無功功率補償原理及方法分析

1、無功功率補償原理及方法分析摘要：無功功率補償是保障電力系統(tǒng)能源質量的有效方法，其在降低電能消耗以及能源節(jié)約方面的效果是非常明顯的，所以其在長距離電能運輸中的作用是不可忽視的。為保障電網(wǎng)系統(tǒng)運行的效益，我國加大了對無功功率補償技術研究的力度，本文通過對電網(wǎng)系統(tǒng)進行研究，探討一下無功功率補償?shù)脑砗头椒ㄒ约捌湓陔娋W(wǎng)系統(tǒng)中的應用。關鍵詞：無功功率補償 補償原理 補償方法無功功率補償是當今電氣自動化技術及電力系統(tǒng)研究領域所面臨的一項重大課題，正在受到越來越多的關注。電網(wǎng)中無功功率不平衡主要有以下兩個為一面的原因:一為一面是供電部門傳送的電力質量不高；另一為一面是用戶的電氣性能不夠好，這兩為一面的綜合原

2、因導致無功功率的不均勻分布和各種問題的產(chǎn)生。顯然，這此需要補償?shù)臒o功功率如果都要由發(fā)電端產(chǎn)生和提供并經(jīng)過長距離傳輸是不可能的，最有效的為一法是在大量需要無功功率的地為一安裝無功補償裝置并進行無功功率的就地補償。1 無功補償?shù)脑黼娏髟陔姼性凶龉r，電流滯后于電壓90o；而電流在電容元件中作功時，電流超前于電壓90o。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180o。如果在電磁元件電路中安裝一定的電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能做功的能力，這就是無功補償?shù)牡览怼D1和圖2分別為感性阻抗和容性阻抗中電流、電壓和功率的波形變化規(guī)則。在第一個

3、四分之一周期內，電流由零逐漸增大，此時，電感吸收功率，轉化為磁場能量，而電容放出儲存在電場中的能量；第二個四分之一周期，電感放出磁場能量，電容吸收功率，以后的四分之一周期重復上述循環(huán)。從圖3可以看出并聯(lián)電容器無功補償原理。將并聯(lián)電容器C與供電設備(如變壓器)或負荷(如電動機)并聯(lián)，則供電設備或負荷所需要的無功功率，可以全部或部分由并聯(lián)電容器供給，即并聯(lián)電容器發(fā)出的容性無功，可以補償負荷所消耗的感性無功。圖1 電感中電流、電壓和功率的變化圖2 電容中的電流、電壓和功率的變化圖3 并聯(lián)電容器無功補償原理圖4為并聯(lián)電容器補償向量圖。當未接電容C時，流過電感L的電流為IL，流過電阻R的電流為IR，電源

4、供給的電流為I1， I1=IR+jIL，此時相位角為1，功率因數(shù)為cos1；并聯(lián)接入電容C后，由于電容電流IC與電感電流IL方向相反，使電源供給的電流由I1減小為I2， I2=IR+j(IL-IC)，相角由1減小到2，功率因數(shù)則由cos1提高到cos2。設負荷有功功率為P(千瓦)，無功功率為Q(千乏)，視在功率為S(千伏安)，電壓有效值為，電流有效值為I，功率三角形如圖5，則有:圖4 并聯(lián)電容器補償向量圖圖5 有功、無功、視在功率向量圖2 無功補償?shù)淖饔?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(wǎng)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

5、立正常的電磁場，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要下降，從而影響用電設備的正常運行。但是從發(fā)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(wǎng)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。 1)根據(jù)用電設備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術改造，可使低于標準要求的功率因數(shù)達標，實現(xiàn)節(jié)電目的。 2)采用無功補償技術，提高低壓電網(wǎng)和用電設備的功率因數(shù)，已成為節(jié)電工作的一項重要措施。 3)無功補償，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(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質量

6、，穩(wěn)定設備運行。 4)減少電力損失，一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負載情況，其電力損耗約2%-3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。 5)改善供電品質，提高功率因數(shù)，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側電壓。 6)延長設備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10，壽命可延長1倍） 7)最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償監(jiān)測要求，消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。 8)無功補償可以改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設備潛力、無功

7、補償減少用戶電費支出，是一項投資少，收效快的節(jié)能措施。 9)無功補償技術對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術經(jīng)濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電能的目的 。3 電網(wǎng)系統(tǒng)中的無功補償類別我國電網(wǎng)系統(tǒng)中的武功功率補償方法類別是有區(qū)分依據(jù)的，例如補償方式、補償類別以及電網(wǎng)類型等都是無功功率補償方法的劃分標準的所以我國電網(wǎng)系統(tǒng)中的無功功率的補償類別主要有以下幾種表現(xiàn)形式:3.1補償方式類別按電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率補償方式進行類別的劃分主要可分為六個部分:電網(wǎng)隨線補償，其補償無功功率的方法主要是在電網(wǎng)系統(tǒng)的高壓配電線路上以分散并聯(lián)的方式安裝電

8、容器直接提高電網(wǎng)電網(wǎng)運行功率，降低損耗二變電站處集中補償其補償方法，即是在高、低壓配電線路中采用組裝并聯(lián)的方式安裝電容器對主變空載以及輸電線路進行無功功率補償，實現(xiàn)變電站終端電壓的提高，隨器、隨機補償，此種補償方法效益比較高，其連接方式簡單，安裝容易配置靈活，對低壓輸電線路的作用比較高，但是其產(chǎn)生的諧波較難控制；低壓集中式補償，此補償方式在用戶變壓器中應用較多，由于其在管理和維護上存在制約因素，公共變壓器中不經(jīng)常使用；電動機器就地補償，此補償方式以單臺電動機器為基礎，以聯(lián)動的方式安裝電容器，保障電能功率消耗降低的同時，提高輸電線路的輸電能力，低壓分散式補償此補償方式?jīng)]有針對性，而且其降損節(jié)能的

9、效果較為明顯，但是其在設備利用上容易造成電容器的閑置。3.2補償設備類別按電網(wǎng)系統(tǒng)補償設備類型進行類別的劃分主要分為四類：移相電容器，此補償設備因在電網(wǎng)系統(tǒng)中使用的功耗小利用率高，但是其只能采用分級的方式進行補償，不能完全吸收無功的功率而，且其對環(huán)境和電壓的是有一定要求的；靜止補償裝置，此補償裝置由電容器和電抗器共同組成，可對無功功率進行調節(jié)，可實現(xiàn)電壓在周波內迅速調節(jié)；同步調相機，此補償裝置主要是以機器的負載為對象，向電網(wǎng)系統(tǒng)提供具備感應性的無功功率，保持電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；同步電動機，此補償設備與同步調相機類似，不同之處是其作用對象為電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因子。3.3網(wǎng)絡目的類別電網(wǎng)系統(tǒng)無功率補

10、償方式以網(wǎng)絡類型進行分類可分為輸配電補償和配電線補償，其兩者的共同目的即是提高電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，理論是以線路環(huán)式連接方式為主的，但是以實際電網(wǎng)線路運行來看，為避免線路中產(chǎn)生電磁影響，一般采用開環(huán)的方式連接。4 無功補償方式4.1變電站集中補償變電站集中補償方式指的是在變電站裝設無功補償裝置，包括并聯(lián)電容器、同步調相機、靜IF補償器等等。通常采用的調節(jié)方式是按照九區(qū)圖的控制策略，將無功補償裝置與有載調壓抽頭配合調節(jié)，實現(xiàn)電壓和無功功率的控制。這種無功補償方式的優(yōu)點是維護方便、管理方式簡單，但缺點是無法降低配電網(wǎng)的電能損耗廠4.2低壓集中補償?shù)蛪杭醒a償方式主要應用在變壓器低壓側，是國內較普遍

11、采用的另一種無功補償方式。其中補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜，可根據(jù)用戶負荷水平的波動來投入適當數(shù)量的電容器，從而進行跟蹤補償。這種補償方式可改善專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功功率的就地平衡，進一步降低配電網(wǎng)及變壓器的電能損耗，從而保證用戶的電壓水平。然而其缺點在于當線路電壓基準偏高或偏低時，無功功率的投切量難以滿足實際需求量，就有可能出現(xiàn)無功功率補償過量或不足的情況。另外，面向用戶的公用變壓器通常安裝在戶外桿架上，在這些變壓器上安裝集中補償裝置則難以維護、控制和管理，容易產(chǎn)生安全隱患。因此，這種無功補償有一定的局限性。4.3桿上無功補償為了降低線路網(wǎng)損，把l OkV戶外并聯(lián)電

12、容器安裝在架空線路的桿塔上進行無功功率補償，這樣可以提高配電網(wǎng)的功率因素，降低線損，提升電壓。為了避免因桿上安裝并聯(lián)電抗器遠離變電站而引起的保護不易配置、控制成本高、維護難度大、安裝環(huán)境受限等問題，桿上無功補償必須做到:補償點宜少、控制方式從簡、不設分組投切、補償容量宜小、接線宜簡單及保護方式簡化等。桿上無功補償方式具有投資小、補償效率高、便于管理和維護等優(yōu)點。在負荷波動的情況下，這種固定的補償方式適應能力較差。4.4用戶終端分散補償由于低壓用戶負荷小、波動大、地點分散、管理較難，因此直接在用戶末端進行無功補償將最恰當?shù)鼐S持配電網(wǎng)的電壓水平，降低電力系統(tǒng)的電能損耗。尤其是企業(yè)和廠礦中的電動機更應該進行就地無功補償。這種補償方法的無功裝置應具有智能型控制、免維護、易安裝、占地面積小、功能完善等特點。分散補償?shù)膬?yōu)點是:能大幅降低線損，改善電壓質量及提高線路輸電能力。缺點是大量電容器輕載時會閑置，設備利用