毕业设计(配电网无功补偿方法及优化)屠亚军(4)

是指感性负载和大量的非线性负荷消耗无功，如工业生产和日常生活中使用的异步电动机，日光灯、以及各种变流设备，工业电炉、电气机车等，这些负荷中有些容量很大，再启动和使用中都会吸收大量的无功，常会引起电网电压波动和畸变。

在电力系统中，负载中的感性负载会降低电网的功率因数，会给电力系统产生下列不良影响。

（1）降低发电机组的输电能力和输变电设备的输电能力，是电气设备的效率降低，发电和输变电成本提高。

（2）增加了输电损耗，降低了系统的经济效益。

（3）增加了电网网络中的电压损耗，引起电压的波动和闪变。

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第三章 无功补偿的理论及装置

3.1无功功率理论的发展

传统的功率定义大都建立在均值的基础上的。单相正弦电路或者三相对称正弦电路中，利用传统概念定义的有用功率、无用功率、视在功率、和功率因数的概念都很清楚。但当电压或者电流含有谐波时，或三相电路不平衡时，功率现象比较复杂，传统的概念无法正确的对她作出解释和描述。建立能包含畸变和不平衡现象的完善的功率理论，是电路理论中的一个重要的基础课题。

学术界有关功率理论的争论可以追溯到20世纪20和30年代，Eudeanu和Fryze最早分别提出在频域定义和时域定义的方法，以后又有各种定义和理论不断出现。20世纪80年代以来，新的定义和理论更是不断推出。自1991年以来，已多次举办了专门的讨论非正弦情况下功率定义和测量问题的国际会议，但迄今为止仍未找到解决问题的理论和方法。新的理论往往是解决了前人未解决的问题，同时却也存在着另一些不足，或引出了新的待解决的问题。对新提出的功率定义和理论应具有如下要求：

（1）物理意义明确，能清晰地解释各种功率现象，并能在某种程度上与传统概念理论一致。

（2）有利于对谐波源和无功功率的辨别和分析，有利于对谐波和无功功率的流动的理解。

（3）有利于对谐波和无功功率的补偿和抑止，并能为其提供理论指导。 （4）能够被精确测量，有利于有关谐波和无功功率的检测、管理和收费。 根据上述要求，可将现有的无功功率理论分为图3-1所示的三大类。迄今为止各种无功功率定义和理论只解决一两方面的问题不能满足全部需求。Czarnecki和Depenbrock的工作对第一类功率理论一两解决起了较大的促进作用。H.Akagi提出的瞬时无功理论解决了谐波和无功的瞬时检测和不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，无功补偿装置的研究开发起到了很大的推动作用。但这一理论的物理意义较为模糊，与传统理论的关系不够明确，在解决的一类问题和第三类问题时有一定困难。对第三类理论问题的研究虽然取得了一定的成果，但迄今没有较大突破。总之如果建立更为完善的功率定义和理论，特别是为供电企业和电力用户广泛接受，还需要进行更多的努力。

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各种功率理论

第一类 适应与谐波和无功功率的识别

第二类 适应于谐波和无功功率的补偿和

抑制 第三类 适应于仪表测量和电能的管理、收

费

图3-1

3.2无功功率补偿装置的发展

传统的无功补偿是用普通开关将电容器或者电抗器投入电网，它会产生很大的冲击电流，而且，将电容器从电路中切除时，会产生拉弧现象，现已被动态补偿装置逐渐代替。早期的动态补偿装置是同步调相机SC，它是用来专门产生无功功率的同步电动机，它能产生不同大小容性或者感性的无功功率。70年代以来，同步调相机已经开始逐渐被静止无功补偿装置（SVC）所代替。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行其使用了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院的支持下，美国西屋电气公司制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际使用。静止无功补偿装置包括晶闸管控制的电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）以及两者的混合装置TCR+TSC，或者晶闸管控制电抗器和固定电抗器（FC）或机械投切电容器（MSC）混合使用的装置。在国内SVC越来越广泛的被应用于电力系统中，成为电力系统中支持电网电压的重要手段。

3.3无功功率动态补偿的原理

早期的无功补偿装置不能跟踪负荷无功需求的变化，而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大。对电力系统中的无功功率进行快速的动态补偿，可以实现对动态无功负荷的功率因数的校正、改善电压调整、提高电力系统的静态和动态稳定性、阻尼系统振荡、降低过电压、减少电压闪烁、阻尼次同步振荡、减少电压和电流的不平衡。应当指出的是，以上的这些功能虽然是相互关联的，但实际的静止无功补偿装置往往只是对其中某一条或者几条为直接控制目标，其控制策略亦因此而有所不同。因此，这些功能有的属于对一个或者几个在一起的负载的补偿效果(负载补偿)，有的则是以整个输电系统性能的改善和传输能力的提高为目的(输电补偿)，而改善电压调整，提高电压稳定性，则可以看作是两者的共同目标。

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下面以改善电压调整的基本功能为例，对无功功率动态补偿的原理做简要的介绍。

（a） 图3-2 (b)

图3-2(a)所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。其中，U为系统电压，R和X为系统电阻和电抗。假定负载变化很小，故有?U?U，则假定R《X，反映系统电压与无功规律变化的特性曲线如图3-2(b)中实线所示，由于系统电压变化不大，其横坐标也可以换为无功电流。可以看出，该特性曲线是向下倾斜的，即随着系统供给的无功功率Q的增加，系统电压下降。由电力系统中的分析可知，系统的特性曲线可近似用下式表示

式中 U——无功功率为零时的系统电压

0Ssc——系统短路容量

由上式可见，无功功率的变化将引起系统电压成比例的变化。投入补偿器后，系统供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和，即

因此，当负载无功功率Q变化时，如果补偿器的无功功率总Q能弥补的Q

rll变化，从而使Q维持不变，即?Q?0，则?Q也将为0，供电电压保持恒定。这就是对无功功率进行动态补偿的原理。

3.4无功补偿电容器

设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内得到了广泛的应用。使用并联电容补偿器具有结构简单，经济方便的优点。

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(1)并联电容器补偿无功功率的原理

在实际的电力系统中，大部分负载为异步电动机。包括异步电动机在内的多 数电气设备的等效电路可看作电阻R电感L串联的电路其功率因数为

2Lcos??RR?X2

(3-1)

式中

XL??L

（3-2） 与I的相位差变小来了，供电回路的功率因数提高了。因此，U..给R、L电路并联接入C电路，该电路的电流方程为

i?ic?irl由于并联电容电压电流

I.的相位滞后电压U,这种情况叫欠补偿。 .若电容C的容量过大，使得供电电流

I的相位超前电压U，这种补偿叫做过补

偿。通常不希望出现过补偿的情况，因为会引起变压器二次侧电压的升高，而容性无功功率在电力线路上传输同样会则增加电能的损耗，使温升增大，影响点电容的寿命。

（2）并联电容器补偿容量的计算

电容器的补偿容量与采用的补偿方式、未补偿时的负载情况、电容器接法有关。 集中补偿和分组补偿的容量计算时，总的补偿容量由下式决定：

Qc???VPC(tan?1?tan?2) （3-3）

或

Qc???vqcpc （3-4）

式中c——由变配电所供电的月最大有功计算负载（KV）

??V—— 月平均负载率，一般可取0.7到0.8之间

P?1——补偿前的功率因数角，cos?1可取最大负载时的值

?2——补偿后的功率因数角，参考电力部门的要求确定一般可取0.9到0.95 qc——电容补偿率(Kvar/KW),即每千瓦有功负载需要补偿的无功功率，

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