電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償眾所周知，電源能量通過(guò)電感或電容時(shí)并沒(méi)有能量消耗，只是在負(fù)荷與電源之間相互交換和三相之間流動(dòng)。由于這種交換功率不對(duì)外做功，因此稱(chēng)為無(wú)功功率。電力系統(tǒng)中的設(shè)備大部分是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，它們?cè)趩挝恢芷趦?nèi)吸收的功率和釋放的功率相同，以此建立交變的磁場(chǎng)，這部分功率就是無(wú)功功率?？梢?jiàn)，無(wú)功功率在電力系統(tǒng)中扮演了重要的角色?？墒窃陔娏ο到y(tǒng)中為什么要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償呢？無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾栽陔娏ο到y(tǒng)中，如變壓器、電動(dòng)機(jī)等許多工作時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁的設(shè)備都需要從電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率；并且輸電線路具有分布電容，在電壓下將產(chǎn)生容性無(wú)功功率，也就是說(shuō)線路也要吸收感性無(wú)功。發(fā)電機(jī)

2、是電力系統(tǒng)中唯一的有功電源，也是基本的無(wú)功電源。如果只依靠發(fā)電機(jī)來(lái)提供無(wú)功功率的，由于無(wú)功功率不斷地來(lái)回地交換會(huì)引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失。另外，發(fā)電機(jī)發(fā)出的所有功率等于有功功率與無(wú)功功率的矢量和，提供的無(wú)功功率多時(shí)，提供的有功功率也就相對(duì)就減少了，顯然這種運(yùn)行方式也是很不經(jīng)濟(jì)的。如果不進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，通常會(huì)造成兩個(gè)主要問(wèn)題：（1）在電力傳輸系統(tǒng)中，如果說(shuō)出現(xiàn)了無(wú)功功率不足的現(xiàn)象，那么就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電壓以及功率因數(shù)不斷的降低，最終導(dǎo)致用電設(shè)備受到破壞，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓崩潰，使得整個(gè)電網(wǎng)控制系統(tǒng)瓦解，從而造成片區(qū)大面積的停電。（2）電力電壓以及功

3、率因素的降低，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電氣傳輸設(shè)備無(wú)法得到有效的利用，從而造成了電力系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娔軗p耗不斷增加，降低了電能傳輸?shù)男?，給用電用戶(hù)的日常生活帶來(lái)的極大的困擾。因此國(guó)家相關(guān)政策規(guī)定，各級(jí)電壓的電力網(wǎng)和電力用戶(hù)都要提高自然功率因數(shù)，并按無(wú)功分層分區(qū)和就地平衡以及便于調(diào)壓的原則，安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和必要的調(diào)壓裝置，電網(wǎng)用戶(hù)都要提高調(diào)壓裝置和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行水平。無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔茫?）提高電壓質(zhì)量將線路中的電流分為有功電流Ia和無(wú)功電流Ir，則線路中的電壓損失為其中，P為有功功率，Q為無(wú)功功率，U為額定電壓，R為線路總電阻，Xl為線路感抗。因此，提高功率因數(shù)后會(huì)減少線路上傳輸?shù)臒o(wú)功功率，相應(yīng)會(huì)

4、減小電壓損失，從而提高了電壓質(zhì)量。（2）提高變壓器的利用率，減少投資電力系統(tǒng)功率因數(shù)提高，相應(yīng)變壓器的利用率也會(huì)提高：由此可見(jiàn)，補(bǔ)償后的變壓器利用率提高了，可以帶更多的負(fù)荷，減少輸變電設(shè)備的投資。（3）減少用戶(hù)電費(fèi)支出不僅可以避免功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，而且還可以減少用戶(hù)內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率而造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹黼娏ο到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的，需要容性無(wú)功來(lái)補(bǔ)償感性無(wú)功。將電容并入RL支路后，電路如圖（a）所示，該電路的電流方程為由圖（b）的相量圖可知，并聯(lián)電容后，U與I的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時(shí)電流滯后于電壓，這種情況為欠補(bǔ)

5、償。若電容C的容量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電流超前于電壓，這種情況稱(chēng)為過(guò)補(bǔ)償，相量圖如圖（c）所示。通常不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償們因?yàn)椋海?）引起變壓器二次側(cè)電壓升高。（2）容性無(wú)功功率在輸電線路上傳輸同樣會(huì)增加電能損耗。（3）如果供電線路電壓升高，還會(huì)增大電容器本身的功率損耗，溫升也會(huì)減小電容的壽命。（a）（b）（c）無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w措施無(wú)功補(bǔ)償有很多種方法，按補(bǔ)償裝置的應(yīng)用及補(bǔ)償狀態(tài)可以分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償、靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償、復(fù)合類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償。機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w措施包括同步調(diào)相機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步調(diào)相機(jī)可以看成是一種不帶任何負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，其補(bǔ)償特點(diǎn)是既能過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行，發(fā)出感性無(wú)功功率使電壓升高

6、，也能欠勵(lì)磁運(yùn)行吸收感性無(wú)功功率使電壓降低。早期對(duì)功率因數(shù)補(bǔ)償要求較高的場(chǎng)合，通常采用這種方式，有時(shí)，這種電機(jī)也稱(chēng)之為同步補(bǔ)償機(jī)；同步發(fā)電機(jī)是最早使用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備之一，在現(xiàn)代大電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境下，同步發(fā)電機(jī)已不能稱(chēng)為專(zhuān)門(mén)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備了，它只是在保證自身正常運(yùn)行的前提下為系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率，其原理也是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)；在很多時(shí)候，同步電動(dòng)機(jī)是用來(lái)改善配電系統(tǒng)的功率因數(shù)的，根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)，也可向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，使低轉(zhuǎn)速負(fù)載能在穩(wěn)定條件下運(yùn)行，并具有較高的效率，增強(qiáng)過(guò)載能力。但這種補(bǔ)償方式的設(shè)備一次性投資較高，使用維護(hù)比較麻煩。靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償器是指補(bǔ)償設(shè)備在運(yùn)行時(shí)是

7、固定不動(dòng)的，具體措施包括固定電容和靜止無(wú)功補(bǔ)償器。固定電容的工作原理是通過(guò)增加容性無(wú)功來(lái)補(bǔ)償負(fù)載側(cè)的感性無(wú)功需求，以提升負(fù)載電壓的穩(wěn)定。這種早期補(bǔ)償方式的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。然而由于并聯(lián)電容器的投切是通過(guò)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電容的投切時(shí)刻很難準(zhǔn)確定位，因而它的致命缺點(diǎn)是：合閘涌流大；靜止無(wú)功補(bǔ)償器一般采用晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，具有體積小、重量輕、控制靈活等特點(diǎn)。在某種場(chǎng)合下，通常將機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償和靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償結(jié)合起來(lái)，以突出各自?xún)?yōu)勢(shì)，這種無(wú)功補(bǔ)償裝置稱(chēng)為復(fù)合類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償。在無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展歷史中，電力電子開(kāi)關(guān)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的推動(dòng)作用，它的應(yīng)用是無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑。電力電子開(kāi)關(guān)不僅能保證快速、準(zhǔn)確地實(shí)施補(bǔ)償，還能夠?qū)⑾冗M(jìn)的智能控制技術(shù)引入到無(wú)功補(bǔ)償中，使其具有