低壓動態無功補償的畢業設計(共40頁)

1、精選優質文檔-傾情為你奉上 本科生畢業設計（論文）題 目：低壓動態無功功率補償裝置的設計 學生姓名： 韓玉倩 系 別： 機械與電氣工程系 專業年級： 2008級本科四班 指導教師： 朱玉華 2012年 5 月 19 日專心-專注-專業摘 要隨著現代工業的飛速發展，電力系統負荷的增加對電能質量的要求越來越高和無功功率的需求也日益增加，無功補償是電能質量的重要保證。無功功率在電網中傳輸會造成網絡損耗以及受電端電壓下降，使電能利用率大大降低且嚴重影響供電質量。在低壓供電系統中，低壓無功補償裝置的功能是向感性負載設備就近提供無功功率。由于用電設備中感性負載設備用電量占整個用電量的三分之二以上，顯然針對

2、感性負載提供無功功率對于降低線損，降低供電設備容量，改善供電線路的功率因數以及穩定電力系統的電壓起到至關重要的作用。文章介紹了有關于無功補償的概念、意義，闡述了國內外無功補償的現狀與發展趨勢，及其一些基礎知識，并介紹了基于TSC的無功補償器，最后介紹了無功補償的發展前景。關鍵詞：無功補償；功率因數；TSC；發展前景ABSTRACTWith the rapid development of modern industry， electric power system load increases to the electric power quality requirements of the

3、more and more high and reactive power demand is increasing， the reactive power compensation is the important guarantee of power energy quality Transmission of reactive power in electric network will cause the network loss and step-down voltage, make the energy utilization rate greatly reduced and th

4、e serious influence the quality of power supply. In the low voltage power supply system， low voltage reactive compensation device is the function of the inductive load equipment near to provide reactive power Because the electric equipment to the perceptual load of the total power consumption equipm

5、ent of power consumption of the two-thirds apparently targeted perceptual load provide reactive power for reducing the line loss， reduces the power supply equipment capacity and improve the power factor of power lines and power system voltage stability of play a crucial role This paper introduces ab

6、out the reactive power compensation of the concept， significance， expounds the reactive power compensation at home and abroad and the present status and development trend， and some basic knowledge， and introduces the reactive power compensation based on TSC is finally introduces the development pros

7、pect of the reactive power compensation Keywords：Reactive power compensation，Power factor， Switched Capacitor，prospects for development 目 錄前言5 第一章 緒論 6 1.1無功補償的意義 6 1.2無功補償問題 71.3低壓電網中無功補償的必要性 7第二章 無功功率 92.1無功功率概念 92.2無功補償的方法 112.2.1 無功補償裝置的分類 112.2.2無功功率補償裝置的發展概況 122.2.2并聯容性補償的方法 122.3無功補償容量的確定 16第

8、三章 無功功率與功率因數 183.1功率因數 183.2影響功率因數的因素 193.3提高功率因數的意義 203.3.1提高功率因數的意義 203.3.2提高功率因數和無功補償 203.4 無功補償的效益213.4.1 節省企業電費開支213.4.2 提高設備的利用率213.4.3 降低系統的能耗22 3.4.4 改善電壓質量22第四章 基于TSC的無功補償 234.1晶閘管投切電容器234.1.1 概述234.1.2 晶閘管閥234.1.3 補償電容器234.1.4 過零觸發244.2 TSC主接線 244.3 TSC的檢測系統274.4 TSC的控制系統274.5 TSC的應用現狀、問題與

9、解決方案 28第五章 無功補償的發展 31第六章 結論 35參考文獻36致謝37前 言無功補償在低壓電網中的配比及作用是維持電流順暢的重要條件因素，也是提高電網工作效能的核心因子。供電過程中注意無功補償的合理運用,可以獲得最好的技術和效益。功率因數是供電系統重要的參數，用戶功率因數的高低直接關系到電力電網中的功率損耗，關系到節約電能和整個供電區域供電的質量，同時也影響到企業的經濟效益，因此功率因數的提高，已成為電力系統中的重要課題。功率因數不高的主要原因是近年來，隨著國民經濟的跨躍式發展，電力負荷的快速增長對無功功率的需求也大幅度上升，無功補償為改善電壓質量起著重要作用。同時， 隨著粗放型經濟

10、向高科技、高技術轉變， 對電能質量的要求也顯著提高， 而配電網中整流器、變頻調速裝置、電孤爐以及各種電力電子設備的大量應用。由于這些設備或負荷具有非線性、沖擊性和不平衡的用電特性， 對供電質量造成嚴重污染， 對電力系統的安全運行形成了嚴重危害， 特別嚴重的是諧波極易造成系統發生某次諧波的諧振， 使系統產生過電壓， 危及系統和設備安全運行。而無功補償的主要裝置并聯電容器組對諧波起著放大作用。因此，有源濾波已受到各方的重視。一般情況下，電力系統中發電機所發的無功功率和輸電線的功率不足以滿足負荷的無功需求和系統中無功的損耗，并且為了減少有功損失和電壓降落，不希望大量的無功功率在網絡中流動。所以在負荷

11、中心需要加裝無功功率電源，以實現無功功率的就地供應、分區平衡的原則。隨著現代電力電子技術的發展，在工業中大量使用各種開關器件，在用電設備和電網之間有著大量的無功功率的往復交換，同時產生大量的諧波，使供電品質下降，諧波使電能的生產，傳輸和利用效率降低，使電氣設備過熱，產生震動和噪聲，電器過壓燒毀，更為危險的是諧波引起繼電保護和自動控制裝置誤操作，造成更大的電氣損壞。國內用于動態補償的控制器，與國外同類產品相比有較大的差距，一是在動態響應時間上較慢，動態響應時間重復性不好；二是補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統特性容易漂移，維護成本高、造成設備整體投資費用高。另外，相應的國家標準也尚未達到，

12、這方面有待于發展。第一章 緒 論1.1無功補償的意義隨著我國經濟改革的不斷深入，經濟發展速度越來越快，工業企業數量發展迅速，人民生活水平不斷提高，這導致電力負荷的增長速度迅猛，相比較而言，發電機的裝機容量和輸配電能力顯得不足，致使全國的多數省份出現供電緊張的“電荒”情況，尤其是經濟發達地區和一些用電負荷較大的大中型城市。更有甚者部分省、市的用電高峰期出現了采取拉閘限電以保證電網正常運行，嚴重制約了國民經濟的發展，也給人民群眾的日常生活帶來極大不便。在各種不同的工礦企業以及人民日常生活的用電中，都不同程度的存在著功率因數偏低的現象。如工礦企業建設時供電容量都較大，如果企業沒有滿負荷運行就會出現功

13、率因數偏低的現象。電力系統的用電負荷主要分為感應電動機、變壓器、感應電爐與電弧爐、電焊機和電焊變壓器、整流設備等，這些用電設備在消耗有功功率的同時都會消耗大量的無功功率，造成電網功率因數偏低。就我國來說，電動機所耗的電能占整個工業用電的6070。根據上海市的統計資料，僅風機、水泵兩項就占工業用電的40左右，加之其他種類的電動機負載，整個電動機的耗電量超過全部工業用電的60以上。大量的感性負載的使用使得電網必須提供足夠的無功容量來滿足負載要求，否則會造成電網電壓降低，電網供電質量下降的不良后果。感性負荷分布的不規律性也要求電網根據負荷情況合理分配無功，否則容易形成大量無功功率在電網的流動，降低電

14、網容量，使得電網線路損耗增加，同時也增加了供電成本，影響電力系統供電的經濟性，尤其是在我國的農網供電區域內，變電站數量少，供電線路覆蓋面積大，長距離供電成為一種普遍的現象，過低的功率因數使得線路損耗增大，供電網末端電壓下降較大，這也間接的提高了供電成本。解決上述問題的一個簡單而行之有效的辦法就是對電網進行無功功率補償。電力系統無功功率主要來源就是采用各種無功補償設備，本著盡可能就地補償的原則在各個環節對電網進行無功功率補償。隨著電子技術的發展，無功補償設備越來越智能化，帶有微處理器控制器的智能無功補償設備在電力系統中的應用越來越廣泛，本課題就是在這種背景下提出來的。試圖就高性能、多功能的智能低

15、壓無功補償裝置的設計進行有益的探討。1.2 無功補償問題無功補償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。電力系統生產和消費的電能分“有功電力”和“無功電力”兩種。有功電力是實際做功的電力，無功電力是不做功的電力，在數值上等于無功功率與時間的乘積。無功功率主要是電動機、變壓器等用電設備工作時建立交變磁場用的，并非“無用”或“可有可無”。無功功率是電力系統一種不可缺少的功率，它與電力系統運行的經濟性和電能質量有重大的關系。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗，要求系統提供足夠的無功功率，否則電網電壓將下降，電能質量得不

16、到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統運行的經濟性。電網中無功不平衡主要有兩方面的原因：一方面是輸送部門傳送的三相電的質量不高，一方面是用戶的電氣性能不夠好。在電力系統中，電壓和頻率是衡量電能質量的兩個最重要的指標。為確保電力系統的正常運行，供電電壓和頻率必須穩定在一定的范圍內。頻率的控制與有功功率的控制密切相關，而電壓控制的重要方法之一就是對電力系統的無功功率進行控制。現如今大部分用電設備為感性負載，自然功率因數較低，用電設備在消耗有功功率的同時，還需由電源輸送的無功功率。功率因數是供用電系統的一項重要技術經濟指標，通過合理采用無功補償技術，可以減少無功功率在電網

17、中的流動。為了減少無功功率在電網中的流動，提高企業無功功率補償裝置的經濟效益，無功補償應遵循就地補償，就地平衡的原則。借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。1.3 低壓電網中無功補償的必要性  無功補償是穩定低壓的必然選擇 ，電壓的穩定是電網輸送過程中的重要條件,也是電力輸送質量不可缺少的方面。 無功補償有利于降低系統的能耗 ，我們可根據P= IUCOS的計算公式來測算無功補償降低電力系統能耗的作用情況。根據I1/I2= cos2/cos1來計算,線損 P減少的百分數為:P%=(1-I2/I1)×100%=(1-cos1/

18、cos2)×100% ,也就是說當功率因數從0.75提高到0.90時，由上式可求得有功損耗將降低25%40%。這是意想不到的效果。 無功補償是企業開支節流的有效途徑 ，根據國家電價制度,對不同企業的功率因數有不同的要求，并按照不同的數值進行梯度收費。對此，很多企業特別注重對機器設備的節能保養，以便減少開支。無功補償的運用則可達到上述要求，能夠幫助企業減少在正常開機后的損耗，節約成本。 無功補償能夠穩定電壓 ，根據電壓損耗的計算公式可知，變壓器的電壓幾乎全為輸送的無功功率Q產生的，無功功率Q在電壓穩定中具有不可替代的作用。對此,若在輸電過程中，盡量地減少無功功率Q，則不僅能夠保持電壓的

19、穩定，還能夠保證大型電動機的順利起動。第二章 無功功率2.1 無功功率概念無功功率的概念是與交流電和非純阻性負載聯系在一起的。在直流系統或者純阻性負載的系統中不存在無功功率的概念，也就不存在無功補償問題。在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量(機能、光能、熱能)的電功率，有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的

20、電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率，無功功率的符號用Q表示，單位為乏或千乏。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就

21、要下降，從而影響用電設備的正常運行。無功功率對供、用電產生一定的不良影響，主要表現在：(1)降低發電機有功功率的輸出。(2)降低輸、變電設備的供電能力。(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。(4)造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。從發電機和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的道理。在正弦交流電路中，如果負載是線性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。 U 圖2-1 無源一端口網絡對于如圖21所示的內部不含有獨立

22、電源，僅含電阻、電感和電容等無源元件的端口，設電路中正弦交流電壓為 （2-1）端口等效負載為，則流過負載電路中的電流為 （2-2） 當負載不是純阻性時，流過負載的電流就會和電壓有一個相角差值，即此時電流表示為 （2-3）此時電路的有功功率就是其平均功率，即： （2-4）則 （2-5） 可以看出，有功功率不再是電壓和電流的有效值乘積，還要乘以二者夾角的余弦值。電路的無功功率定義為： （2-6） 無功電流分量的產生是由于系統中含有電感性或電容性的負載而產生的，該電流用于建立磁場或靜電場，存儲于電感或電容中，并往返于電源與電感或電容之間，并不會像有功功率那樣被消耗掉。電路中將電壓u和電流i的有效值乘

23、積定義為視在功率，即： （2-7）視在功率只是電壓有效值和電流有效值的乘積，它并不能準確反映能量交換和消耗的強度，并且在一般電路中，視在功率并不遵守能量守恒定律。從上式（25）（26）（27）可以看出，無功功率、有功功率、視在功率在數值時上滿足如下關系：在正弦波網絡中，當負載為感性時，線路電壓相位會超前線路的電流相位，即>0。無功功率Q>0，我們說網絡“吸收”感性無功功率，也可以說是“發出”容性無功功率；當負載為容性時，線路電壓相位會滯后線路的電流相位，即此時<0，無功功率Q<0，我們說網絡“吸收”容性無功功率，也可以說是“發出”感性無功功率。無功功率的“發出”和“吸收

24、”不同于有功功率的發出和吸收，這只是一種習慣說法而已。2.2 無功補償的方法2.2.1 無功功率補償的分類無功補償有很多種類：從補償的范圍劃分可以分為負荷補償與線路補償，從補償的性質劃分可以分為感性補償與容性補償，從補償的方式劃分可以分為串聯補償與并聯補償。 串聯補償的目的在于控制線路的阻抗參數，歐美一些國家普遍采用串聯補償來提高輸電線的傳輸能力。而我國大多采取并聯補償的方式來補償系統無功，并聯補償的目的在于控制線路的電壓參數。并聯補償按補償對象不同可分為系統補償和負荷補償兩大類。 系統補償通常指對交流輸配電系統進行補償，目的是維持電網樞紐點處的電壓穩定，提高系統的穩定性，增大線路的輸送能力以

25、及優化無功潮流、降低線損等。負荷補償通常是指在靠近負荷處對單個或一組負荷的無功功率進行補償，目的是提高負荷的功率因數，改善電壓質量，減少或消除由沖擊性負荷、不對稱負荷、非線性負荷等引起的電壓波動、電壓閃變、三相電壓不平衡及電壓和電流波形畸變等危害。負荷補償可分為靜態補償和動態補償。靜態補償是根據三相負荷的平衡化原理，通過在負荷點串、并入無功導納網絡，把三相不對稱負荷補償成對供電系統來說是三相對稱的。該方法優點是結構和控制簡單、造價低，缺點是對工業電弧爐、電焊機等動態負荷難以達到理想的補償效果。真正意義上的不對稱負荷動態補償是從1977 年提出分相控制的靜止無功補償器的方法后開始的。分相控制的S

26、VC能根據系統的實際情況，通過調整可控硅觸發角來改變SVC的各相補償度，從而達到補償負荷負序分量和調整負荷功率因數的目的。因此，該方法一提出就受到了普遍關注。2.2.2無功功率補償裝置的發展概況早期的無功功率補償裝置主要為同步調相機和并聯電容器。同步調相機是專門用來產生無功功率的同步電機，在過勵磁或欠勵磁的不同情況下，可以分別發出不同大小的容性或感性無功功率。自二三十年代以來，同步調相機在電力系統無功功率控制中一度發揮著重要作用，但它屬于旋轉設備，運行過程中的損耗和噪聲都比較大，維護復雜，且響應速度慢，在很多情況下已無法適應快速無功功率控制的要求，目前在現場僅有少量使用。并聯無功補償電容器具有

27、結構簡單、經濟、方便等優點，按電容器安裝的位置不同，通常有三種補償方式：集中補償、分組補償、就地補償。一，集中補償電容器組集中裝設在企業或地方總降壓變電所的610kV 母線上，用來提高整個變電所的功率因數，保障供電范圍內無功功率基本平衡，可減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高供電電壓質量。二，分組補償是將電容器組分別裝設在功率因數較低的車間或終端配電所高壓或低壓母線上，這種方式具有與集中補償相同的優點，僅補償容量和范圍相對小些，但補償效果比較明顯，采用比較普遍。三，就地補償是將電容器或電容器組裝設在異步電動機或電感用電設備附近，就地進行無功補償，這種補償方式既能提高用電設備供電回路的功率因數，

28、又能改善用電設備的電壓質量，對中、小型設備十分適用。若能將這三種補償方式統籌考慮、合理布局，一定可以取得很好的經濟效益。并聯電容器的缺點是只能補償固定無功，且容易與系統發生并聯諧振，導致諧波放大，但是并聯電容器在其它方面的優勢突出，因此到目前為止仍是我國主要的無功補償方式。2.2.3并聯容性補償的方法所謂并聯容性補償就是指在線路中接入并聯連接的設備，用于向線路中提供容性的無功電流。由于容性無功電流超前電壓90°，而感性無功電流滯后電壓90°，因此容性無功電流可以抵消感性無功電流。又由于電網中的負荷絕大多數是感性負荷，因此在電網中用于負荷補償的裝置絕大部分是并聯容性補償。從另

29、一個角度去看，我們可以將無功補償裝置看成是發無功電流的設備，負荷是吸收無功電流的設備，無功補償裝置所發的無功電流用于供應負荷吸收的無功電流。因此，總是將無功補償裝置安裝在負荷的上端（電源端）。在完全補償的情況下（上端功率因數=1），無功電流只在無功補償裝置與負荷之間的線路中存在，在無功補償裝置以上的線路中沒有無功電流。（1）同步調相機調相機的基本原理與同步發電機沒有區別，它只輸出無功電流。因為不發電，因此不需要原動機拖動，沒有啟動電機的調相機也沒有軸伸，實質就是相當于一臺在電網中空轉的同步發電機。調相機是電網中最早使用的無功補償裝置。當增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時

30、，其輸出的容性無功電流減少。當激磁電流減少到一定程度時，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補調相機的損耗。當激磁電流進一步減少時，輸出感性無功電流。調相機容量大、對諧波不敏感，并且具有當電網電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點，因此調相機對于電網的無功安全具有不可替代的作用。由于調相機的價格高，效率低，運行成本高，因此已經逐漸被并聯電容器所替代。但是近年來出于對電網無功安全的重視，一些人主張重新啟用調相機。（2）并聯電容器并聯電容器是目前最主要的無功補償方法。其主要特點是價格低，效率高，運行成本低，在保護完善的情況下可靠性也很高。在高壓及中壓系統中主要使用固定連接的并聯電容器組，而在低

31、壓配電系統中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結構則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負荷情況。并聯電容器的最主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網中含有諧波時，電容器的電流會急劇增大，還會與電網中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯電容器屬于恒阻抗元件，在電網電壓下降時其輸出的無功電流也下降，因此不利于電網的無功安全。（3）SVCSVC的全稱是靜止式無功補償裝置，靜止兩個字是與同步調相機的旋轉相對應的。國際大電網會議將SVC定義為7個子類：機械投切電容器（MSC）機械投切電抗器（MSR）自飽和電抗器（SR）晶閘管控制電抗器（TCR）晶閘管投切電容器（TSC）晶閘管

32、投切電抗器（TSR）自換向或電網換向轉換器（SCC/LCC）根據以上這些子類，我們可以看出：除調相機之外，用電感或電容進行無功補償的裝置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現“SVC”字樣，其原因不外乎兩條：其一是作者自己并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。對于TSC我們另文敘述，這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器（TCR）和自飽和電抗器（SR）。(1) 具有飽和電抗器的無功補償裝置(SR)這種裝置是最早的一種靜止無功補償裝置，早在1967 年，這種裝置就在英國制成。飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應的無功補償裝置也就分為兩種。具

33、有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，它利用鐵芯的飽和特性來控制發出或吸收無功功率的大小。可控飽和電抗器通過改變控制繞組中的工作電流來控制鐵芯的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。但是這種裝置中選用的飽和電抗器造價高，約為一般電抗器的4倍，且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態，鐵芯損耗大，比并聯電抗器大23 倍，另外這種裝置有振動和噪聲，調整時間長、動態補償速度慢，由于具有這些缺點，目前應用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。（2）這種裝置是利用晶閘管的相位控制來調整電抗器的電流，從而達到調整無功功率的目的。TCR的基本結構包括一組固定并聯

34、連接在線路中的電容器和一組并聯連接在線路中用晶閘管控制的電抗器，通常將電抗器的容量設計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無功電流可以變化。當晶閘管關斷時，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，因此整套裝置的補償量最大。當調節晶閘管的導通角時，電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流，因此補償量減少，導通角越大，電抗器的電流越大，補償量就越小。當晶閘管全通時，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時補償量為0。在TCR中，當晶閘管的導通角小于90°時，電抗器的電流非正弦含有諧波成分，因此必須將固定電容器組設計成濾波器形式或者配備另外的濾波器。其單相原理圖如圖11 所示。其三

35、相多接成三角形，這樣的電路并入到電網中相當于交流調壓器電路接電感性負載，此電路的有效移相范圍為9001800。當觸發角= 900時，晶閘管全導通，導通角=1800，此時電抗器吸收的無功電流最大。根據觸發角與補償器等效導納之間的關系式： （） （2-8）可知，增大觸發角即可增大補償器的等效導納，這樣就會減小補償電流中的基波分量，所以通過調整觸發角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達到調整無功功率的效果。 U(t)t）SCR L 圖 2-1 TCR型補償器原理TCR 型動態補償方式具有以下優點：從0到最大功率連續可調；可以根據電網負荷情況分相調節；電路簡單，便于操作維護。不可避免的也具有一些

36、缺點：在運行中會產生諧波；占地面積大；電容、電抗器和晶閘管容量都是按系統最大沖擊無功功率來配備，設備投資大；從實際情況看，跟蹤補償裝置大部分時間處于零或低無功功率補償狀態，最大功率運行能耗大。單獨的TCR 只能吸收無功功率，不能發出無功功率，為了解決此問題，通常將并聯電容器與TCR配合使用構成無功補償器。根據投切電容器元件的不同，又可分為TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補償器(TCR+FC)和TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補償器(TCR+MSC)。這種具有TCR 型的補償器反應速度快、靈活性大，目前在輸電系統和工業企業中應用最為廣泛。（3）STATCOMSTATCOM是一種

37、使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關控制電流的裝置。其基本工作原理是： 通過對系統電參數的檢測，預測出一個與電源電壓同相位的幅度適當的正弦電流波形。當系統瞬時電流大于預測電流的時候，STATCOM將大于預測電流的部分吸收進來，儲存在內部的儲能電容器中。當系統瞬時電流小于預測電流的時候，STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來，填補小于預測電流的部分，從而使得補償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。 根據STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實現真正的動態補償，不僅可以應用在感性負荷場合，還可以應用在容性負荷的場合。并且可以進行諧波濾除，起到濾波器的作用

38、。但是實際的STATCOM由于技術的原因不可能達到理論要求，而且由于開關操作頻率不夠高等原因，還會向電網輸出諧波。STATCOM的結構十分復雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實際應用價值。2.3無功補償容量的確定無功補償裝置的用途就是為電網補償無功功率，但是對電網的無功補償容量不是隨意的，需要根據電網的運行情況來確定，因此確定無功補償容量成為必不可少的步驟。確定無功補償容量最直接的方法就是從提高功率因數的需要來確定補償容量。如果補償線路有功功率為P1，補償前的功率因數為cos1，補償后的功率因數為cos2，則補償容量可以用下述公式計算： （2-9）上式中表示線路中需要

39、的補償容量。對于補償后的功率因數cos2的設定要適當，通常設為0.91.0之間的某個合適的值，該值不宣設的過高。例如對于一個有功功率為100kw功率因數為075的待補償線路，如果將功率因數補償到0.9，按照式210計算所得的補償容量為39.8kvar，如果將功率因數補償到1.0，計算所得的補償容量則為882lkvar，可以看出，在超過0.9的高功率因數下進行無功補償其效益將顯著下降。所以可能的情況下可以將補償后功率因數適當設置的低些。對于并聯電容器組補償方式來說，電力電容器組額定容量與其接線方式有關。對于三相電路，電容器容量為： （2-10）上式中 表示電容器容量kvar f表示交流電網頻率，

40、f=50HZ U表示相電壓 KV C為單相電容器電容值F對于三相三角形接線的系統，線電壓等于相電壓，而對于三相星形接線的系統，線電壓等于相電壓的倍，對于同樣的電容器組三角形接線的無功出力是星形接線的3倍，這也是將并聯電容器組以三角形連接并聯于電網的原因。 第三章 無功功率與功率因數3.1 功率因數功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一，通常使用COS表示。一個供電設備的供電容量通常是用視在功率表示，字面意思就是我們所能看到的功率，即表見功率，但不是真實功率，它的真實功率是由視在功率和功率因數的乘積決定的。所以說功率因數是一個非常重要的供電指標，而

41、視在功率是由有功功率的平方與無功功率的平方和，開跟號得到的。視在功率確定后，有功功率分量高就稱為功率因數高，有功功率分量低就稱為功率因數低，有功功率和無功功率都是靠發電機發出的，然而用電設備所需要的功率會因設備的感性和容性不同而不同，當用電設備是感性時，用電設備的電壓會超前電流90°；當用電設備是容性時，電流超前電壓90°，兩個分量將在一條直線上，但方向相反，用電設備中感性的居多，所以這就需要一個容性的負荷進行無功補償了。電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角的余弦來表COS示。CO

42、S稱為功率因數，又叫力率。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。三相功率因數的計算公式為： (3-1) (3-2)     COS功率因數；P有功功率，kW；Q無功功率,kvar；S視在功率,kVA；U用電設備的額定電壓,V；I用電設備的運行電流,A。功率因數分為自然功率因數、瞬時功率因數和加權平均功率因數。(1)自然功率因數：是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數，或者說用電設備本身所具有的功率因數。自然功率因數的高低主要取決于用電設備的負荷性質，電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數較高，等于1，

43、而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數比較低，都小于1。(2)瞬時功率因數：是指在某一瞬間由功率因數表讀出的功率因數。瞬時功率因數是隨著用電設備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。(3)加權平均功率因數：是指在一定時間段內功率因數的平均值，其計算公式為： (3-3) 3.2影響功率因數的因素功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P 一定時，如減少無功功率Q ，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q =0 時，則其功率因數1 。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主

44、要設備 。異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響 。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供

45、電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果3.3提高功率因數的意義 3.3.1 提高功率因數的意義 由以上論述可以看出，要使發電廠和供電所更有效利用資源進行電能的轉換和傳輸，就必須合理的進行有功功率和無功功率的分配，在無功功率配置合理的情

46、況下，盡量的多發有功，減少無功功率的輸出。那就要提高用電設備的功率因數。當供電系統中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大即功率因數的降低，就會引起：系統中輸送的總電流增大，使電氣元件，如變壓器、電抗器、導線等容量增大，從而擴大了企業投資；由于無功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會增大供電設備的有功損耗；因為系統中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調壓困難；對發電機來說，轉子溫度升高，發電機達不到預期出力；由于系統電流增大，系統電壓降低，會造成其他設備不能正常出力。所以，我們必須提高供電系統的功率因數。3.3.2提高功率因數和無功補償的感性負荷大部分是異步電動機，運行時要消耗一定的無

47、功功率，使得電動機和輸電線路的電流增大，如果給電動機增加就地補償電容，不但可以使線路及配電裝置的輸送電流減小，而且還可以減少有功損耗，減少初期的投資容量。下面給出異步電動機的無功補償公式，以供大家：  設補償前電動機的無功功率為Q1，補償電容器后的無功功率為Q2，則補償電容器的無功功率為: Qc=Q1-Q2=P1(tan1-tan2) (3-4) P1、P2為電動機運行時輸入/輸出的有功功率；1、2為電容器補償前后的功率因數角。   補償前的功率因數：cos1=(cose)1/k， （3-5）式中cose為電動機額定負載時的功率因數，可從產品目

48、錄中查得，k為電機定子電流負載率，k=I1/Ie，其中I1為電機運行時的實測定子電流（A），Ie為電機的額定電流（A）。補償后的功率因數一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不。 3.4 無功補償的效益在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.700.85 之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%90%,如果把功率因數提高到0.95 左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。無功補償的經濟效益主要體現在減少無功功率在電網中的流動

49、，提高電力系統有功輸送容量和供電能力，降低輸電線路因輸送無功功率造成的輸送線路損耗，節省投資，在有限的輸電網絡中最大可能地為用戶輸送更多地有功電能等幾個方面。3.4.1 節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。可見，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。3.4.2 提高設備的利用率。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備

50、，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對尚處于設計階段的新建企業來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。3.4.3 降低系統的能耗補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOS，由于COS提高，補償后的電壓U2 稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2U1 從而導出I1COS1=I2COS2。即I1/I2= COS2/ COS1,這樣線損 P 減少的百分數為：P%= (

51、1-I22/I12)×100%=（1- COS21/ COS22）×100% （3-6）當功率因數從0.700.85 提高到0.95 時，由(3-6)式可求得有功損耗將降低20%45%。以廣東省中山供電局李銓怡的文章“低壓無功補償的綜合經濟效益”中所寫數據為例，按中山供電局電網的供電量，根據有代表性的五個1lOkV變電站無功補償的節能計算，在l0kv系統裝設10000kvar集中補償，可在llOkV網絡中獲得年節電60萬kwh電之利。如果在380v低壓系統中裝設同樣多的無功補償，則在110kv及以下電網中，年節電量達80萬kw·h。這就等于給地方系統節省80萬元電

52、力建設資金。也就是說，每降損1kwh，可節省電力建設費1元。而給新用戶輸送的80萬kwh年電量，不需增加運行費,可以看出，其經濟效益明顯。3.4.4 改善電壓質量以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則：電壓損失U 為：U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 。兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負荷P 產生的；QX/Ue輸送無功負荷Q 產生的。配電線路：X=（24）R，U 大部分為輸送無功負荷Q 產生的。變壓器：X=（510）R， QX/Ue=(510) PR/ Ue 。變壓器U 幾乎全為輸送無功負荷Q 產生的，可以看出，若減少無功功率 Q,則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質量來裝設電容器是很不經濟的，對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數，減少線損，調壓只是一個輔助作用。第四章 基于TSC的無功補償4.1 晶閘管投切電容器 4.1.1概述 晶閘管投切電容器(thyristor switched capacitor，TSC