毕业设计(配电网无功补偿方法及优化)屠亚军(5)

qc?tan?1?tan?2。

电容器接法不同时，每相电容器所需的容量是不一样的。 电容器组成星形连接时

QC?3UI?103U3?3U?103??C?U2?103 (3-5)

1?C?式中

UC?——每相电容器组的电容量（F）

考虑到电网电压的单位常用KV，Qc的单位为Kvar，则星形联接时每相电容器的容量为

Ic——电容器组的线电压（A）

——装设地点电网电压（V）

Cy?C??Qc?103?U2 (3-6)

式中，Cy的单位是

?F。

(3-7)

电容器组为三角形联结时

UQc?3UI?10?3U?103?3?C?U2?1031?C?3若线电压Ｕ的单位为KV则每相电容的容量（单位为

?F）

QC?103C??3?U2就地补偿电容容量计算

(3-8)

单台异步电动机装有就地补偿电容器时，如电动机突然与电源断开，电容器将对电动机放电而产生励磁现象。如果补偿电容器补偿过大，可能因电动机惯性转动而产生过电压，导致电动机损坏。为防止这种情况，不宜使电容器补偿容量过大，应以电容器组在此时的放电电流大于电动机的空载电流为限，即

QC?3UNI0?103 (3-9)

I0—— 电动机额定空载电流（A）

式中 UN ——供电系统额定线电压（v）

若电动机空载电流在产品样品中查不到可用下式估算：

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I0?2N`M(1?cos?N)3.5静止无功发生器

(3-10)

静止无功功率补偿器简称静止补偿器（SVC）,出现在20世纪70年代初，是目前为止应用较多的动态无功补偿装置。SVC主要有并联电容器组、可调饱和电抗器以及检测与控制系统三部分组成。其兼有电容器和调相机两者的优点，可在几个周期内快速完成调节，保护网络电压稳定，增强系统稳定性。SVC平滑的动态补偿特性是指补充进电网的无功电流是按照电网的无功需求变化而变化的。由于无功和电网是直接联系的，所以调节无功在很大程度上是为了系统电压质量和电压支撑。静止无功发生器就是典型的一种静止无功功率补偿装置。

1．静止无功发生器的原理

静止无功发生器系统是应无功补偿快速、准确和减少谐波的要求而出现的，是采用变流器结构和新型电力电子器件、智能控制芯片实现的高性能无功补偿系统。目前研究的热点主要围绕改善电路结构、改进信号测量技术、寻找更佳的控制方式及滤波等方面。在进行具体的设计之前，有必要对静止无功发生器的基本原理加以介绍。其中，由于无功电流检测的准确性、快速性关系到系统性能的好坏，因此专门对本文所采用的基于瞬时无功功率理论的无功电流检测原理做详细介绍。

2．静止无功发生器的分类

所谓静止无功发生器 (SVG)，就是指由自由换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。简单地说，它的基本原理就是将自换相桥式变流电路通过电抗或直接并联到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。在三相平衡电路中，不论负载的功率因数如何，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都等于三相总的有功功率，而三相无功功率的和为零。总的来看三相电源与负载间没有无功能量的传输，各相的无功量是在三相之间来回往返的。因而从理论上来讲，SVG直流侧不需要设置储能元件。实际上考虑到变流电路吸收的电流并不是只有基波，其谐波的存在也多少会造成总体看来有少许无功能量在电源和SVG之间往返。所以，为了维持桥式变流电路的正常工作，其交流侧仍需一定大小的电感或电容作为储能元件。静止无功发生器根据直流侧储能元件的不同，可以分为电压型和电流型两种，结构图分别如图3-3中(a)、(b)所示。电压型桥式电路需要串联电抗器后才能并入电网，而电流型桥式电路需要在交流侧并联上电容器，以吸收换相产生的过电压。

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图4-3

不论是电压型还是电流型结构，其无功补偿的基本原理是相通的。但在实际应用中，电压型结构的静止无功发生器效能更高，因此迄今投入实用的SVG大多采用电压型桥电路。下面以电压型SVG系统为例，对其结构和基本原理进行详细介绍。

电压型静止无功发生器的基本原理

SVG正常工作时是通过电力半导体开关的开通和关断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，SVG可以等效视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上。所以，SVG的工作原理就可以用如图4-4所示的单相等效电路图来说明。

图4-4

设电网电压和SVG输出的交流电压分别用相量U和U表示，则连接电抗X上的电

is.压U即为U和U，的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电

isL.流就是SVG从电网吸收的电流因此，改变SVG的交流侧输出电压U的幅值及其相对于

iIU的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅

s值，也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

在图4-4(a)的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑电阻损耗以及变流器的损耗，因此不必从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使U和U同相，仅改

iS

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变U的幅值大小即可控制SVG从电网吸收的电流

i电流的大小。如图4.2(b)所示，当U大于认时，电流超前电压900，SVG吸收容性的无功功率;当U小于U时，电流滞后电压900，SVG吸收感性的无功功率。

is考虑到连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗(如管压降、线路电阻等)，并将总的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑，则SVG的实际等效电路如图4-5（a)所示，其电流超前和滞后工作的向量图如4-5（b)所示。

I`是超前还是滞后900，并且能控制该

图4-5

在这种情况下，变流器电压UI，与电流I仍相差`900，因为变流器无需有功能量。而电网电压Us与电流I的相位差不再是900，而是比900小了?角，因此电网提供了有功功率来补充电路中的损耗，也就是说相对于电网的电压来讲，电流I中有一定量的有功分量。这个?角也就是变流器电压Ui，与电网电压Us的相位差。改变这个相位差，并且改变Ui的幅值，则产生的电流I的相位和大小也就随之改变，SVG从电网吸收的无功功率也就因此得到调节。

本文中对有功损耗进行的补偿是通过直流侧进行的。与以上所述由交流电网侧提供有功能量的方案不同，在这种方案中，直流侧通过一个三相不控整流模块产生直流侧电压，并与直流电容相并联。其电流与交流电网电压的相位差是900，而与变流器交流侧电压的相位差为900??。如图4-6所示:在这种条件下，SVG在短间内向电网提供一定

4-6

量的有功功率。这对于电力系统来说是非常有益的。

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第四章 无功优化

4.1无功优化的基本原则及要求

任何配电网络都会吸收一定量的无功功率，尤其是低压配电系统最为严重，为了最大限度的减少无功功率的传输损耗，提高配电设施的效率，无功补偿的配置应按“分级补偿，就地平衡”的原则合理布局。

国家颁布的《电力系统安全稳定导册》包括了无功功率平衡及补偿的根本要求。有关规定如下

（1）无功功率电源的安排应有规划，并留有适当的裕度，以保证系统各输压在正常和事故后均能满足规定的要求。

（2）电网的无功补偿应分层分区就地平衡为原则，应随负荷的变化调整，避免长距离线路或者多级变压器传送无功功率，220KV以上等级线路的充电电功率应基本上予以补偿。

（3）电机或调相机应自动调节励磁运行，并保证其稳定性。

（4）为保证受端系统发生突然失去一回重载线路或一台大容量组等事故时保持电压稳定和正常供电，受端电压应有足够的动态无功备用容量。

《导则》关于对无功功率平衡机补偿的规定是对现代电网进行科学分析对多年电网运行经验总结得出的结论。国标GB12325-90《电能质量允许电压偏差》规定了各电压等级的配电网母线上的电压偏差容许值。这两个文件是进行电压无功补偿时的基本大纲。但仅有大纲是远远不够的还需要进一步细化出若干原则，下面将无功补偿的基本原则及要求总结如下：

（1）功率分级补偿，就地平衡的基本原则

在电网中，各级网络和输配电设备都要吸收一定量的无功功率，尤其低压配电系统所占比重最大，为了最大限度的减少无功功率传输损耗提高配电设施的效率，无功补偿设备装置按照“分级补偿，就地平衡”的原则合理布局。

（2）分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主

集中补偿是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿是指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，变电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，以减少变电所以上输电线路的无功功率，从而降低输电线路的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效的降低线损，必须做到无功功率在那里发生就补偿到哪里。

（3）保持各节点电压合格，并留有充足的无功余量

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