并联电容补偿课件

1、9.1 概述o牵引负荷特点牵引负荷特点 由于整流型电力机车：由于整流型电力机车：1.1.功率因数低（功率因数低（无功无功成份大），成份大），2.2.谐波谐波含量多，含量多，3.3.其单相独立性又通过牵引变电所在系统中造成其单相独立性又通过牵引变电所在系统中造成负序负序电电流，流，4.4.以及通过牵引供电系统对邻近通讯线以及通过牵引供电系统对邻近通讯线感应干扰感应干扰，构成，构成了交流牵引供电系统的主要四个技术课题。了交流牵引供电系统的主要四个技术课题。其中，通讯干扰已通过采用特殊供电方式（其中，通讯干扰已通过采用特殊供电方式（BTBT、ATAT、DNDN）及其他措施得到缓解。及其他措施得到缓解

2、。 而无功、负序、谐波对电力系统的不良影响则需要而无功、负序、谐波对电力系统的不良影响则需要在牵引供电系统中采取技术措施以期在牵引供电系统中采取技术措施以期综合综合解决。解决。o并联补偿并联补偿就是具有这种综合作用的技术措施。就是具有这种综合作用的技术措施。并联并联补偿补偿并联无功补偿并联无功补偿PRC（并联电抗器、并联电容器）（并联电抗器、并联电容器）并联电容补偿并联电容补偿PCCo并联电容补偿的综合效益并联电容补偿的综合效益1.1.补偿无功，提高功率因数补偿无功，提高功率因数2.2.降低负序降低负序3.3.构成有效的滤波通路构成有效的滤波通路4.4.综合第综合第1 1、2 2点，降低母线压

3、损，提高网压水平点，降低母线压损，提高网压水平5.5.同时降低牵引变压器功率损失和网损（节能），同时降低牵引变压器功率损失和网损（节能），提高牵引变压器的容量利用率（节容），并由此提提高牵引变压器的容量利用率（节容），并由此提高运输供电能力高运输供电能力9.2 无功功率与功率因数一、正弦电路的无功功率和功率因数一、正弦电路的无功功率和功率因数 在电压和电流都为正弦波形，负荷为线性时，电压、在电压和电流都为正弦波形，负荷为线性时，电压、电流的瞬时值表达式为：电流的瞬时值表达式为：瞬时功率瞬时功率p为：为：瞬时功率的实用意义不大。为充分反映正弦电路能量瞬时功率的实用意义不大。为充分反映正弦电路能量

4、交换的情况，定义了三种功率：交换的情况，定义了三种功率：tItItIitUu1111cossin2sincos2sin2sin2piqitUItUIttUIuip11112sinsin2cos1cossinsin2非正弦周期量非正弦周期量正弦量正弦量1.1.平均功率平均功率P P（有功功率）（有功功率）2.2.无功功率无功功率Q Q无功功率是无功功率是uiuiq q的变化幅度，的变化幅度，uiuiq q的平均值为零，表示了其有的平均值为零，表示了其有能量交换而并不消耗功率。能量交换而并不消耗功率。Q Q表示了这种能量交换的幅度。表示了这种能量交换的幅度。cos2sinsin12coscosco

5、s11110101000UIdttUITdttUIUITdtuiuiTuidtTpdtTPTTTqpTTsinUIQ 3.3.视在功率视在功率S S 对于发电机和变压器等电气设备来说，其额定对于发电机和变压器等电气设备来说，其额定电流值与导线的截面积及铜耗有关，其额定电压还电流值与导线的截面积及铜耗有关，其额定电压还和铁心尺寸及铁心损耗有关。和铁心尺寸及铁心损耗有关。 因此，工程上把电压电流有效值的乘积作为电因此，工程上把电压电流有效值的乘积作为电气设备功率设计极限值，这个值就是电气设备最大气设备功率设计极限值，这个值就是电气设备最大可利用容量。可利用容量。 S=UIS=UI4.4.功率因数功

6、率因数有功功率有功功率P P的最大值为视在功率的最大值为视在功率S S，P P越接近越接近S S，电气，电气设备的容量越得到充分利用。为了反映设备的容量越得到充分利用。为了反映P P接近接近S S的程的程度，定义：度，定义：cosSP二、非正弦电路的无功功率和功率因数二、非正弦电路的无功功率和功率因数 在含有谐波的非正弦电路中，在含有谐波的非正弦电路中，P、S及功率因数的及功率因数的定义和正弦电路相同，物理意义也没有变化。定义和正弦电路相同，物理意义也没有变化。 而无功功率的情况比较复杂，至今没有被广泛接而无功功率的情况比较复杂，至今没有被广泛接受的科学而权威性的定义。新的理论往往是解决了受的

7、科学而权威性的定义。新的理论往往是解决了前人未解决好的问题，同时又存在一些不足，或引前人未解决好的问题，同时又存在一些不足，或引出了新的待解决的问题。对新提出的功率定义和理出了新的待解决的问题。对新提出的功率定义和理论有如下要求：论有如下要求：1.物理意义明确，能清楚地解释各种功率现象，并物理意义明确，能清楚地解释各种功率现象，并能在某种程度上与传统功率理论保持一致；能在某种程度上与传统功率理论保持一致；2.有利于对谐波源与无功功率的辨识和分析，有利有利于对谐波源与无功功率的辨识和分析，有利于对谐波和无功功率流动的理解；于对谐波和无功功率流动的理解；3.3.有利于对谐波和无功功率的补偿和抑制，

8、能为其有利于对谐波和无功功率的补偿和抑制，能为其提供理论指导；提供理论指导；4.4.能够被精确测量，有利于有关谐波和无功功率的能够被精确测量，有利于有关谐波和无功功率的监测、管理和收费。监测、管理和收费。根据上述要求，可将现有的功率理论分为三大类：根据上述要求，可将现有的功率理论分为三大类：第一类：适用于谐波和无功功率的辨识第一类：适用于谐波和无功功率的辨识第二类：适用于谐波和无功功率的补偿和抑制第二类：适用于谐波和无功功率的补偿和抑制第三类：适用于仪表测量和电能的管理、收费第三类：适用于仪表测量和电能的管理、收费迄今为止的各种功率定义和理论只是较好的解决了迄今为止的各种功率定义和理论只是较好

9、的解决了上述一两个方面的问题，而未能满足所有要求。上述一两个方面的问题，而未能满足所有要求。总之，如何建立更为完善的功率定义和理论，特别总之，如何建立更为完善的功率定义和理论，特别是能为供电企业和电力用户广泛接受，还需进行更是能为供电企业和电力用户广泛接受，还需进行更多的努力。多的努力。o无功功率的定义：无功功率的定义：1.式中式中Qf是由同频率电压、电流正弦波分量之间产生是由同频率电压、电流正弦波分量之间产生的。的。此处的定义没有度量电源和负载之间能量交换幅度此处的定义没有度量电源和负载之间能量交换幅度的物理意义。的物理意义。2.没有区别基波电压、电流之间产生的无功功率、同没有区别基波电压、

10、电流之间产生的无功功率、同频率谐波电压、电流之间产生的无功、不同频率电频率谐波电压、电流之间产生的无功、不同频率电压、电流之间产生的无功。压、电流之间产生的无功。nnnnfIUQsin22PSQ ( (整流型电力机车，整流型电力机车，由于交流侧电流波形畸变及由于交流侧电流波形畸变及整流换相过程中的重叠导通角整流换相过程中的重叠导通角的影响，使功率因数低的影响，使功率因数低) )85. 08 . 0cos ( (牵引网阻抗影响，牵引变电所牵引网阻抗影响，牵引变电所低压侧功率因数要降低低压侧功率因数要降低0.01-0.05)0.01-0.05)82. 080. 0cos ( (由于牵引变压器影响，

11、其高压由于牵引变压器影响，其高压侧的功率因数还要降低约侧的功率因数还要降低约0.05)0.05)78. 075. 0cos9.3 提高功率因数o功率因数低对电力系统的影响：功率因数低对电力系统的影响：(1)(1)降低了发电机设备的输出能力和输变电设备的降低了发电机设备的输出能力和输变电设备的供电能力，使电气设备效率降低，成本提高。供电能力，使电气设备效率降低，成本提高。(2)(2)无功功率在电网中传播，造成可观的功率损失无功功率在电网中传播，造成可观的功率损失当电流流过输电网时，产生的有功功率损失为：当电流流过输电网时，产生的有功功率损失为：PSPS,cos:一定时cosPUrPrUPrIP,

12、coscos13cos3322222(3)(3)恶化供电电压损失恶化供电电压损失UISPXRIU一定， 则,cos)sincos(o基本思想：基本思想：1.1.计算变电所合成牵引负荷电流计算变电所合成牵引负荷电流 2.2.设置并补容量，设法使补偿装置的合成负序电流设置并补容量，设法使补偿装置的合成负序电流 与与 反向抵消反向抵消iiII)()(jjccII)()()()()(I9.4 并联电容补偿对牵引负序电流的抑制o对于对于YNYN，d11d11牵引变压器做定性分析：牵引变压器做定性分析：分析以下三种典型情况：分析以下三种典型情况：(1)(1)由负序电压、电流相量图可见：由负序电压、电流相量

13、图可见：应在超前相、滞后相上设置并补装置。应在超前相、滞后相上设置并补装置。)()()(baIII)()(:即abaIIII(2)(2)应在滞后相设置集中并补。应在滞后相设置集中并补。(3)(3)应在滞后相和自由相设置并补。应在滞后相和自由相设置并补。baII)()(:即babIIII9.5 基本的无功补偿元件基本的无功补偿元件 具有饱和电抗特性的无功补偿装置具有饱和电抗特性的无功补偿装置（SRSR） 分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种。两种。 具有自饱和电抗器的无功补偿装置是具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压，依靠电抗器自身固

14、有的能力来稳定电压，它利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收它利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。无功功率的大小。 可控饱和电抗器通过改变控制绕组中可控饱和电抗器通过改变控制绕组中的工作电流来控制铁心的饱和程度，从而的工作电流来控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。流的大小。 L（2 2）真空断路器投切电容器（）真空断路器投切电容器（FCFC） 真空断路器投切电容器原理图真空断路器投切电容器原理图CL(3) (3) 晶闸管控制电抗器（晶闸管控制电抗器（TCRTCR） 通过调整触发角的大小就可以改变补偿器通过调整触发角

15、的大小就可以改变补偿器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果。效果。 TCRTCR补偿器原理图补偿器原理图ThyristorReactor(4) (4) 晶闸管投切电容器（晶闸管投切电容器（TSCTSC） 分组投入，通过改变投入的组数来改分组投入，通过改变投入的组数来改变补偿设备吸收的无功功率。变补偿设备吸收的无功功率。TSCTSC电路原理图电路原理图(5) (5) 新型静止无功发生器新型静止无功发生器(ASVG) (ASVG) 通过改变其吸收的电流的大小和方向通过改变其吸收的电流的大小和方向实现无功补偿。实现无功补偿。GTOC电压型电压型ASVGASVG补偿器原理图补偿器原理图9.6 现阶段的具体补偿措施 （1 1）真空断路器投切电容器（）真空断路器投切电容器（FCFC） CL（2 2）固定滤波器（）固定滤波器（FCFC）晶闸管调节电抗器（）晶闸管调节电抗器（TCRTCR） TCR+FCTCR+FC电路原理图电路原理图CLThyristorReactor（3 3）固定滤波器（）固定滤波器（FCF