无功补偿的技术介绍

2018/1/21立讲人：艾蚤奇对闸：2017年3月15日功年卜借技术介绍i要兩容一、无功计偖的基础知识二、无功什鯈的原理三、无功与电及的调整2018/1/21四、我尸无功针儅技水的介饴无功功率2018/1/21电网中电力设备多数是根据电磁感应原理工作的配电变压器交变的磁场相等耗不对外做功，因此成为无功功率如电动机等，它们在能量转换过程中建立在一个周期中吸收的功率和释放的功率电能在通过纯电容和纯电感电路时并没有能量仅在负荷与电网之间反复交换，由于这种交换感性无功功率2018/1/21当电压交变时，相应的磁场能量也随沿变巾于电感线圈足储藏磁场能的元件，盅线圈加上交流电压后化，当电压增大，电流和磁场能量也相应增强，此吋线圈的磁场能量将外电源供给的能量以磁场能量形式储藏起来，当电流减小和磁场能量减弱吋，线圈把磁场能量释放并输冋外电路中，电感电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往复交换。2018/1/21当电压增大，电流和电场能量也相应增强当电压交变时，相应的电场能量也随着变此吋1丄2容性无功功率由于电容器是储藏电场能:量的元件，当电容器加上交流电压后化电容器的电场能量将外电源供给的能量以电场能量形式储藏起来，当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回外电路中，电容电路不消耗功率。电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复交换如电容2018/1/21电流滞后电压90°，如电动玉器等设备；电流超前电压90电力输电线路；与电源频率相等的无功；与电源频率不相等的无功1.2、无功分类■a、感性无功机、变■b、容性无功nSr、■C、基波无功■d、谐波无功2018/1/21感性和阻性的综合负载，定相位角的余弦值就是功率因数计算13功率因数电力系统中的负荷并不是纯感性或纯容性的，是集容性这种负载的电!£和电流的向量之间有的相位差值，也是有功功率与视在功率之比。公式为：COS中二P/S=P八/(P2+Q2)羼1.3功率因数■式中：cos中一功率因数P—有功功率，1<WQ一无功功率，kvarS—视在功率，kVA■在中高压系统中，三相电压和电流均对称，三相功率因数基本相同，总功率因数为三相功率因数的平均值。B..IUs,2018/1/212018/1/21L4无功补偿4.1、无功补偿的作用（提岛功率因数的意义）无功补偿的主要作用是提高减少设备容量供电质无功功率在电网中的传输的电压损耗以功率损耗，稳定电压提高量。安装无功补偿设备，可以减少减少了线路屮提高了配电网的电压质量。2018/1/211.4、无功补偿(i)＞减少电压p耗把线路中的电流分成有功电流lp和无功电流Iq，线路中的电压损耗：AU-(IpI?+IqX)-(PR+QX)/UP—有功功率，kWQ—无功功率，kvarU—线路末端电压，kVR—线路电阻，X—线路电抗，1.4无功补偿■L—■因此进行无功补偿后，可减少线路上传输的无功功率Q，若传输的有功功率不变，且线路的电阻和电抗是一个常数，所以，传输的无功功率Q越小，电压损耗越小，从而提供了电压质量。2018/1/211.4无功补偿■(2)减少有功损耗■把线路中的电流分成有功电流Ip和无功电流Iq线路中的有功损耗：■AP-R(P2+Q2)/U2■P—■有功功率，kW■Q—无功功率，kvar■U—线路末端额定电压，kV■1＜一线路电阻，Q■X—线路电抗，Q2018/1/21後暮础知铁2018/1/21因此提高功率因数后，可减少线路上传输的无功功率Q，一个常数耗越小，n线路的电阻是有功损L4无功补偿若传输的有功功率不变，所以，传输的无功功率Q越小从而节约了电能。1.4无功补偿■（3）提高变压器的利用率■功率因数有COS01提高到COS02,的利用率为：提高了变压器■闹此补偿后的变压器利用率提高了AS%，可以带更多的负荷，减少了变压器的投资。2018/1/21-(4)、减少电费支出■(1)、避免功率因数低于规定值而受罚；14无功补偿:—-tw

_•-1--■(2)、减少用户配电网内的无功传输而造成的有功损耗：2018/1/21增收电费月电费増馳150.95-1.000.75功率因数自0,64及以下-每絳低0.01电费増加30690,630.940电费H电费滅少-4.55_5.5_乂-T71」522.53350.670」66065_5_3^9j.510111213U~I5-J遡数0,的0,88—0:360.850，g40.S30,820,810.80,"90<80."70<5巫呼嗷0.750.740.730.720,71IJ电费増加既0.5''势减|xb宰W数0-S"'丁if2-2^—|o.930_0,33~0.62018/1/211.4无功补偿2018/1/211.4无功补偿■（5）提高电网输电能力■有功功率与视在功率的关系为：・

P-SCOS0■可见，在电网传输一定有功功率的条件下闲数越高，需要电网传输的总功率越小。功率•(1)、集中补偿：在高中压总变电所母线上安装补偿设备。■(2)、分散补偿：在车间、村镇终端或下级变电所的母线上安装补偿设备。・(3)、就地补偿：在功率因数较低的设备附近安装补偿设备。2018/1/211.4无功补偿

1.43无功补偿方式的选择_G）集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。■（2）调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主。・（3）高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。-随着电力系统补偿A*式的发展，以上第2点已经慢慢被淘汰，将全部用动态补偿来实现。2018/1/21u叫(b)㈤(cl(偿感性无功2018/1/212J无功补偿原理■电力系统中负载的综合阻抗主要是呈感性，需要容性无功来率Uauoi:hUcLk360-02018/1/21ZUAkO；zi只要涉及向量或角度就会有基准量的选取2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系uai和iau的含义；22电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系屯压与电流夹角和功率三角形的关系；2018/1/21O1-ir*lmm2018/1/212.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系角度与功率因数、有功无功的关系；P=UIcos①；Q=UIsin①；SI2中.•oP2+PlU个S292018/1/212.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系电流互感器极性与角度、功率正负的关系；2018/1/210°90。180270①：0o0=90°0=180°0=270°<O<90°，〈①<180°°<O<270°<O<360时，时，时时2.2电压、电流、角度、有功、无功、功率因数之间的关系P>0,Q>0；从母线取有功和无功；，P<0，Q>0;给母线送有功，从母线取无功;°，P<0，Q<0;给母线发有功和无功；°，P>0,Q<0；从母线取有功，给母线送无功负荷为纯阻性负载，只消耗有功；负载为纯感性负载，只消耗无功；，负载为纯阻性负载，只发出有功；，负载为纯容性负载，只发出有功；23功率因数的调节我厂功率因数调整的方法:1、通过投退无功补偿设备进行功率因数的调贫.I92、通过发电机输出的无功功率进行功率因数的调节。2018/1/212.4无功补偿容量的确定无功功率补偿前后的功率三角形简旧2018/1/212.4无功补偿容量的确定尚前系统有功P，当前系统功率因数PF，计算卒1、己知系统有功和功率因数，计算投入定数量的补偿设备后的功率因数已知入补偿设备容量Qi当前系统视在功率S=P/PF;当前系统无功Q=V(S2-P2)；PFi=P/V(P2+(Q-Qi)2)PFi=VfP^S^QI^Q^QI))投偿后功率因数PFi.22018/1/212.4无功补偿容量的确定己知系统有功和功率因数，计算达到□标功率因数需要投入多少补偿容量己知：当前系统有功P，当前系统功率因数PF，目标功率因数PF1，计算需要投入多大容M的补偿设备AQ.PF对应的角度和无功：0：

Q-P^tanO；PF1对应的角度和无功：01；

Ql=P*tan^1；

AQ^PCtanO-tan®1)2.4无功补偿容量的确定■注意：当电容器的实际运行电压与电容器的额定电压不一致吋，电容器的实际补偿容量为：■Q=(Ui/Un)2XQn■Ui一电容器实际运行电压・Un—电容器额定电压；■Qn—电容器额定容量；2018/1/213.1无功功率的平衡■电力系统的电压水平主要取决于无功功率的平衡。电力系统内无功功率分配的不合理，可能会造成一些节点的电压过高或过低。当电压偏离额定值过高，会损坏电气设备的绝缘，危害设备安全运行，缩短设备寿命；而电压过低，会加大电网中的功率损耗，影啊电力系统运仃的稳定性。2018/1/212018/1/213.2无功功率电源■电力系统中无功功率的电源主要有：发电机、同步调相机、并联电容器、静止补偿器等。i||l|團柳!3.2.1、同步发电机发电机是最基本的无功功率电源。可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率。增加励磁电流就可以增大无功功率的输出，反之，就减少无功功率的输出。2018/1/213.2无功功率电源它可以向系统提供感性无功功率而起到无，提高系统电压。在欠励磁运行时，它能降低3-2,2向步调相机同步调相机实际I：是一个空载运行的同步电动机。在过励磁运行时功电源的作用，提尚系统电报。在欠励磁运行时从系统吸收感性无功功率而起到无功负荷的作用系统电压。优点：能根椐装设点的电K水平来平滑的改变输出或吸收的无功功率，进行电压调节，特别足装有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，提高系统运行的稳定性。2018/1/213.2无功功率电源运行维护较为复杂，冇，有功损耗约为额定容宜安以便平滑调节电和提高系统同步调相机是旋转设备，在满负荷运行时5%-5%，冋步调相机的没单位容量投资较人缺点功功率损耗大量的装在枢纽性质的变电站的稳定性。3.2.3静止电容器静止电容器是目前最普遍的补偿设备，电容器的单位容量投资较小且与总容最的火小无关，运行时功率损耗小，约为额定容R的0.3%-0.5%，运行维护方便。调2018/1/213.2无功功率电源3.2.4静止申的无功补偿装置，IVarCompensator)变输出或吸收的无功功率时损耗小，约为额定容量的1%，于采用了可控硅，运行时会产生高次谐波静止补偿器偿器是由静止电容器与电抗器并联组成即后面说到的SVC'装置。此装置调节性fStatic能够平滑的改能较好，运行可靠性高，由2018/1/2133无功功率平衡电力系统无功功率平衡的基本要求是：无功功率电源发出的无功功率应与系统的无功负荷及网络中的而无功损耗相平衡时，为了保证可靠性的无功功率备用容量为最大无功功率负荷的7%-8%同系统必须配置一定其备用容量一般应2018/1/213.4电压的调整3.4.1调压的基本原理充足的无功功率电源是保证电力系统有较好运行电压水卒的必要条件。要保证所有节点的电压质量都符合要求，通常需要采用各种调压措施。调压的方式：逆调压、顺调压、常调压。调压的措施：改变发电机端电压、改变变压器变比、增加补偿设备、改变输电线路参数（降低输电线路的电抗）。2018/1/213.4电压的调整3.4.2调压的方式3.4.2.1逆调压高峰负荷时升高电压（取rO5Un）,低谷负荷时降低电压（取Un）的电压调节方式，称为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路较长、负荷变化范围较大的场合。3,4.2.2顺调压岛峰负荷时允许屮枢点电K略低（取1.025Un）t低谷负荷时允许屮枢点电压略高（取1.075Un＞的调压方式，称力顺调压。适用于对电压耍求不高或供电线路不长、负荷变动不大的中枢点。34.2.2常调压在任何负荷下，都保持中枢点电压为-基本不变的数值,取（1.02-1.05Un）,这种调压方式称之为常调压。2018/1/213.4电压的调整3.4.3调压的措施3.4.3.1改变发电机端电压调压对不同类型的电网，发电机调压所起的作用是不同的。对由发电机直接供电的小型电力系统，因供电线路不太长，网络电压损耗不大，这类系统可以通过发电机逆调吐方式，能够满足负荷点的电ffi要求。对发电机经多级变器向负荷供电的大中型电力系统，由于供电范围大，单靠改变发电机机端电压不能满足电网各节点对电压的要求，只能解决近处地方负荷的电压质呈,并减轻远处其他调压设备的负担。在提高发电机电IK时2018/1/21利用发电机发电机要多输出这要求发电机有充裕的无功储备容量才能承担。另外，在调整个别发电厂母线电压时，会引3.4压的调整3.4.3调压的措施3.4.3.1改变发电机端电压调压对有若干发电厂并列运行的大型电力系统调压不一定恰当无功功率，调压的任务起系统无功功率的重新分配，这有可能与系统无功功率的经济分配相矛盾。所以，在火型电力系统屮，发电机调压一般作为一种辅助的调压措施。2018/1/213.4电压的调整3.4.3.2改变变压器变比调压改变变压器的变比即可改变用户处的电压。这种调压措施并不增加系统的无功功率。因此，如果系统无功功率不足时，不能单靠这种措施来提高整个系统的电压水平。2018/1/213.4电压的调整3.4.3.3补偿无功功率调压当电力系统的无功功率电源不足而造成电压下降时，仅靠变压器变比來进行调压吋并不能根本性的解决整个电力系统的电压质量问题。这时必须考虑在电力系统中增加无功功率电源，以使电力系统能在较高的电压水平K实现无功功率平衡。第11贞：△U=(IpR+1qX)=(PR+QX)/UR,PR/U在通常采用减减小线路的可以起到调压的作用，一般来说电要减小它只能增大导线的截面积在高压电网中，一般X》所以，3.4电压的调整3.个3.4改变电力线路参数调压根据△U=(IpR+IqX)=(PR+QX)/U,电阻R和电抗X，阻R不容易减小，经济性不好。电压损耗中所占比例较QX八1小小电抗来降低电压损耗。减小电抗的方法有：采用分裂导线，在电力线路中串联电容器。△U=(PR+Q(X-Xc))川，Xc—串联电容器的电抗。此种方式使继电保护复杂化，运行维护较复杂，不太灵活，要从技术和经济方面综合分析比较。2018/1/21根据状态变請的大小,IX:阁3,4辦,电压的调整£确地掌握了变电站的运行状态，才能畢无功控制对策，从而迗到自动控制的%变电站电压、无功综合控制装置，由时象主要是变压器分接头和并联电容器目的是保证主变压器二次电压在允许范可将变电站的运行状态鵬九个区域，動H困3-?运行K域J图中纵坐标为电压U，横坐标为功率因数%为运行中要求保持的S标电_围内，且尽可能提高进线的功率因数，故一般选择电压和进线处功率因数（或无功功率）为状态变量屬雌:::最在这个九区域的运行状态中，0区为电压和功率因数均合格区，其余个区均为不合格区。电压无功综合控制装置利用检测到的电压和功率因戠，结合当时的运行方式即可确定运行点在运行图中所处的位置，从相应的控制对策。2018/1/211.简单越限情况图3-9运行区域用3,4电压的调整电压超过上限而功率因数合格，如单独调整变压器分接头无法满电压低于下限而功率因数合格，直至分接头无法调整。功率因数超过上限而电压合(1)变电站运行于1区域时：调整变压器分接头使电压降诋。时，可考虑强行切除电容器沮&(2)变电站运行于5区域时：调整变压器分接头使电压升高，(3)变电站运行于3区域时：切除电容器组直至功率因数合格。(4)变电站运行于7区域时：功率因数低于下限而电器组直至功率因数合格。2018/1/21无功综合控制装置实质输人多输出的闭环自动现简单介绍如下：当变0区域时，电压和功率因此时不需要进行调整。2.双参数越限精况阁3-9运行区域图(1)变电站运行于2区域时：电压和功率因数同时超过上限，此时如先调整变压器分接头降压，则无功会更加过剩。因此应先切除电容器组，待功率因数合格后若电任仍撻限再调整变压器分接头使电压降低。(2)变电站运行于4区域时：电压低于下限而功率因数超过上限，此时如先切除电