 补偿前的功率因数为cosφ, 补偿后的功率因数为cosφ1, 则补偿容量可用公式计算

有时需要将cosφ提高到大于cosφ2, 小于cosφ3, 则补偿容量应满足不等式

cosφ1应采用最大负荷日平均功率因数, 补偿后功率因数cosφ2的值应取得适当。当功率因数从0.95变到1时需要的电容随功率因数的提高增长很快, 将功率因数由0.9提高到1和由0.7提高到0.9时所需补偿的容量近似相等, 所以为了经济, 一般将功率因数提高到0.9左右就可以了。

2、降低线损补偿电容器容量

线损是电力网经济运行一项重要指标, 在网络参数一定的条件下, 其与通过导线的电流平方成正比。补偿前流经电力网的电流为I1, 其有、无功分量为I1R和I1x, 则补偿后, 流经网络的电流为I2, 其有、无功量为I2 R和I2x, 则

加装电容器后, 将不会改变补偿前的有功分量, 故有

如图6所示。

补偿前的线路损耗为

补偿后的线路损耗为

补偿后线损降低的百分值为

而补偿容量为

3、提高运行电压补偿电容器容量

在配电线路的末端, 运行电压较低, 特别是重负荷、细导线的线路。加装补偿电容以后, 可以提高运行电压, 这就产生了按提高电压的要求, 选择多大的补偿电容是合理的问题。此外, 在网络电压正常的线路中, 装设补偿电容时, 网络电压的压升不能越限, 为了满足这一约束条件, 就必须了解补偿容量Q c和网络电压增量之间的关系。

装设补偿电容以前, 网络电压可用下式计算

装设补偿电容后, 电源电压U1不变, 变电所母线电压U2升到U’2, 且

三相所需总容量为

4、配电变压器的无功补偿电容器容量

配电变压器的功率损耗:

配电变压器需要补偿的无功功率Q0和Qk, 在变压器铭牌中没有标定, 但可以用铭牌中标定的空载电流百分值I%和短路电压百分值UK%很容易地计算。

故配电变压器在负载状态下补偿的无功功率为:

5、电动机无功补偿电容器容量

一般应按将电动机空载时的功率因数补偿到1的原则进行,

当电容器为三角形接线时, 每相电容的电容值为

当电容器为星形接线时, 每相电容器的电容值为

电动机补偿电容器的接线如图7所示。

五、结束语

不少交流异步电机负荷率低, 常处于轻载或空载状态, 无功功率消耗比有功功率大, 电能浪费严重。因此采用无功补偿, 提高功率因数, 从而增加了变压器的容量, 是节约电能、减少运行费用很有效的措施。合理的无功补偿确是一条投资小、见效快、收益高、切实可行的、能较大幅度降低线损, 降低系统的能耗, 改善电压质量, 节省企业电费开支, 提高设备的利用率的有效途径。

参考文献

[1]唐志平.供配电技术.电子工业出版社.2006

[2]企业供电系统及运行.劳动部培训司.中国劳动出版社.1994

电网无功功率补偿应用 篇4

关键词：电力系统;低压电网;无功补偿

0引言

在电力系统低压电网中，无功补偿装置设置的目的就是提升电网的供电效率，保证电力供应顺畅。在电力供电系统中，无功补偿装置是一项比较重要的设备，它能够有效地减少输电线路以及变压器的损耗，提升供配电路中的效率，进而使原有的供电环境得到改善。将无功补偿装置合理地用于供电过程中，能够实现最大限度地降低供电网络中的电能损失，进而实现良好的经济与社会效益。在电力系统低压电网的供配电过程中，科学、合理地采用无功补偿的方法进行电能的输送，可以达到降低损耗以及稳定电网电压的作用。本文作者结合自己多年从事低压电网管理的工作经验，探讨了无功补偿装置的运用。

1无功补偿装置的重要性分析

1.1维持供电网络电压的稳定对于低压电网的供电网络来说，稳定的电压是保证其正常工作的先决条件，它可以确保供配电网络的电能输送质量。依据供电网络中的电压损失计算公式，可以得出输送无功负荷Q产生了全部的变电器电压，因此，供电网络中的无功功率Q对于确保电压稳定具有特殊的作用。所以，在低压电网的供配电过程中，应当尽可能的降低电网中的无功功率Q，以便达到维持电网电压稳定的作用。

1.2降低电能消耗企业的电费支出依据我国目前所执行的电费收缴制度，电能消耗企业所缴纳的电费与其功率因数有关，根据该企业的功率因数来确定所要缴纳的电费。所以，绝大多数电能消耗企业都十分关注对机械设备的节能保养，进而有效降低企业的电费支出。在低压电网中设置无功补偿装置，能够有效地降低企业机械设备运转过程中对电能的消耗，进而降低企业的电力成本支出。

1.3降低供配电系统的电能损耗

在确定电力系统因使用无功补偿装置而节省的能耗时，可以使用公式P=IUCOSα。电力系统安装无功补偿装置后，当功率因数从未安装前的0.75提高到安装后的0.9后，能够降低大约30%的电能消耗，可以看出其具有非常好的降低电能消耗的作用。所以，电力系统在进行低压电网输送电流时，可以考虑运用无功补偿装置，这样能够有效地降低电力系统中电能损耗。

2无功补偿装置配置地点的选择

在电力系统低压电网中，无功补偿装置可以设置在以下三个地方，一个是设置在变电所的母线上，一个是设置在10 kv的线路中，另外，还可以设置在用户低压端。

2.1变电所母线设置无功补偿装置在变电所的母线上，无功补偿的容量要比其它的地方都大，通常情况下是采用手动分级投切的方式进行。首先要确定该变电所覆盖范围内的总的无功负荷量，再依据总的无功负荷量来确定变电所母线上的无功补偿容量，以便确保上一级的功率因数能够满足设计要求，同时使变电所的母线电压始终处于允许的范围之内。

2.2 10 kV线路设置无功补偿装置对于10 kV线路来说，其无功补偿容量的确定是依据变压器的无功损耗以及线路中的无功损耗值。10 kV线路中的无功补偿容量不可以过大，否则，会使得线路处于低负载时出现无功过补偿现象，这样就会导致线路中的损耗量增大，同时也不能保证线路中的电压稳定。

2.3用户低压端设置无功补偿装置通常情况下可以根据用户的无功负荷的变化，进行补偿电容器的自动切换，这样就能够避免出现向高压线路反送无功电能的情况。在供配电电网里，若将无功补偿装置设置在用户低压端，能够保证线路中有最小的电流，进而有效降低线路中的电能损失。此外，由于供配电线路中的电流比较小，就能够使供配电线路中电压降减少，进而避免电压出现较大的波动。通过在用户端设置无功补偿装置，可以产生较好的效果，不然即便线路关口处有着比较高的功率因数，也不能实现合理降低线路的功率损耗。在供配电线路中，应当将低压侧设置无功补偿装置作为主要的补偿方式，而高压端的无功补偿装置只起到辅助作用。为了能够有效地达到线路中的无功补偿，可以结合线路中实际情况选用自动控制的方式，及时获取供配电电网中的功率因数、功率、电流、电压等参数，依据电网中各参数的变化，来确定合理的操作指令，进而保证供配电低压电网始终保持良好的运行状态。

3无功补偿应遵循的原则

在电力系统低压电网中设置无功补偿装置需要遵循同机补偿、电容器补偿、随时补偿等原则。低压电网正式输电之前，应当先将电动机与低压电容器组相连接，在连接的基础上再让其工作，这么做不仅能够有效地减少因低电流通过所带来的电能损失，而且可以提升低压电流的使用效率，进而实现无损耗的目标。在低压电网供配电变压器的两侧，可以连接低压电容器，这么做可以补偿由于配电变压器空载状态时的无功损耗，此外，也可以在一定程度上补偿由于变压器使用而造成的电能损耗。

在低压电网的补偿过程中，电网的控制保护装置采用无功补偿切换装置，0.5 kV左右的大用电户的母线上设置低压电容器组补偿，这么做既可以达到两种补偿的要求，而且能够在一定程度上保证电压的稳定，进而避免电气设备因电压变化而受到损坏。

4无功补偿的具体方法

4.1低压电网中集中补偿在低压电网中进行集中补偿主要是利用由电脑控制的低压并联电容器柜，在380V配电变压器处进行。采用集中补偿的方法主要有以下几方面的优点：首先，是能够补偿的容量很大，可以同时满足上千容器的使用;其次，是可以对其进行跟踪，对用户用电情况进行实时跟踪，依据用电波动情况来确定需要使用的补偿数量，进而达到供配电的平衡;再次，是可以产生较好的经济效果，采用集中补偿的办法可以有效地控制供配电电网中电能的损耗，而且设备的维护和投资全部由使用方负责，这样就明显的降低了供电企业的相关支出，而且可以对电能损耗进行有效控制。当前，用电大户在设置无功补偿装置时，大多数都是依据电网功率因素的变化来对电容器进行自动调节。用电企业运用集中补偿的方式，可以对可能出现的问题做到早发现、早解决;此外，当地的供电部门也会对企业的用电情况给予更多的关注，以便能够加强对电网电压的检查，确保电压一直能够处于合理水平。

4.2低压电网中的静止补偿

在电力系统中的远距离输配电线路中，可以采用静止补偿的方式进行无功补偿，这样不仅可以确保电网电压的稳定，而且能够避免输配电期间出现充电现象，进而全面提升输电的总体容量，即在几条线路同时进行输配电时，可以对产生的能量损耗进行及时补充，进而实现稳定电压的作用。与此同时，可以达到补偿和配给的作用，进而使其充分展示出调节的功能。在现实使用时，应当先确定调节点，也就是受电地区的下一级电网与调压输电网与输电网的电压支撑点之间的相互连接的枢纽点设计无功补偿装置。明确该装置可以调节的范围，之后对其实行跟踪维护。虽然这种方式具有很好的自动化水平，但同时也会受到一些难以避免的因素影响，如不良的天气等。因此，在使用过程中，要加强其观测力度，以便能够及时获取最新的数据，出现问题时要及时进行调整。

4.3低压电网中的分散补偿

在电力系统中的用户端采取分散补偿的方式，不仅可以达到提升电压使用率的作用，而且能够保证电压始终处于合理水平，避免因电压变化对电器所造成的损坏。采用分散补偿的方式可以有效地降低资源成本支出，因用户所用电器有着较高的频率，使用分散补偿的方法，有着较好的应用前景。采用分散补偿的方法，可以有效提升供配电线路中的供电水平，稳定线路中的电压，确保用户电器电压能够始终处于合理范围，保证电器可以安全、平稳的运行。

5结语

在电力系统低压电网中使用无功补偿装置，应当先对低压电路中所有的特点进行分析研究，从实际应用角度采取一定的措施，进而降低电网中的电能损失，确保低压电网的供电质量。

参考文献：

电网无功功率补偿应用 篇5

1.1 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率, 它和负载率的大小无关。因而, 为了改善电力系统和企业的功率因数, 变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

1.2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

当供电电压高于额定值的10%时, 由于磁路饱和的影响, 无功功率将增长得很快, 据有关资料统计, 当供电电压为额定值的110%时, 一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时, 无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以, 应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

1.3 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

1.4 以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素, 因此必

须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法, 使低压网能够实现无功的就地平衡, 达到降损节能的效果。

2 低压配电网无功补偿的方法

提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术, 我们通常采用的方法主要有三种:随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

2.1 随机补偿。

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接, 通过控制、保护装置与电机, 同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗, 以补励磁无功为主, 此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是:用电设备运行时, 无功补偿投入, 用电设备停运时, 补偿设备也退出, 而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活, 维护简单、事故率低等。

2.2 随器补偿。

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧, 以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功, 配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分, 对于轻负载的配变而言, 这部分损耗占供电量的比例很大, 从而导致电费单价的增加。随器补偿的优点:接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功, 限制农网无功基荷, 使该部分无功就地平衡, 从而提高配变利用率, 降低无功网损, 具有较高的经济性, 是目前补偿无功最有效的手段之一。

2.3 跟踪补偿。

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100k VA以上的专用配变用户, 可以替代随机、随器两种补偿方式, 补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活, 运行维护工作量小, 比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时, 应优先选用跟踪补偿方式。

3 无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时, 补偿容量的选择分两大类讨论, 即单负荷就地补偿容量的选择 (主要指电动机) 和多负荷补偿容量的选择 (指集中和局部分组补偿) 。

3.1 单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

3.1.1 美国资料推荐:

Qc= (1/3) Pe。3.1.2日本方法:从电气计算日文杂志中查到:1/4~1/2容量计算考虑负载率及极对数等因素, 按此法选取的补偿容量, 在任何负载情况下都不会出现过补偿, 而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用, 对一般情况都可行, 特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下, 其补偿效果较差。3.1.3经验系数法:由于电机极数不同, 按极数大小确定经验系数选择容量比较接近实际需要的电容器, 采用这种方法一般在70%负荷时, 补后功率因数可在0.95~0.97之间电机容量大时选下限, 小时选上限;电压高时选下限, 小时选上限4、Qc=P实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。3.1.4如果测试比较麻烦, 可以按下式:Qc≤√3Ue Io×10-3

Io-空载电流=2Ie (1-COSφe) 瑞典电气公司推荐公式:Qo

若电动机带额定负载运行, 即负载率β=1, 则:Qo

根据电机学知识可知, 对于Io/Ie较低的电动机 (少极、大功率电动机) , 在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高, 即两者相差较大, 在考虑导线较长, 无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下, 此式来选取是合理的。

3.1.5 按电动机额定数据计算:Q=k (1-cos2φe) 3Ue Ie×10-3 (kvar) K为与电动机极数有关的一个系数

极数:2 4 6 8 10

K值:0.7 0.8 0.85 0.9

3.2 多负荷补偿容量的选择多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

3.2.1 对已生产企业欲提高功率因数, 其补偿容量Qc按下式选择:

Qe=Km Kj (tgφ1-tgφ2) /Tm。式中:Km为最大负荷月时有功功率消耗量, 由有功电能表读得;Kj为补偿容量计算系数, 可取0.8~0.9;Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、tgφ2意义同前, tgφ1由有功和无功电能表读数求得。3.2.2对处于设计阶段的企业, 无功补偿容量Qc按下式选择:Qc=Kn Pn (tgφ1-tgφ2) 。式中Kn为年平均有功负荷系数, 一般取0.7~0.75;Pn为企业有功功率之和;tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值, 也可用加权平均功率因数求得cosφ1。多负荷的集中补偿电容器安装简单, 运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时, 会造成过补偿, 使运行电压抬高, 电压质量变坏。因此这种方法选择的容量, 对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿, 即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少, 对高压来说应考虑采取防过补偿措施。

4 无功补偿的效益

在现代用电企业中, 在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中, 以致电网传输功率除有功功率外, 还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70~0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%~90%, 如果把功率因数提高到0.95左右, 则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入, 会给用电企业带来效益。

5 结论

电网无功功率补偿应用 篇6

1 电压稳定概述

电压稳定是指系统母线受到扰动后维持稳定的能力。根据扰动作用的不同, 可将电压稳定分为静态电压稳定和大扰动电压稳定。前者主要指电压受到较小的扰动, 比如负荷增加等;后者主要指电压受到较大的扰动, 比如发电机出现严重的故障等。

2 无功功率补偿

电力系统中采用的改变无功功率流动、提高电压水平、减小网络损耗和改善动态性能等措施统称为无功功率补偿。在电力系统中, 无功功率会影响电压水平, 而利用传统的d△Q/d U可解释这种物理现象。d△Q/d U是指电力系统中某负荷节点无功功率的不平衡量和电压的导数。如果d△Q/d U=0, 则表示该节点处于电压稳定与电压不稳定的临界点;如果d△Q/d U>0, 则表示该节点的电压不稳定;如果d△Q/d U<0, 则表示该节点的电压稳定。

无功功率不仅会导致电压降低、电阻发热损失增多, 而且无法做有效功, 因此, 需要补偿无功功率。合理补偿无功功率是电力系统规划设计中的重要内容之一, 合理设置补偿容量也是电力系统调度中的主要工作之一。合理的无功功率补偿可提高电网的运行质量, 反之, 则会造成电压波动等不良后果。

3 电压稳定的方法探究

3.1 合理利用无功补偿装置

无功补偿装置有利于系统电压恒定能力的提升。因此, 在系统线路的设计中, 应合理利用无功补偿装置, 且输电线路应以多回路形式为主, 具体如下。

应调节变化状态下的无功功率, 而应用SVC和SVG的调节效果良好, 可实现快速跟踪补偿。如果将其与同步补偿机配合运用, 则保持电压稳定的效果更加明显, 且能有效避免电压崩溃。在应用SVC和SVG时, 应先确定其极限值, 如果电网系统的扰动超出其极限值, 则跟踪补偿功能将受到影响。

随着电网负荷结构的改变, 传统的无功补偿装置已无法适应电力系统的需求。由电力器件组成的静止无功补偿器可随时调整无功功率, 从而保证系统电压的稳定性。该装置不仅可有效抑制高次谐波和提高功率因数, 还可实现快速无功补偿。TCR (可控空心电抗器) 是常见的静止无功补偿器之一, 与其他补偿器相比, TCR的反应更灵敏、价格更低廉、运行更可靠。以TCR在某电网系统中的应用为例, 分析了该补偿器的应用效果。TCR等效电纳的计算公式为:

式 (1) 中:α为晶闸管延迟角;L为电感;w为基波角频率。

由式 (1) 可以看出, B是α的连续函数, 因此, 改变α即可改变该补偿器的等效电纳。在本案例中, 电网系统采用TCR后可及时调整等效电纳, 且可有效抑制冲击性负荷引起的电压闪变。此外, 当电网出现容性无功不足时, 可投入使用TCR。

3.2 改善输电系统无功功率的特性

采用多回路输电线路可提升输电系统的电压等级和提高电压恒稳能力。因此, 可借助串联电容器或并联电容器实现此目的。使用串联电容器可减少输电线路的电抗和降低无功损耗, 从而使输电系统传送更多的无功功率。虽然电容器的并联使用可能会出现电压不稳定的情况, 但采取适当使用的方法便可解决电压不稳的问题。

3.3 运用低功率因数发电机

合理运用发电机组可有效避免电压崩溃的发生。而低功率因数发电机具有良好的运行效果, 可将其用于无功短缺地区和无功储备较大的地区, 从而改善无功功率的分布, 促进电网系统电压的稳定。

3.4 保持系统无功功率的供需平衡

无功功率的供需平衡会影响电压的稳定性, 因此, 相关人员应采取相应的措施保持系统无功功率的供需平衡。常采用的措施有以下3 种: (1) 增大发电机相位超前的容量, 从而强化电网结构; (2) 在励磁机中装设无功补偿设备; (3) 当电压不稳定时, 应保证多数发电机组的稳定运行。

3.5 低电压甩负荷

低电压甩负荷是一种灵活、经济的稳定电压的方法, 也是低功率因数发电机常用的改善措施之一。基于一次测电压, 低电压甩负荷可降低一定的负荷, 避免出现电压崩溃的情况, 这种方法在静态稳定受端系统中的作用非常明显。

4 结束语

综上所述, 受我国电网规模不断扩大的影响, 电网电压不稳定的现象频频发生, 严重影响了电网系统的安全运行。由于电压的稳定性与无功功率有重要的联系, 因此, 应加强对无功功率的补偿。通过改善无功功率的分布, 比如, 采用合理安置无功补偿装置、改善输电系统无功功率的特性、运用低功率因数发电机、保持系统无功功率的供需平衡、低电压甩负荷等措施, 从而提升电网电压的稳定性, 为电力系统的安全运行奠定基础。

参考文献

[1]张锁魁.无功补偿对风电系统电压稳定和功率损耗的影响分析[J].电力电容器与无功补偿, 2014 (05) .

电网无功功率补偿应用 篇7

国内电网中大量使用三相鼠笼型异步电机,电机是感性负载,其效率较低,起动时功率因数只有0.5左右,运行时只有0.86左右,则需用高压电容器的投切以提高功率因数,使其达到0.92~0.99,从而提高电网的使用效率。目前使用的无功功率补偿控制器90%以上是静态投切电容,如以功率因数检测、补偿的JKG×××型;以无功功率补偿的JKW×××型;以无功电流补偿的JKL×××型和以两个物理量以上检测、补偿的JKF×××型,多数为静态型的,基本上均以CPU检测相移、无功功率、无功电流,由CPU输出经控制继电器、继电器触点控制接触器,接触器触点控制电容器的投切,且以三相电容一起投切。

1 无功功率补偿控制器工作原理

1.1 静态无功功率补偿控制器

由于继电器、接触器的吸合过程有毫秒级延迟,因而无法进行电压、电流的过零投切,这种投切称为静态补偿,原理框图如图1所示[1,2]。

1.2 动态无功功率补偿控制器

动态无功功率补偿控制器其电压、电流采样与静态的完全一样,但其输出控制电容投切部分电路有较大的变化,采用可控硅与接触器触点并联后控制电容的投切。利用可控硅的快速导通特性,在电压过零点时投入电容,电流过零时切除电容,最大限度地避免了电容投切时的浪涌和谐波。

如图2所示为动态无功功率补偿控制器的原理框图。利用三相电压零点和电流零点检测电路,输入CPU的输入捕捉(CCP)功能引脚,由于目前CPU输入捕捉功能的时间分辨率较高,已达纳秒级,利用输入捕捉中断快速检测电压和电流零点。可控硅导通速度为微秒级,因而可在电压过零时投入电容,电流过零时切除电容。

电压过零时,可控硅先导通,将电容器投入电网延时20 ms后控制接触器触点闭合,短路可控硅;因可控硅正向压降较大,长期运行有能量损耗,且会发热,需对可控硅进行散热,而接触器触点闭合时接触电阻较小,补偿电容器投切瞬间由可控硅实现,而长期运行由接触器实现。电压过零时投入电容,降低了电容器上的电流浪涌。电流过零时切除电容,降低了电感上的过电压。

电流过零时,先触发可控硅,使可控硅导通,延时20 ms后,将接触器线圈断电,然后当电流过零时可控硅自动关断,将电容从电网上切除。电流过零时切除电容降低了电感上的电压浪涌。

图3为电流放大和电流零点检测电路,为提高电流较小时(如0.1In)测量精度,放大电路采用两路,小信号时放大,大信号时缩小。电流测量范围可达0~6 000 A,采用两级CT,第一级(CT1)的二级输出为5 A的0.2~0.5级电流互感器,变比K1为1~1 200倍。第二级(CT2)为5 A/5 m A的精密测量互感器。

CT1的变比K1可用键盘设定,最大为1 200倍,可测电流最大为6 000 A,其相移要小;CT2用相移小于15'、线性度为0.1%的玻莫合金做的测量互感器,变比K2为5 A/5 m A。电流放大信号与CPU的A/D通道相连,电流零点信号与输入捕捉(CCP)通道相连。图4为电压采样和电压零点检测电路。

电压采样采用2 m A/2 m A电压型电流互感器,用玻莫合金制成,其相移小于15',线性度0.1%。

图5为采用电压、电流零点检测的JKG×××型无功功率补偿控制器的波形图。

由电压、电流零点比较器输出方波的上升边作为输入捕捉信号,电压零点中断起动定时器计时,电流零点中断停止计时,通过时差“t”可计算电压与电流之间的相移(φ)。

因电网频率不一定是50 H z,因此在测量电压、电流相移的同时,需测量电压周期(T),然后计算相移角。

式中:T为电压波周期,用输入捕捉功能测量两个电压零点上升边终端之间的时差;t为电压波与电流波零点的时差,即相移时差;X为电压与电流的相移角(°)。

由X查表得cosφ,即功率因数。

2 电压、电流互感器同相同名端自动调整功能

为方便用户使用,一旦用户将电压或电流互感器同相同名端调错时,计算机仍能自动调整;但不同相之间接线错误时,不能自动调整。

1)电压波在前,电流波在后,极性正确,系统为感性,滞后。

当,则t'=t,。

T为电压周期(ms);t为电压零点与电流零点之间的相移时差(ms),相位调整前的时差;t'为调整后的相移时差;φ为电压与电流之间调整后的相移(°),按cosφ设定目标值与实测值之差进行电容投切。

2)电流波在前,电压波在后,极性正确,系统为容性,过补偿,超前。

电流超前电压,电压零点上升边作第一次捕捉中断,开始计时;电流零点上升边作第二次捕捉中断,停止计时,即为t。实际相移时差为t'=T-t。

电流过零时逐只切除电容,达cosφ目标时停止。

因此可得如下结论,以自动调整电压、电流互感器的同相同名端:

(1)感性;,则t'=t,滞后,极性正确。

(2)容性;,超前,电压或电流互感器极性接反。

(3)感性;,滞后,电压或电流互感器极性接反。

(4)容性;,t'=T-t,超前,极性正确,过补偿。

计算机测量时,需将电压波零点上升边作为输入捕捉的第一个中断,起动定时器计时,并使能第二个输入捕捉中断,当第二个输入捕捉中断(电流波零点上升边输入捕捉)时停止计时。

3 应用

动态无功功率自动补偿装置利用双向可控硅的快速导通特性,当计算机检测到电压波过零点时,立即触发可控硅,将补偿电容接入电网,由于电压为零,因而电容上无浪涌冲击电流,不会使电网产生浪涌冲击电流,既减少了冲击电流对电容器的过热,也极大地减少谐波的产生,可控硅导通20 ms后,将相应的接触器通电吸合,可控硅脱离电网;

当电流波过零点时,将电容切除,正常运行时接触器为吸合状态,先在可控硅触发极加入信号,使可控硅处于导通状态,20 ms后使接触器断电,电流波过零时瞬间切断可控硅(将可控硅触发极信号撤消),由于电流过零时切除电容,系统中电感上的过电压会下降。正常运行时由接触器实现,电容投切时由可控硅完成,这将极大地减少电容投切时对电网造成电流、电压浪涌和谐波,延长了电容器的使用寿命,同时接触器闭合,分断时均在可控硅导通状态下进行,分断时触点不会产生电弧,因而接触器的容量可减小,其使用寿命也将大幅度提高。而可控硅只在瞬时接通和断开,其功率也勿选得过大。

笔者2002年参观德国汉诺威展览时,国外几乎全部使用动态无功功率补偿装置,不再用静态补偿,而国内则反之,大量使用静态补偿,而较少使用动态补偿。

一般企业的配电系统不使用无功功率补偿装置时,其功率因数为0.5~0.8,使用无功功率补偿装置后可提高到0.92~0.98。每个配电系统都有一套无功功率补偿柜,目前国内使用的多数是静态的,电容投切对电网容易造成电流、电压浪涌和谐波,因而应大力推广动态无功功率补偿装置。

摘要：分析了目前国内广泛使用的静态无功功率的使用情况和缺点,设计了一种动态无功功率自动补偿装置。利用CPU检测电网的无功功率、功率因数或无功电流,并将可控硅与接触器并联后对补偿电容进行投切,利用可控硅的快速导通特性,实现电压过零投入,电流过零切除的动态补偿。该补偿装置可最大限度地减少电容投切过程中的电压、电流浪涌。

关键词：动态无功补偿装置,电压过零,电流过零

参考文献

[1]GB/T 15576—2008低压无功功率静态补偿装置总技术条件[S].

电网无功功率补偿应用 篇8

1 掌握低压无功功率自动补偿系统的原理

电气工程人员要想在实际应用中很好地发挥低压无功补偿的作用, 就必须首先掌握电网低压侧无功功率自动补偿系统的原理。低压无功功率自动补偿系统是依靠电压、电流互感器采集供电线路中的电压、电流的数据和信息的, 输入到单片机中, 通过单片机系统中的CPU进行分析、计算, 通过输出系统把计算的结果与标准的功率因数0.9进行比较。如果功率因数大于0.9, 无功控制器就不会输出信号, 交流接触器不动作, 电容器不投切, 就不进行补偿。如果功率因数小于0.9, 无功控制器就会输出信号, 交流接触器动作, 电容器投切, 就进行补偿。通常情况下, 电压信号是从接于主母线上的B、C相上的电压互感器中采集的, 电流信号是从接于低压主柜中的母线上的A相上的电流互感器中采集的。

2 低压无功功率自动补偿系统的应用技巧

2.1 无功补偿电容器投切容量的确定方法

对于低压系统来说, 国家规定低压供电的用电单位无功因数应大于或等于0.85, 所以, 在实际安装中, 安装容量的大小应根据本单位负荷的实际情况和供电部门的要求, 确定所安装的电容器容量。由于低压系统中大多数用电设备都具有感性特点, 所以, 无功功率的电容器补偿方式, 通常采用的是共补型方式进行补偿的。在进行补偿前, 首先要考虑的是电容器投切容量的计算, 投切容量的大小, 可采用查表法和计算法求得。查表法, 就是把原本功率因数与所需功率因数两者对应所确定的系数K的大小与有功功率P的乘积, 作为所需投入补偿的电容器的容量Qc的数值。

2.2 低压无功功率自动补偿系统自动投切的判据和控制策略

无功功率自动补偿装置要想正确地投入到低压电网系统中, 不仅要考虑投入补偿的电容器的容量Qc的大小, 还要考虑到接入低压电网系统中的电压变化的情况。如果不能有效地使二者之间达到合理的搭配, 将会造成电容器组的频繁地投切、变压器的电压出现忽高忽低、忽大忽小的电压波动的情况。因此, 在进行无功功率投切电容器进行补偿的同时, 如何实现与低压系统中电压调节的合理配合, 是保证无功补偿系统可靠投切的关键。

判断无功功率设备是否需要投入到低压电路中, 如果只单纯地以功率因数的大小为判据, 这是不科学的。为了使无功功率的投切控制更合理、更准确, 就需要采用无功功率、功率因数、电压这几个参数之间的综合判据, 作为判断是否需要进行无功功率自动补偿系统的投切的依据。为了避免电容器组的投切震荡, 需要考虑系统允许一定的过补, 在具体调试过程中, 根据九区图, 通过调试无功功率上下限的数值、电压上下限的数值及ΔU值的大小, 来控制无功功率自动补偿系统的投切。在实际投切控制中, 还要注意同组电容器的动作时间间隔, 间隔时间必须大于300s, 同容量的电容器循环投切。为了防止出现瞬时干扰和投切震荡的情况, 投切算法并不以一次的计算结果立即决定是否投切, 而是计算结果连续几十秒均为同一组合时, 电容器才实行投切。

无功功率自动补偿系统投切的控制方法的分析, 通常采用的是九区图分析法。九区图是把低压系统中的无功功率和电压作为两个状态变量来描述的, 根据给定的电压、无功功率上下限, 把电压和无功功率运行的控制状态按九区划分, 以此来分析电容器组能否合理地投切和对低压电路中电压的影响。通过九区图分析系统中无功功率需求补偿的大小和系统中电压变化的关系, 根据无功功率补偿的大小值与系统中电压变化的情况, 来决定无功功率控制器是否投切。传统的九区图如图1。

传统的九区图在分析无功功率与电压关系时, 由于边界是固定的, 没有充分考虑到电路中电压与无功功率的相互关系、相互作用, 更没有考虑到无功功率的变化趋势。这样分析出来的投切过程, 容易造成系统的不稳定、不可靠, 所以, 使用时容易出现震荡和频繁动作的情况。为此, 一些专家和学者又提出了扩张后的区域图分析法。附扩张后的区域图如图2。

扩张后的区域图具有以下三个优点:

(1) 无功功率上下限, 采用斜线可以有效地保证电压质量, 提高电容器的投切效率, 减少变压器中不必要的调压。

(2) ΔU是考虑电容器投切对电压影响的控制确定值, ΔU值的确定应该比电容器投入或切除时电压波动值略大一些, 这样才能避免电容器不必要的频繁投切, 也减少了电容器的不合理投切区域。

(3) 无功功率上下限之间差值的确定, 应该是最大一组电容器容量的1.05至1.2倍之间, 这样就可以避免电容器的频繁动作。

2.3 低压无功功率补偿电容器组的连接技巧

因为电容器组按三角形连接时的电压等于按星形连接时的电压的倍, 因此, 电容器组接成三角形时的容量Q为采用星形连接时3倍。如果电容器组按三角形连接, 在三相之间, 即使出现一个电容器断线的情况, 此时整个三相线路仍能得到无功补偿;如果电容器组按星形连接时, 当一相中的电容器出现断线时, 该相就失去了无功补偿, 这将会造成三相补偿负荷不平衡。因此, 低压无功补偿中电容器组一般连接成三角形。但是美中不足的是, 当电容器采用三角形接线时, 任一电容器击穿将造成两相短路, 有可能发生电容器爆炸的事故, 而采用星形接线时, 若一相电容器击穿, 短路电流数值相对较小, 因此, 星形接线与三角形接线相比, 安全多了。

3 低压无功功率自动补偿系统的维护及注意事项

智能型无功功率控制器是属于电子器件, 在安装场所, 应做好防尘、防灰处理和保持适宜的温度等工作。投入运行后, 不能光想着这是智能型的, 可以无限期地放入电路中, 这种做法是错误的。电气工程人员平时要善于观察, 如果在路的功率因数已大于0.9以上时, 就应立即切除无功功率自动补偿控制器的开关, 使无功功率自动补偿系统退出线路。无功功率自动补偿系统在平时的运行过程中, 如果运行一段时间后, 需要停电进行检修。在停电的情况下, 要对无功补偿柜内的所有螺丝等零件进行紧固处理。如果柜内的温度过高, 还要打开柜内的电扇电源, 对补偿柜进行降温处理。同时, 在检修过程中, 观察电容器接头是否有闪络现象, 或电容器瓶是否有击穿、鼓包等现象, 如果出现这些现象, 要及时地更换电容器。在更换电容器时, 还要用仪器同时对本组中的其它电容器进行测量, 如有问题, 应一同更换。

总之, 低压无功功率自动补偿系统在低压电网系统中起着举足轻重的作用。在实际应用中, 智能型无功功率自动补偿控制系统在投入运行之前, 需要运用一定的技巧, 对其进行科学的调试工作。在接线正确的前提下, 参数调试特别重要, 它关系到控制器是否能正确进行控制电容器组并按要求进行科学投切。在调试前, 需要先看懂无功功率自动补偿控制器的说明书, 知道控制器的控制面板上各控制开关及组合的作用, 然后打开内部参数修订项, 根据判据和实测数据的大小及控制策略的要求, 调整内部参数到目标数据, 最终使无功功率自动补偿系统得以安全、有效地运行。

参考文献

[1]王雷.无功电压计算及电压无功投切判据分析[J].电力自动化设备.2001 (06) .

电网无功补偿装置的应用 篇9

电力系统无功功率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条件下的平衡。国外,城市、农村电网是否安装户外无功补偿己成为衡量配电网性能的主要指标之一。电力系统的无功补偿与无功平衡,是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿,不仅能保证电压质量,而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性,充分发挥了经济效益。电压无功优化控制应该从整个电网的角度进行综合电压无功控制,实现全网最优地改善各节点电压水平和减少网损的目的。

1 电网无功补偿装置的应用

1.1 就地无功补偿装置

就地补偿是在异步电动机附近设置电容器,对异步电动机进行无功功率补偿电容器直接装于用电设备附近,与电动机的供电回路相并联,中间只加串熔断器保护,用电设备投入时电容器跟着一起投入,切除时一块切除,实现了最方便的无功自动补偿,切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。就地无功补偿可以分为高压集中补偿,低压分组补偿和低压就地补偿三种补偿方式如图1所示。

通过就地电压传感器控制而自动地投切电容器。可减少供电网,配电变压器,低压配电线路的负荷电流,可减少配电线路的导线截面和企业配电变压器的容量。可降低电动机的起动电流。在效果上,它起着一个可变无功负载作用,调整其值起到保持交流电压为常数的作用。通常适用于经常投入运行,负荷较稳定的中小型低压电动机。在电机等感性负载旁和电容器直接并联,与电机等同开,同停。停机后电容器通过电机直接放电,电容器不再另需放电装置。运行时电机所需无功由电容器就地供给,能量交换距离最短,可以最大限度的降低线路的电流。

1.2 集中无功补偿装置

通常指装于地区变电站或高压供电电力用户降压变电站母线上的高压电容器组;也包括集中装设于电力用户总配电高低压母线上的电容器组。其优点是有利于控制电压水平,且易于实现自动投切,利用率高,维护方便,能减少配电网,用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。缺点是不能减少电力用户内部各条配电线路的无功负荷和电能损耗。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿,均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力,增大负载能力。

1.2.1 固定补偿装置

固定补偿主要综合整个电网的各项年平均参数,根据无功的分布情况选取若干个补偿点,每个点投入若干单位的电容量,使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个电网的运行特点,既取得了最佳经济效益又兼顾了全网无功潮流的平衡;固定补偿虽然投资小,但如果补偿的容量过大,在低负荷时,易出现过补现象。

1.2.2 自动补偿装置

自动补偿是微电子技术在电力系统的应用。控制器根据传感器的数据,计算出当前电网所需的无功补偿量并控制电容器组的投切,达到实时补偿的目的。自动补偿,功率因数可控制到0.95一0.98,其增容效果更为显著。电容器的充、放电功能,可以有效的稳定电压,提高供电质量。由于电脑技术的应用,功率因数自动补偿系统的发展进入了一个新阶段。特别是自动补偿,按循环方式投、切,被切除的电容要有充足的放电时间,才能再次投入。虽然各种微电脑功率因数自动控制器硬件、软件设计不同,但其原理基本如图2所示。

3 结语

针对目前自动补偿装置所存在的缺点,为适应现代化电力系统的发展需要,今后的无功补偿装置要达到:1.高智能化,能动态跟踪无功负荷的变化无级投切电抗,且不会过补偿;2.实现电容器组循环投切,使电容器、电力电子电路使用概率相等,延长使用寿命;3.能对三相负荷进行均何控制;4.根据电网参数计算谐振点,并调节投人的电抗值,从而避免因高次电流谐波与电网发生谐振;5.加人滤波环节,消除本装置产生的电压高次谐波,避免对电网产生不良影响;6.自动判别并消除振荡投切现象;7.具有过压、过流、过热、缺相等保护功能;8.高可靠性,满足户外恶劣环境的工作需要;9.检测精度达到一级,可实时监测电网参数,并将数据传送至调度中心;1 0. 能实现采样点就地补偿和控制器联网补偿,即位于不同采样点的控制器之间通过数据交换,能综合全电网的运行情况判断最佳投切电容量。

参考文献

[1]刘源祺.地区电网无功优化规划方法综述.山东电力技术,2006,(3).

[2]马乃兵.高压并联电容器的技术特点分析.电力电容器,2007,(2).