某企业电网无功补偿设计论文

1、编号0814112毕业论文 （ 2012届本科）题 目: 某企业电网无功补偿设计 学 院: 物理与机电工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 作者姓名： xx 指导教师： xx 职称： 副教授 完成日期： 年 月 日二一二年五月xx学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二o 年

2、 月 日目录目录3摘要iabstractii第一章 绪论11.1 课题背景与意义11.2 课题研究现状11.3 本课题的研究内容与目标3第二章 无功功率及无功补偿42.1 无功功率42.2 无功补偿的原理、意义及技术要求52.2.1无功补偿的原理52.2.2无功补偿的意义52.2.3无功补偿的技术要求5第三章 无功补偿装置83.1 传统无功补偿装置的分析与选择83.1.1 电容器补偿装置83.1.2 电抗器补偿装置113.1.3 同步调相机143.1.4 静止无功补偿器153.1.5 静止无功发生器173.2 各种补偿装置综合分析18第四章 无功补偿方式204.1 无功补偿方式的分析204.2

3、 不同补偿方式下的补偿容量的确定254.3 无功补偿方式的综合分析27第五章 某铝厂供配电系统的无功补偿295.1 某铝厂负荷的基本情况295.2 该铝厂的无功补偿策略32总结36参考文献37致谢38附录39xx学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目某企业电网无功补偿设计学生姓名xx所属学院物理与机电工程学院 专业电气工程及其自动化年级08级指导教师xx所在单位xx学院职称副教授开题日期2011.12.20一、选题的目的及意义：进入21世纪伴随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。电能与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和

4、自动控制。电压是衡量电能质量的一个重要指标之一。合格的电压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波和三相不对称程度四个方面是否满足国家规定的要求，保证用户的电压接近电压的额定值是电力系统运行调整的主要任务之一。而对一个系统而言运行电压的水平取决于无功功率的平衡,故电能的生产、输送和应用过程中的安全稳定是十分关键的，为了满足可靠的供电，合乎要求的电能质量，经济性和尽量减少环境的污染对企业无功补偿的要求越来越高。在目前的企业电网建设中，尤其是无功补偿装置的选择和运用有着一些缺陷，资金，技术的浪费严重，存在着重复建设，改造困难，电能质量差等问题，已经成安全生产和保证产品质量的重要因素之一。这已经

5、违背了我国的可持续发展战略。所以无功功率的平衡在企业生产中起着很重要的作用。二、综述有关本选题的研究动态和自己的见解 通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。对无功补偿装置及系统的研究有了很大进步，随着电力电子技术的进一步发展，最近几年出现了采用自换相变流电路的静止无功补偿装置，通常称为静止无功补偿器（svg）或高级无功补偿器（asvc）,也叫静止调相机（stacon）。与svc装置相比，svg的调相速度更快，范围更宽，多重化，多电平或pwm技术等措施减少电流中的

6、谐波的含量，并且比svc装置体积小，成本大大减少。在企业中以集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。在高压线路采用集中补偿，减少高压线路的无功损耗，在功率因数低的车间采用分散补偿的方法，减少线路的无功损耗，由于容量小，效果较明显。在异步电动机或电感性用电设备附近，采用就地补偿的方式，这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变设备的电压质量。对于企业安全，经济和异步电动机或电感性用电设备数量多的考 虑，就地补偿节能效果更为明显，更能达到无功补偿的要求。鉴于上述情况，我个人认为现代企业电网中对于无功补偿

7、应该，传统无功补偿装置和现代无功补偿装置相结合的补偿方式， 安全，经济的对企业电网优化配置，降低电网中功率损耗，尽可能地提高供电的可靠性，尽可能地提高灵活性和经济性。三、主要内容及其主要的研究方法：1.对电网无功补偿产生的原因，对电网产生的影响，危害进行分析。 2.对传统无功补偿装置和现代补偿装置进行分析，对比选定设计所需的无功补偿装置。3.通过以上的分析与研究，得到一套较为完善的补偿方案，并用本方案对铝厂需要无功补偿的配电网进行无功补偿设计。论文进度安排和采取的主要措施：2011年11月1日至12月18日：撰写开题报告。2012年3月10日至5月25日：进行毕业设计。2012年5月25日至6

8、月9日：准备及答辩。主要措施：通过运用调查、研究等科学方式，有目的、有计划的，系统的收集和整理有关理论或现状的资料，从而获得关于课题研究的相关事实，并形成关于课题研究的科学认识。从报刊、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果，寻找新的信息，分析数据，深入研究。主要参考资料和文献：1 张刘春,韩如成.无功补偿装置的现状和发展趋势j.太原重型机械学院学报,2004, 25(1):30-33.2 王向臣.电网无功补偿实用技术m.北京:中国水利水电出版社,2009.3 戈东方.电力工程电气设计手册m.北京:中国水利水电出版社,1989.4 纪雯.电力系统设计手册m.北京:中国电力出版社,2000.

9、5 林海雪.电能质量国家标准及其完善j.大众用电,2005,(7):21-23.6 粟时平,刘桂英.静止无功功率补偿技术m.北京:中国电力出版社,2006.7曲学基 .无功补偿装置及应用j.电源技术应用,2009,12(1):41-43.8 宁建辉.无功补偿装置及其应用选择j.电力科技平台,2003,6(1):85-87.9 王哲.10kv 高压配电网无功补偿的技术探讨j.广州科技,2010,(3):91-93.10 于永源,杨绮雯.电力系统分析m.北京:中国电力出版社,2007.指导教师意见： 签 名： 年 月 日教研室意见负责人签名：年 月 日学 院 意 见负责人签名：年 月 日 摘要 在

10、设计中分析了无功产生的机理,无功功率对电网产生的不良影响,并对传统补偿装置和现代补偿装置进行对比分析,得出各补偿装置的优,缺点。各种补偿方式分析和对比,总结各补偿方式的使用条件,并比较了优缺点,最终从安全,经济的角度确定补偿装置和补偿方式,通过分析一铝厂配电网实例，选择适合的无功补偿装置和恰当的无功补偿方式对其进行无功补偿，并对无功补偿结果进行评价,从优的配置了铝厂电网达到补偿的要求并对无功补偿结果进行评估。关键词：无功功率；无功补偿；无功补装置；无功补偿方式abstractthis paper analysis of the mechanism of reactive power gener

11、ated by the adverse effects of reactive power on the grid, and comparative analysis of the traditional compensation device and the modern compensation device, and come to the advantages and disadvantages of the various compensation devices. and comparative analysis of different kinds of method of co

12、mpensation, summed up the the use of the conditions of compensation method, and compare the advantages and disadvantages of them. at last, ultimately determine the compensation device and method of compensation from the perspective of security and economic. from analysis of an aluminum plant with th

13、e grid instance, select the appropriate reactive power compensation deviceits reactive power compensation and appropriate reactive power compensation to give it reactive power compensation , and evaluate the results of reactive power compensation . so favorably configuration the requirements of the

14、aluminum plant grid ,and assessment the results of reactive power compensation keywords: reactive power; reactive power compensation; reactive power compensation device; reactive power compensationii 第一章 绪论1.1 课题背景与意义进入21世纪伴随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。电能与其它形式的能源相比,电能具有明显的优越性,它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和自

15、动控制。电压是衡量电能质量的一个重要指标之一。合格的电压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波和三相不对称程度四个方面是否满足国家规定的要求，保证用户的电压接近电压的额定值是电力系统运行调整的主要任务之一。而对一个系统而言运行电压的水平取决于无功功率的平衡,故电能的生产、输送和应用过程中的安全稳定是十分关键的，为了满足可靠的供电，合乎要求的电能质量，经济性和尽量减少环境的污染对企业无功补偿的要求越来越高。在目前的企业电网建设中，尤其是无功补偿装置的选择和运用有着一些缺陷，资金，技术的浪费严重，存在着重复建设，改造困难，电能质量差等问题，已经成安全生产和保证产品质量的重要因素之一。这已经违

16、背了我国的可持续发展战略。所以无功功率的平衡在企业生产中起着很重要的作用。1.2 课题研究现状通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。对无功补偿装置及系统的研究有了很大进步，随着电力电子技术的进一步发展，最近几年出现了采用自换相变流电路的静止无功补偿装置，通常称为静止无功补偿器（svg）或高级无功补偿器（asvc）,也叫静止调相机（stacon）。与svc装置相比，svg的调相速度更快，范围更宽，多重化，多电平或pwm技术等措施减少电流中的谐波的含量，并且比svc

17、装置体积小，成本大大减少。在企业中以集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。在高压线路采用集中补偿，减少高压线路的无功损耗，在功率因数低的车间采用分散补偿的方法，减少线路的无功损耗，由于容量小，效果较明显。在异步电动机或电感性用电设备附近，采用就地补偿的方式，这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变设备的电压质量。对于企业安全，经济和异步电动机或电感性用电设备数量多的考虑，就地补偿节能效果更为明显，更能达到无功补偿的要求。和晶闸管控制变压器（tct）等。静止无功发生器（svg）是比静止无功补偿装置

18、（svc）更为先进的无功补偿装置，依然利用电力电子技术实现无功补偿的目的，与svc 相比，svg 是将电力系统的电流相位进行变化，而不是单纯的容性无功与感性无功之间的相互抵消。最近几年，epri还提出了统一潮流控制器（upfc），它是将晶闸管环流器产生的交流电压电流串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角可连续变化，实现线路有功、无功功率的准确调节，从而提高输送能力以及阻尼系统震荡，其结构与 svg 类似，区别是其输出变压器串联接入输电线。我国清华大学、电力科学研究院等单位都进行了这方面的研究。随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，静止无功补偿的发展趋势主要有以下几点：（1）在城

19、网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。（2）快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法，如模糊控制等。（3）目前，无功补偿技术还主要用于低压系统，高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制，是通过变压器降压接入的，如用于电气化铁道牵引变电所等，研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义，关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压

20、，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。（4）由单一的无功功率补偿向具有滤波以及抑制谐波的功能的无功补偿装置的发展。随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波，研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段1。根据电力系统的实际运行情况，选择合适的无功补偿方式不仅可以实现对电力系统无功功率的有效补偿，而且可以减少配置无功补偿装置的投资，做到事半功倍的效果。 目前使用的补偿方式按照无功补偿装置的补偿速度有以下三种补偿方式：动态补偿方式、静态补偿方式和混合投切的补偿方式；

21、按照无功补偿装置安装的位置可以分为：变电所集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上补偿方式、用户终端分散补偿方式等。1.3 本课题的研究内容与目标本文将对供配电系统中无功功率产生机理及其对电力系统产生的影响及造成的危害进行分析，同时，分析、研究无功补偿装置的原理，分析、对比不同形式的无功补偿，通过以上的分析与研究，得到一套较为完善的补偿方案，并用本方案对某一需要无功补偿的配电网进行无功补偿。第二章 无功功率及无功补偿2.1 无功功率 许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。（1

22、）设备出力不足。线路和变压器允许的通过容量降低；并联电容器按电压平方关系减出力，使无功电源进一步减少；发电机出力降低，电压降低10%15%，有功和无功出力均减少10%15%。（2）降低输变电设备的供电能力。根据式2.1，无功功率流动的增加将降低输变电设备的供电能力。 (2.1)（3）电压损失增大。从供电线路的电压损失公式2.2可以看出，无功功率使造成电压损失增大。 (2.2)式中,ue为供电线路额定电压。（4）电力系统损耗增加。发电厂厂用电增加；线路、变压器有功损耗和无功损耗增加。如线路电压平均降低15%，线路损耗增加约32%。（5）设备使用寿命缩短或设备损坏。由于电压低，用户电动机出力低。如

23、电压降低20%，电动机转矩减少36%，电流增加约20%25%，设备温度升高12%15%，电压再低，则电动机轴功率不足,被迫停转，绕组过电流，甚至烧毁设备；电压低10%时，日光灯寿命缩短10%，低20%时则无法启动。（6）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。（7）无功功率的增加，将使电网中的电流与电压的相位不同相，产生较为严重的谐波分量，导致供电网络电压不稳定和谐波干扰增大。（8）电力系统稳定度下降。无功补偿容量不足，迫使发电机无功出力增大，受端系统电压被迫下降，当送电线

24、路发生故障时，受端系统因无功电源不足，电压进一步降低，如果电压降低到额定电压的70%以下，就可能引起电压崩溃故障，造成大面积停电。鉴于以上诸多无功功率流动对电网的不良影响，应尽量减少无功功率在电网中的流动，因此，需要必要的无功补偿。2.2 无功补偿的原理、意义及技术要求2.2.1无功补偿的原理在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性消耗的部分无功功率，减小电网电源向感性负荷提供无功功率。进而减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件，这种做法称为无功补偿。在纯电感电路中，电流超前于电压90而在纯电容电路中，电流滞后于电

25、压90,在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，相差1800，如果在电路中有比例地安装电容元件或电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而可以提高电能做功的能力，这就是无功补偿的原理。2.2.2无功补偿的意义电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数网络组件也要消耗无功功率。电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得，如果这些所需要的无功功率由发电机提供并经过长距离传送，显然是不合理的，通常也是不可能的；如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备的安全就会受到影响。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要

26、意义，概括起来有： 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量； 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗； 改善系统的稳定性，提高输电能力； 提高发电机有功输出能力； 减少线路电压损失，提高电网的有功传输能力； 降低电网的功率损耗，提高变压器的输出功率及运行经济效益； 降低设备发热，延长设备寿命，改善设备的利用率； 高水平平衡三相的有功功率和无功功率； 避免系统电压崩溃和稳定破坏事故，提高运行安全性2。2.2.3无功补偿的技术要求无功电源充裕,但运行管理不当和调相调压手段不足，也能引起电压过高的危害。诸如，设备绝缘轻则降低寿命，重则击穿烧毁；引起设备过激磁，电流增大产生谐波和引起

27、设备升温；照明设备寿命骤减等。但在系统中加强无功管理，强调无功电源和负荷的平衡和辅以有载调压等措施，一般在不增加设备的情况下，用户电压过高的问题也可以得到改善。提高用电单位的自然功率因数 ,应该遵循：全面规划 ,合理布局 ,分级补偿 ,就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主；高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。 总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定容量的无功功率，尤其低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应

28、按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。 电力部门补偿与用户补偿相结合在配电网络中，用户消耗的无功功率占 50%60%，其余的无功功率消耗在配电网中。为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。 分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功功率，从而降低供电网络的无功损耗，但不能降低配电网络的无功损耗，因为用户需要的无功通

29、过变电所以下的配电线路向负荷端输送，所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以,中、低压配电网应以分散补偿为主。 降损与调压相结合，以降损为主在供配电系统中，保证结点电压是非常重要，一方面可以通过电压器的分接头调整，另一方面可以通过控制无功功率来调整。由于在减少无功功率流动的前提下通过调整变压器分接头来调整结点电压是很容易的，所以，只要减少无功功率的流动就可以了。无功功率的流动减少则线路电流减小，进而线路损耗减小，因此，无功补偿还需要降损与调压相结合，以降损为主3,4。无功功率补偿虽然可以减少无功功率在电网中的流动，减少系统损耗，稳定节点电压，增强系统的稳定性，但

30、如果无功补偿不合理，如欠补偿或过补偿，都不能达到无功补偿的目的，因此，需要对无功补偿制定一个标准，使无功补偿起到积极作用。供电营业规则中规定，无功电力应就地补偿，用户应在提高用电自然功率的基础上，设计和安装无功补偿装置，并做到其随负荷和电压的变动及时投入或切除，防止功率倒送。用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定： 高压供电的工业用户（160kva 以上）和高压供电带有负荷调压装置的电力用户（3200kva 以上），功率因数应达到 0.90 以上； 其他 100kva（kw）及以上电力用户和大、中型电力用户，功率因数为 0.85以上； 农业用电，功率因数为0.80。以上

31、是无功补偿对功率因数的要求，同时，无功补偿对补偿电压也有一定的要求。35kv 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%；10（6）kv及以下三相供电电压允许偏差值，为系统标称电压的7%；0.4kv 单相供电电压允许偏差值为系统标称电压的+7%-10%5。无功功率的流动可以造成线路上的功率损耗，无功补偿对线路损耗也有一定的要求。根据不同地区的具体情况，线损要求可能不同，一般要求线损率不超过 7%5。 第三章 无功补偿装置无功补偿装置按照出现的时间顺序可以分为传统的补偿装置和现代的补偿装置。传统补偿装置有由简单的电容器和电抗器构成的补偿装置和同步调相机；现在的补偿装置一般由可以快

32、速反应的晶闸管控制，如晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器。3.1 传统无功补偿装置的分析与选择3.1.1 电容器补偿装置电容器补偿装置可以串联补偿也可并联补偿，一般用于补偿配电网中感性负荷。在电力系统中，负载类型是多样化的，但其中以异步电动机类型的负载为最多。异步电动机类型的负载为阻感性负载，可认为是电感和电阻r串联的负载，其功率因数可用式3.1计算： （3.1）并联电容器c并联在阻感性负载两端，其电路如图 3.1 所示。图3.1 并联补偿装置电路图按图3.1所示，可列出电流矢量方程式如下：i=ic+irc图3.2 并联电容无功补偿装置补偿无功功率的矢量图由式3.2 可以得到图3.2 所示的矢

33、量图。此时，电压u 与电流i之间的相位差由补偿前的1变小到2，即系统的功率因数提高，如果补偿后的功率因数cos1达到要求，则达到了无功补偿的目的。串联电容器与导线相串联以补偿线路的感性电抗。这将减小线路所连节点间的转移电抗，增大最大传输功率，减小实际的无功功率损耗。尽管串联电容器通常不用于电压控制，但它们确实能改善电压控制和无功功率平衡。由于串联电容器产生的无功功率随功率传输的增加而增加，在这个方面，串联电容器能自我调节。串联电容器主要用于补偿线路的部分串联感抗，从而降低输送功率时的无功功率损耗，也是得到较早应用的一种无功功率补偿装置。它是国内外电力系统在远距离输电时比较普遍采用的提高系统稳定

34、性和输送能力的重要手段。如图3.3（a），r 、l 为等效感性电路或感性负载c为串联电容，图3.3（b）为电压矢量三角关，图 3.3（c）为电阻、电感和阻抗矢量三角关系。(a) rlc 简单串联等值电路 (b) 电压矢量三角关系 (c) 电阻、电感和阻抗矢量三角系图 3.3 串联电容补偿原理由图3.3（b）、（c）可知，只要串联恰当的电容器，就可以减小功率因数角2即提高功率因数 cos2,用式 3.3 表示为： (3.3)式中, ,故: (3.4)式3.4中，若，则xc于是cos 2 cos这就是说，给电路串联一个容量大于的电容器，就可以提高感性电路或感性负载的功率因数。并联电容器与串联电容器

35、都有提高功率因数的作用，但一般情况下不推荐采用串联电容器，具体原因分析如下。因为： （3.5） （3.6）式。3.5与式3.6相比得式3.7： （3.7）即： （3.8）式3.8中，由于i1总是大于ic，所以，总是大于。这就是说，把相同容量的电容器并入感性电路的功率因数比串入感性电路的功率因数要高。另外并联电容器之所以得到了广泛的应用，是因为它还具有以下优点：（1）并联电容补偿装置是最经济的设备。它的一次性投资和运行费用都比较低，且安装调试简单。（2）并联电容补偿装置 的损耗低，效率高。现代电容器的损耗只有其本身容量的0.02%左右。调相机除了本身的损耗外其附属设备还需用一定的所用电损耗2%3

36、0%，大大高于并联电容补偿装置。（3）并联电容补偿装置是静止设备，运行维护简单，没有噪音。（4）并联电容补偿装置的应用范围广，可以集中安装在中心变电站，也可以分散安装在配电系统和厂矿用户。而调相机则只能固定安装在中心变电站，应用有较大的局限。并联电容补偿装置是电网中用得最多的一种无功功率补偿设备，目前国内外电力系统中大部分的无功补偿设备是并联电容补偿装置。一般情况下，变、配电所的负载不是固定不变的。在负荷高峰期，母线电压要降低，甚至低于额定供电电压，此时，若不增加补偿电容器的容量，则无功功率补偿容量不足，出现欠补偿的情况，势必引起母线电压进一步下降，如此循环下去，将造成供电质量严重下降，在负荷

37、低谷期，母线电压要升高，若不减少补偿电容器的容量，则无功功率补偿容量过大，出现过补偿的情况，势必引起母线电压进一步增高，如此循环下去，过高的母线电压将引起接在该母线上的变压器、电动机和各类电力电子设备的损耗增加，甚至被烧毁。为了避免上述现象的发生，要求补偿电容补偿装置能自动投切，以适应负荷高峰期和低谷期对无功功率补偿容量的不同要求。在集中补偿和分组补偿方式中，每相的补偿电容器可分为几组，根据供电系统的运行情况，分组后的补偿电容器自动投切，以满足对无功功率补偿容量的要求。补偿电容补偿装置自动投切的方法有许多种，可根据实际情况来选定： 按母线电压的高低进行自动投切； 按负载电流的大小进行自动投切；

38、 按出现负荷高峰期和低谷期时间的规律性，划分时间进行自动投切； 按功率因数的大小进行自动投切； 按无功功率的方向进行自动投切。在使用电容器补偿装置时应考虑以下问题。在供电系统运行过程中，可能出现断电的情况，此时，补偿电容器c上的电压为断电时电网电压的瞬时值u0，器将通过自身的绝缘电阻r放电。电容器（组）上的电压uc是按指数规律衰减的，可用式3.9表示为： （3.9）由于绝缘电阻r较大，uc全电压以下需要很长的时间。为了保证维护人员安全，要求在断电30s后，补偿电容器c上的电压降到65v以下，为此需要另行为电容器设置放电电阻。要求该放电电阻除满足安全要求外，还应在系统正常运行时，该电阻的功耗很小

39、，每kw补偿电容器消耗功率小于1w。满足上述要求的放电电阻的阻值可按式 3.10 计算： (3.10)式中，u 交流电源的相电压；qc每相补偿电容器的补偿容量。若交流电源电压以为单位kv，则放电电阻r可用式 3.11 表示： (3.11)3.1.2 电抗器补偿装置与电容器补偿装置相同，电抗器型无功补偿装置也可以串入或并入电网。并联电抗器常用于补偿系统电容。它通过向超高压、大容量的电网提供可阶梯调节的感性无功功率，补偿电网的剩余容性充电无功功率，控制无功功率潮流，保证电网电压稳定在允许范围内。实践证明，对于一些电压偏高的电网，安装一定数量的并联电抗器是解决系统无功功率过剩，降低电压的有效措施，特

40、别是限制由于线路开路或轻载负荷所引起的电压升高。由于超高压远距离输电线路，其输电线路对地以及相与相之间的电容特别大，输电线路电容会产生大量的无功功率，各级电压输电线路的容性充电功率的数值如表3.1所示。表 3.1 各级电压输电线路的充电功率的数值电压等级（kv）分裂导线数充电功率 （mvar/100km）10013.23.62201212.714.815.719.0330236.941.0500395.0105.07504215240由表3.1可知，在超高压和一些中低压电网中其容性充电功率的数值相当可观，绝不可忽视。为了使输电线路电压维持在规定的范围内，发电机电动势必然需要降低这样将会使电力系

41、统的功率极限减小，运行功角增大，使静态稳定水平下降。为了改善上述情况，在一定的运行情况下，在超高压输电线路受端装设并联电抗器以吸收输电线路电容所产生的无功功率，称为并联电抗器补偿。这样，输电线路首端发电机就可以在较低或滞后功率因数下运行，发电机电势可以得到提高，因而电力系统的功率极限也会增大，运行功角减小，从而使静态稳定性得到提高。归纳起来，安装并联电抗器有如下好处：（1）提高了电网运行的经济性。由于投切电抗器可对线路的无功功率潮流进行调控，故减少了无功功率流动所造成的有功损耗，有利于降低线路损失。（2）改善了电网运行的安全性。由于运行电压趋于正常，相应地降低了操作过电压和工频暂态过电压的幅值

42、，因而减少了过电压事故的几率。（3）有利于提高系统稳定性和线路的送电能力，有利于网络的并列运行。由于减少线路的无功功率输送量，从而可以输送更多的有功功率。（4）有利于消除同步发电机带空载长线路时可能出现的自励磁谐振。（5）有利于潜供电弧的消灭和装设单相快速自动重合闸。当并联电抗器主要用以补偿输电线路的容性充电功率时，其容量可按式 3.12 进行计算： （3.12）式中：qbl并联电抗器容量： qsc输电线路的充电功率： 补偿度。并联电抗器主要用以调控变电站母线的运行电压，其最大装置容量可按式 3.13 进行计算： （3.13）qbl.m为并联电抗器的最大装置容量,sdl为安装处的三相短路容量u

43、 %为预计母线电压下降的百分值。并联电抗器按相数分有单相和三相两种，三相电抗器比3台单相电抗器的价格约便宜20%25%。按其本体的结构特点分，有干式空心和油浸铁心式两种。串联电抗补偿装置在电力系统中被广泛应用，理论上，串联电抗器可以补偿所串接线路的容抗，减少线路容性无功功率流动，抑制该线路的末端电压升高。串联电抗器用于线路无功功率补偿的原理、接线方式、容量确定方法与串联电容器相同。但是，串联电抗器在电力系统中的主要作用不是稳定节点电压，改善功率因数，而是降低电容器组的涌流倍数和涌流频率、抑制谐波和谐波滤波等。（1）降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，便于选择配套设备和保护电容器。根据gb5022

44、7标准要求应将涌流限制在电容器额定电流的10倍以下，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时,采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%1%左右即：可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。（2）串联滤波电抗器，电抗器阻抗与电容器容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器。滤去某次高次谐波，而降低母线上该次谐波的电压值，使线路上不存在高次谐波电流，提高电网的电压质量。（3）抑制谐波的电抗器，先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围用电户有无大型整流设备、电

45、弧、炼钢等能产生谐波的设备，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际量值，再根据实际谐波量来配置适当的电抗器。铁芯电抗器电抗线性度不好，有噪声，空芯电抗器运行无噪声，线性度好，损耗小。（4）由于设置了串联电抗器，减少了系统向并联电容器装置或电容器装置向系统提供短路电流值。（5）可减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。（6）可减少电容器组的涌流，有利于接触器灭弧，降低操作过电压的幅值。（7）减小了由于操作并联电容器组引起的过电压幅值，有利于电网的过电压保护串联电抗器按结构可分为：油浸式铁芯电抗器、干式铁芯电抗器、干式空芯电抗器、干式半芯电抗器、干式磁屏蔽

46、电抗器；按用途可分：限流电抗器、抑制谐波电抗器、滤波电抗器4。3.1.3 同步调相机运行于电动机状态，但不带机械负载，只向电力系统提供无功功率的同步电机，称同步调相机。同步调相机能在过励磁运行时，向系统供给感性无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，从系统吸取感性无功功率，起无功负荷的作用。装有自动励磁装置的同步调相机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率。同步调相机定子与转子间的空隙比一般同步电动机小得多，轴的结构较简单，强度要求也较低。由于同步调相机是旋转型装置，容量较大的同步调相机常采用氢气冷却，另外，有功功率损耗较大、效率低、投资大、维护困难、噪声大，和动态响应慢等缺点。但同步调

47、相机也有其自身的优点：（1）调相机可以随着系统负荷的变化，均匀调整电压，使电网电压保持规定的水平。电容器只能分成若干个小组，进行阶梯式的调压。（2）调相机可以根据系统无功的需要，调节励磁运行，过励磁时可以做到发出其额定100%的无功功率，欠励磁时还可以吸收其额定的50%的无功功率。电容器只能发出无功，不能吸收无功。（3）调相机可以安装强行励磁装置，当电网发生故障时，电压剧烈降低，调相机可以强行励磁，保持电网电压稳定，因而提高了系统运行的稳定性。电容器输出无功功率与运行电压的平方成正比，电压降低，输出的无功将急剧下降，比如，当电压下降10%，变为0.9ue时，电容器输出的无功功率变为0.81q，

48、即其输出的无功功率将下降19%，所以，电容器此时不能起到稳定系统电压的作用2。3.1.4 静止无功补偿器静止无功补偿器（svc）简称静止补偿器，有静电电容器与电抗器并联组成。电容器可发出无功功率。电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器。参与组成静止补偿器的部件主要有饱和电抗器，固定电容器，晶闸管控制电容器和晶闸投切电容器。实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静止补偿器。以下将简单介绍较常见的几种。由饱和电抗器与固定电容器并联组成的原理图和伏安特性示于图3.4。饱和电容器sr具有这样的特性，当电压大于额定值后，

49、随着电压的升高，铁心极具饱和。从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引起电流的大幅度变化。与sr串联的电容cs是用于斜率校正的，改变cs的大小可以调节补偿器外特性的斜率（可见3.5中的虚线）。 (a) (b)图 3.4 饱和电抗器型静止补偿器(a)原理图 (b)伏安特性由晶闸管控制电容器tcr与固定电容器并联组成的静止补偿器式于图3.5.电抗器与反相并联连接的晶闸管相串联，利用晶闸管的触发角控制来改变通过电抗器的电流，就可以平滑地调整电抗器吸收的基波无功功率。触发角从900变到1800时，可使电抗器的基波无功功率从其额定值变到零。 晶闸管控制电抗器也常与晶闸管投切电容

50、器tsc并联组成静止补偿器，其原理接线示于图3.6（a）。图中3组晶闸管投切电容器和1组固定电容器与电抗器并联。都串联接入一小电感lh，兼起高次谐波器作用。每组晶闸管投切电容器都串联接入一小电感ls,其作用是降低晶闸管开通时可能产生的电流冲击。这种补偿器的伏安特性3.6（b）所示，图中数字表示电容器投入的组数。 （a） (b)图3.6 晶闸管控制电抗器型静止补偿器（a）原理图 （b）伏安特性 （a） (b)图3.7晶闸管投切电容器型静止补偿器（a）原理图 （b）伏安特性晶闸管投切电容器单独使用时只能作为无功功率电源，发出感性无功，且不能平滑地调节输出的功率，由于晶闸管对控制信号的响应极为迅速，

51、通断次数又不受限制其运行性能还是明显优于机械开关投切的电容器。上述各类静止补偿器中，晶闸管投切电容器不会产生谐波，含晶闸管控制电容器的静止补偿器一般需要装设滤波器以消除高次谐波，图3.6和3.7的原理图中与电容c串联的电感lh就是高次谐波的调谐电感。饱和电抗器可以利用多铁芯和绕组的特殊排列来消除谐波，一种三三柱式饱和电抗器能够消除18k1(k=1,2,3,)以外的一切齐次电流谐波。电压变化时，静止补偿器能快速地，平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机比较，运行维护简单，无功损耗较小，响应时间较短，对于冲击负荷有较强的适应性，tcr型和tsc型静止补偿器还能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。20世纪70年代以来，静止补偿器在国外已被大量使用，在我国电力系统将得到日益广泛的应用3。3.1.5 静止无功发生器20世纪80年代以来出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是静止无功发生器（svg）。它的主体部分是一个电压源型逆变器，其原理图3.8。逆变器中六个可关断晶闸管（gto）分别与六个二极管反相并联，适当控制gto的通断，可以把电容c上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交流侧通过电抗器的输出电压，就可以灵活地改变svg的运行工况，使其处于容性负荷，感性负荷或零负荷状态。忽略损耗时，svg稳态等值电路和不同工况下的向量图示于图3.