無功補(bǔ)償?shù)难芯块_題報告

1、一.課題來源 扌旨導(dǎo)老師指定選題的內(nèi)外研究現(xiàn)狀及水平.研究目標(biāo)及意義(包括應(yīng)用前景.科學(xué)意義.理論價值)以及主要參考文獻(xiàn)1.1無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀(1)以純電容器補(bǔ)償形式為主市于電容器是非弟脆弱的部件，而現(xiàn)在電網(wǎng)字自人量的諧濾存在，在采川純 電容器形式對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時，諧波電流經(jīng)常被放人，造成用電設(shè) 備、補(bǔ)償電容器、投切開關(guān)及相關(guān)元件的損壞；(2 )以接觸器作為投切開關(guān)的方式為主采用接觸器作為投切電容器的開關(guān)吋，響應(yīng)速度較慢，在用電設(shè)備無功變化 較快且有沖擊性負(fù)載的系統(tǒng)小，不能實(shí)施有效地跟蹤補(bǔ)償;電容器投入?yún)?，?產(chǎn)生鮫人的沛流;電容器切除時，會產(chǎn)生鮫高的過電用；電容器再次投入之前需 鑒

2、充分的放電；(3) 以等容循環(huán)投切的控制策略為主采用等容循環(huán)投切的控制策略時，分紐較粗、補(bǔ)償梢度較差;用電系統(tǒng)長期處 于欠補(bǔ)償狀態(tài)，平均功率因數(shù)低；(4) 一般采用普通型控制器普通型控制器的抗干擾能力差，經(jīng)常山現(xiàn)誤動作或死機(jī)現(xiàn)象，不適合(或不能 夠)在有諧波的系統(tǒng)中工作;控制器的功能比較簡單，不能滿足先進(jìn)(需耍多種 保護(hù)功能)的補(bǔ)償系統(tǒng)的控制要求；(5) 以三相共補(bǔ)的補(bǔ)償形式為主在三和不平衡的負(fù)載系統(tǒng)屮，不能實(shí)施有效地分相補(bǔ)償；(6) 保護(hù)把-施不完善或沒冇，在補(bǔ)償設(shè)備川現(xiàn)異常時，不能實(shí)施冇效的保護(hù)；(7) 柜體結(jié)構(gòu)成套裝置的制作一般采用分離元、器件，柜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，紐裝工藝難度 人；(8)

3、 元器件幣體質(zhì)量水平不高由于元器件分別在不同的生產(chǎn)廠家購買，而元器件質(zhì)呈水平參差不齊，各種 元器件之問的參數(shù)配合(匹西己)不準(zhǔn)確或不合理，造成補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行不可靠，故 障率高。1.2無功補(bǔ)償水平電斥質(zhì)量是衡坤:電力系統(tǒng)電能質(zhì)呆的重要指標(biāo)之一，它的好壞主要取決 于電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理。這不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供 屯能質(zhì)量的優(yōu)劣問題，i伉且還直接影響電網(wǎng)的安金、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。若無功電源 容量不足，系統(tǒng)運(yùn)行電壓將難以保證。隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，對電網(wǎng)無 功功率的耍求也與f1增加。因此，還需考慮網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)和電壓，因?yàn)榫W(wǎng) 絡(luò)功率因數(shù)和電用的降低會使電氣設(shè)備得不到充分利用，從而降低網(wǎng)絡(luò)n勺

4、傳 輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無功補(bǔ)償?shù)膯栴}，對電網(wǎng) 的女全利i降損 節(jié)能有著重耍的意義。無功補(bǔ)償點(diǎn)的合理選擇以及補(bǔ)償容量的確定，能夠自效地維持系統(tǒng)的電 壓水平，捉高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從山j(luò)降 低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。我國配電網(wǎng)長期以*無功庚乏，由其造成的網(wǎng) 損嚴(yán)重，因此，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，能投資少ie報高。通常采用的方法是在 配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，既口j降低線路損耗，也能降低配電變壓器損耗， 電壓質(zhì)量也有較人的改善。1-3無功補(bǔ)償研究的目標(biāo)及意義我國是一個發(fā)展中國家，改革開放前，工業(yè)化水平還比鮫落后，制造工 藝還較粗糙，高、精、尖方面的制

5、造業(yè)更是缺乏，因而對電網(wǎng)的電能質(zhì)最還 未引起足夠的重視。人們普遍認(rèn)為：只耍電能可以送出去，就等于保證了電 網(wǎng)的女金運(yùn)行。20世紀(jì)80年代以來，我國的屯力工業(yè)取得了飛速的發(fā)展，不 僅裝機(jī)容量:空詢增加，輸變電設(shè)備質(zhì)量以及電力自動化水平也収得了 h新月 異的變化。與此同時，各次負(fù)荷的種類與容呈發(fā)展更快，由此引發(fā)的新問題 逐漸浮山水面。電力供應(yīng)的嚴(yán)重不足己制約了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。而要緩解當(dāng)詢乃至 今后一個時期電力供需之間的矛盾，并從根本上解決問題，除了國家及地方 加人對電力建設(shè)的投資力度、增加發(fā)電量這一主渠道外，節(jié)約用電、合理用 電一采用各種節(jié)電把-施，最大限度地利用現(xiàn)冇各種電丿j設(shè)施資源也是非常

6、垂 要的、也是很有必要的。就是要開源與節(jié)流并舉。由于冃前我國在配網(wǎng)中普遍采丿ij的變電所低壓母線集中補(bǔ)償和配電變壓 器低壓側(cè)集中補(bǔ)償?shù)确绞剑荒苎a(bǔ)償?shù)蛪和途W(wǎng)中大量的無功損耗。針對低壓 網(wǎng)的特點(diǎn)，從工程實(shí)際出發(fā)，捉出了低壓線路無功補(bǔ)償方式及靈敏度分析法 與無功分呈直接分析法妁種計算方法，以確定補(bǔ)償電容的最佳安裝位置和容 量，并討論了實(shí)際應(yīng)用中電容器的在線動態(tài)控制。計算表明，在低壓線上投 入無功補(bǔ)償后，大大降低了線損，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可以推廣采用。采用無功 功率補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)趨近于1,可以人量減少線路字因輸送無功電流而產(chǎn) 生的電能損耗，并有效地改善電圧調(diào)節(jié)，因此無功功率的補(bǔ)償一直以來都是 供配電

7、系統(tǒng)中的一個垂要環(huán)節(jié)。參考文獻(xiàn)【1】【2】l31【4】【5】工兆安，黃俊.電力電子技術(shù)，北京：機(jī)械工、11出版社，2000.電力線路技術(shù)手冊l兵器工業(yè)出版社 齊文祿1991年7月. 靳龍章、 出版社， 陳伯時.孫成寶、1997.丁毓ill.電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)m.北京：中國水利水電1997自動控制系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.李廣澤.配電網(wǎng)實(shí)川技術(shù)m.北京：字國水利水電出版社，【6】 陳壬行.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析k.北京：水利電力川版社，1995.【7】 李宏電力電子設(shè)備用器件與集成電路控制用集成電路.北京:機(jī)械丄 業(yè)出版社,2001.【8】 宋萬杰.cpld技術(shù)及其應(yīng)丿ij.酋安:西安電子科技人學(xué)

8、出版社,1999.三.研究的主要內(nèi)容.研究方案及準(zhǔn)備采取的技術(shù)路線.擬解決 的關(guān)鍵問題(注：本部分內(nèi)容必須詳細(xì)填寫)1 課題的主要內(nèi)容：低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償及其容量的測定。近年來， 我國電力裝機(jī)容量逐年遞增，大大緩解了供電緊張的局面。伴隨著 供電量的增加，電網(wǎng)建設(shè)的速度明顯滯后，網(wǎng)絡(luò)損耗問題口益突川。 大家普遍認(rèn)識到降低網(wǎng)損是供屯部門減小供屯成木的重耍突破口， 也是今后增加供電量的重要手段。由于配電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，網(wǎng)架 薄弱，設(shè)施老化，線路長(有的10kv線路長5070km),線徑小， 配電變壓器也大部分存在高能耗問題，所以降低損耗應(yīng)主要從城市 的配電網(wǎng)著手。2研究方案：捉高功率因數(shù)的主耍方法是

9、采川低壓無功補(bǔ)償技術(shù)，我們 通鴿采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。1. 隨機(jī)補(bǔ)償隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù) 裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗， 以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用屯單位無功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用屯設(shè) 備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投 資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等。為防止電機(jī)追出運(yùn)行吋產(chǎn)牛自激過電壓，補(bǔ)償容量一般不應(yīng)大于電機(jī)的 空載無功，bp： qc<3ueio,通常'推薦 qc=(0.95s().98

10、) j32. 隨器補(bǔ)償隨器補(bǔ)償是指將低床電容器通過低床保險接在配電變床器二 次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載 時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電 單位無功負(fù)荷的主耍部分，對丁輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗ilf 供屯量的比例很人，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理萬便、能有效地補(bǔ)償配 變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，便該部分無功就地平衡，從1仃提 高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無 功最有效的手段之一。1隨器補(bǔ)償電容器(1) 隨器補(bǔ)償?shù)碾娙萜髦魉Ｓ脕硌a(bǔ)償變圧器的空載無功損耗， 所以其容量應(yīng)按變壓器容量

11、的5%7%選定。(2) 隨器補(bǔ)償電容器應(yīng)安裝在配電屏總開關(guān)的前面。有的安裝 在配屯屏的母線上，這樣就會出現(xiàn)低壓線路停屯檢修吋，由丁屯容 器還加來得及放電而造成低壓線路觸電事故。(3) 電容器接線必須牢|古【，以防電容器出現(xiàn)斷線、缺相運(yùn)行， 造成三相電壓不平衡，嚴(yán)重時某相對地電壓超過220v,從仃損壞電 容器和其他電器設(shè)備。最好采用貝有缺相保護(hù)功能的斷路器，確侏 屯容器安全運(yùn)行。2隨線補(bǔ)償電容器(1) 隨線補(bǔ)償?shù)碾娙萜鲬?yīng)安裝在支線熔斷器以后，以便于電容 器的檢修。每紐電容器的容量不宜超過2002ar,以便于電容器的 放屯。(2) 在有隨線補(bǔ)償rtl容器的線路停rtl時，應(yīng)間隔20min再送屯 (

12、20min后，電容器通過變圧器自放電的過程基本完畢)，否則會出 現(xiàn)帶電荷合電容器的現(xiàn)象，就會損壞電容器。(3) 電容器所有熔斷器的熔絲應(yīng)按電容器額定電流的1. 52. 5 倍選，一且三相熔絲耍選的一樣粗細(xì)，以防一相熔絲熔斷，出現(xiàn)屯容 器缺相運(yùn)行，這樣容易川現(xiàn)諧振過電壓，從而損壞電容器和其他電 器設(shè)備。(4) 在檢修時如果電容器兩極直接放電，會損壞電容器，并造 成事故。正確放電過程如下：%1 屯容器停屯吋，丿應(yīng)先使屯容器所在的支線停屯，使屯容器通 過該支線上的祀電變壓器進(jìn)行自放電，一般需要經(jīng)過20mino%1 自放電完成后，耍用接地線使電容器各極分別對地放電。%1 用三根接地線的一端分別連接屯容

13、器的三級，另一端接冷一起，進(jìn)行 直接放電。這時就口j以對電容器進(jìn)行檢修工作。3. 跟蹤補(bǔ)償跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓 電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于lookva 以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效 果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)丄作量小，比前兩 種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行史可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù) 朵、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng) 優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。主要有3利x定值補(bǔ)償式;、電流跟蹤武、電壓跟蹤式:。1、定值補(bǔ)償式定值補(bǔ)償式補(bǔ)償器根據(jù)其工作原理可以分為有源定值補(bǔ)償器和無

14、 源定值補(bǔ)償器。無源定值補(bǔ)償器的工作原理是利用白禍變圧器補(bǔ)償 比差，利用移相器補(bǔ)償角差。利用此補(bǔ)償器可以將電能表計端電壓 與電壓互感器二次端電壓幅值與相位調(diào)至和等，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪?的。這種補(bǔ)償器可以對回路阻抗利回路屯流一定的線路調(diào)節(jié)補(bǔ)償屯 壓，使二次壓降為零。但如果二次冋路阻抗或電流發(fā)生變化，例如 熔體電阻或端子接觸電阻增大或電床互感器二次負(fù)載電流發(fā)生改 變，這種補(bǔ)償器就不能適應(yīng)了。采陽無源定值補(bǔ)償裝置，可靠性相 又寸q有源定值補(bǔ)償器的丄作原理是在屯壓互感器二次回路中計量 儀表接入端口處串入一個定值的電壓源,達(dá)到提高計量儀表的入n 電勢以抵消二次床降影響的冃的。當(dāng)電床互感器二次回路阻抗和回

15、路電流一定時，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓，使二次壓降接近于零，但二次回路 阻抗或電流發(fā)牛變化時，這種補(bǔ)償器就不適丿應(yīng)了?？傊ㄖ笛a(bǔ)償器在屯壓互感器二次回路阻抗利回路屯流不變 的前提下，能夠?qū)Χ螇航颠M(jìn)行有效補(bǔ)償，由于不能跟蹤電壓互感 器二次凹路阻抗和回路電流發(fā)生變化而引起二次圧降的變化，因此 不可避免地引起電壓互感器二次綜合壓降欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償現(xiàn)象發(fā) 生。由此可以說，定值補(bǔ)償裝置（無論是有源的，還是無源的）在 設(shè)計時就存在缺陷，是絕對禁止用于二次壓降補(bǔ)償?shù)摹?、電流跟蹤式電流跟蹤式補(bǔ)償器基本原理是利用電子線路通過對電壓互感 器二次冋路電流的跟蹤產(chǎn)生一個與二次冋路阻抗大小相等的負(fù)阻 抗，最終使二次回路總阻抗等

16、效為零。這樣，即使有pt二次回路 電流的存在，由于冋路阻抗為零，壓降也為零。這種補(bǔ)償器對于二 次線路較長的，可補(bǔ)償線阻。對于pt二次負(fù)載不穩(wěn)定、二次電流 變化的回路，由于二次回路總阻抗等效為零，可以保持壓降為零。 但對于二次冋路阻抗變化的情況，則不能白動跟蹤，也就是說，如 果熔體屯阻或接點(diǎn)接觸屯阻發(fā)生改變，則回路等效阻抗就不為零 了，這是該補(bǔ)償器的局限性。換句話就是說，電流跟蹤式補(bǔ)償器的設(shè)計前提是電床互感器二 次回路阻抗不變，只要跟蹤二次回路變化的電流就可以達(dá)到補(bǔ)償二 次壓降的目的。從前面對二次冋路阻抗的特性分析可以看川，電壓 互感器二次回路阻抗是變化的，且具有一定隨機(jī)性，顯然屯流跟蹤 式補(bǔ)償

17、器同樣存在設(shè)計缺陷，可能造成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā) 生，因而也是絕對禁止用于二次床降補(bǔ)償?shù)摹?、電壓跟蹤式電壓跟蹤武補(bǔ)償器的原理是通過一取樣電纜，將電壓互感器二 次端屯壓信號與屯能表計端屯壓信號進(jìn)行比較，以產(chǎn)生1個與二次 冋路壓降人小相等，方向相反的電壓疊加于電壓互感器二次冋路， 使電床互感器二次回路電圧降等效為零。當(dāng)電床互感器二次回路電 流或阻抗改變導(dǎo)致回路電壓改變時，補(bǔ)償器自動跟蹤壓降的變化并 產(chǎn)牛和應(yīng)變化的補(bǔ)償電壓疊加于電壓互感器二次冋路，以保持冋路 壓降始終為零。因而這種補(bǔ)償器幾乎適用丁所有場合，唯一不足的 是需同時敷設(shè)一條從電壓互感器二次端電壓信號取樣的電纜。低床無功補(bǔ)償成套裝置主耍

18、應(yīng)用于城鄉(xiāng)配電網(wǎng)公用變臺。 低壓無功補(bǔ)償裝置七大特點(diǎn)：1.獨(dú)特的電容補(bǔ)償方武。2先進(jìn)的智能型無功控制策略。3. 先進(jìn)的配電監(jiān)控終端。4. 先進(jìn)的電容投切開關(guān)。5 充分的防護(hù)設(shè)計。6. 充分的安全設(shè)計。7. 充分的獨(dú)特的模塊化設(shè)計電容器的容量 q=3xcxuxu = 2x jt xf xcxuxu3 準(zhǔn)備采取的技術(shù)路線以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點(diǎn)電壓合格為目標(biāo)，以調(diào)度中心為 控制屮心，以各變電站的有載調(diào)圧變床器分接頭調(diào)節(jié)與電容器投切 為控制手段。首先從調(diào)度自動化系統(tǒng)采集數(shù)掘送入電壓分析模塊 和無功分析模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電所主變分接頭調(diào)節(jié)指令、 變屯所屯容器投切指令，由調(diào)度中心、集控中心、配調(diào)中

19、心控制系 統(tǒng)執(zhí)行，循環(huán)往復(fù)。無功電壓實(shí)時控制流程.4 擬解決的關(guān)鍵問題裝置控制器硬件采収基于 mcs-96系列的80c196單片機(jī)微處理器配 以適當(dāng)?shù)耐鈬吐穪硗瓿筛黜?xiàng)功能；軟件的設(shè)計采用pl/m-96程序設(shè)計語 言，測量部分采用快速福利葉變換算法，從存在各次諧波的輸入信號中計算 山兒波電壓、電流的有效值，實(shí)現(xiàn)有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度等 參數(shù)ii勺計算，同時可以進(jìn)行15次諧波的分析。實(shí)現(xiàn)對線路電壓、屯流、有 功功率、無功功率、功率因素、頻率、電度等參數(shù)的測量儀顯示，并根拯無 功缺額結(jié)合電網(wǎng)屯壓控制住屯路品閘管開關(guān)實(shí)現(xiàn)屯容器投切，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)無 功的跟蹤補(bǔ)償。pm、己進(jìn)行的科研工作基礎(chǔ)和

20、已具備的科學(xué)研究條件（包括已經(jīng) 取得的科研成果.已經(jīng)完成的科學(xué)實(shí)驗(yàn)及調(diào)査研究、具備的主 要儀器設(shè)備及資料與數(shù)據(jù)等），以及可行性分析電網(wǎng)負(fù)荷分為有功負(fù)荷和無功負(fù)荷，所謂有功負(fù)苛就是從電源經(jīng)線路傳 送給負(fù)載，而被負(fù)載消耗掉的那部分功率。而無功就是電源向負(fù)載傳送，而 負(fù)載其實(shí)并沒有真正消耗而是企部反送給屯源的那部分功率。反送的頻率是 2倍工頻，這樣無功實(shí)際就是往返于電源和負(fù)載之問（以1oohz的速度）而 負(fù)載實(shí)際并沒有消耗的一種功率。這種功率的傳送同樣需要電流*完成，顯 然無功在線路上傳送會增加線路上不必要的屯流，從而增加線路上的侑功損 耗，引起發(fā)熱，增加線路末端電壓降。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷主要是電動機(jī)、變 壓器等屬于感性負(fù)荷，其無功是屬于感性無功，其值大于零。在屯網(wǎng)中安裝 并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以庚，由于容性無功的值小于零，這樣