低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)漠厴I(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 韓玉倩 系 別： 機(jī)械與電氣工程系 專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 2008級(jí)本科四班 指導(dǎo)教師： 朱玉華 2012年 5 月 19 日摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)負(fù)荷的增加對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高和無(wú)功功率的需求也日益增加，無(wú)功補(bǔ)償是電能質(zhì)量的重要保證。無(wú)功功率在電網(wǎng)中傳輸會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)損耗以及受電端電壓下降，使電能利用率大大降低且嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。在低壓供電系統(tǒng)中，低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的功能是向感性負(fù)載設(shè)備就近提供無(wú)功功率。由于用電設(shè)備中感性負(fù)載設(shè)備用電量占整個(gè)用電量的三分之二以上，顯然針對(duì)感性負(fù)載提供無(wú)功功率對(duì)于降低線(xiàn)損，降低供電

2、設(shè)備容量，改善供電線(xiàn)路的功率因數(shù)以及穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓起到至關(guān)重要的作用。文章介紹了有關(guān)于無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍?、意義，闡述了國(guó)內(nèi)外無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，及其一些基礎(chǔ)知識(shí)，并介紹了基于TSC的無(wú)功補(bǔ)償器，最后介紹了無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展前景。關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；功率因數(shù)；TSC；發(fā)展前景ABSTRACTWith the rapid development of modern industry， electric power system load increases to the electric power quality requirements of the more and more high an

3、d 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 the serious influence t

4、he 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 equipment of power consumpt

5、ion 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 about the reactive powe

6、r 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 prospect of the reactive

7、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(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x 6 1.2無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題 71.3低壓電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾?7第二章 無(wú)功功率 92.1無(wú)功功率概念 92.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?11 無(wú)功補(bǔ)償裝置的分類(lèi) 112.2.2無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況 12并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒?122.3無(wú)功補(bǔ)償容量的確定 16第三章 無(wú)功功率與功率因數(shù) 183.1功率因數(shù) 183.2影響功

8、率因數(shù)的因素 193.3提高功率因數(shù)的意義 20提高功率因數(shù)的意義 20提高功率因數(shù)和無(wú)功補(bǔ)償 203.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?1 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支21 提高設(shè)備的利用率21 降低系統(tǒng)的能耗22 改善電壓質(zhì)量22第四章 基于TSC的無(wú)功補(bǔ)償 234.1晶閘管投切電容器23 概述23 晶閘管閥23 補(bǔ)償電容器23 過(guò)零觸發(fā)244.2 TSC主接線(xiàn) 244.3 TSC的檢測(cè)系統(tǒng)274.4 TSC的控制系統(tǒng)274.5 TSC的應(yīng)用現(xiàn)狀、問(wèn)題與解決方案 28第五章 無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展 31第六章 結(jié)論 35參考文獻(xiàn)36致謝37前 言無(wú)功補(bǔ)償在低壓電網(wǎng)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(wǎng)工作

9、效能的核心因子。供電過(guò)程中注意無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠磉\(yùn)用,可以獲得最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。功率因數(shù)是供電系統(tǒng)重要的參數(shù)，用戶(hù)功率因數(shù)的高低直接關(guān)系到電力電網(wǎng)中的功率損耗，關(guān)系到節(jié)約電能和整個(gè)供電區(qū)域供電的質(zhì)量，同時(shí)也影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此功率因數(shù)的提高，已成為電力系統(tǒng)中的重要課題。功率因數(shù)不高的主要原因是近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨躍式發(fā)展，電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功功率的需求也大幅度上升，無(wú)功補(bǔ)償為改善電壓質(zhì)量起著重要作用。同時(shí)， 隨著粗放型經(jīng)濟(jì)向高科技、高技術(shù)轉(zhuǎn)變， 對(duì)電能質(zhì)量的要求也顯著提高， 而配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電孤?tīng)t以及各種電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用。由于這些設(shè)備或負(fù)荷具有非線(xiàn)性、沖擊性

10、和不平衡的用電特性， 對(duì)供電質(zhì)量造成嚴(yán)重污染， 對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行形成了嚴(yán)重危害， 特別嚴(yán)重的是諧波極易造成系統(tǒng)發(fā)生某次諧波的諧振， 使系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)電壓， 危及系統(tǒng)和設(shè)備安全運(yùn)行。而無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕b置并聯(lián)電容器組對(duì)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(tǒng)中發(fā)電機(jī)所發(fā)的無(wú)功功率和輸電線(xiàn)的功率不足以滿(mǎn)足負(fù)荷的無(wú)功需求和系統(tǒng)中無(wú)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(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)。所以在負(fù)荷中心需要加裝無(wú)功功率電源，以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地供應(yīng)、分區(qū)平衡的原則。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)中大量使用各種開(kāi)關(guān)器件，在用電設(shè)備和電網(wǎng)之間有著大量的無(wú)功

11、功率的往復(fù)交換，同時(shí)產(chǎn)生大量的諧波，使供電品質(zhì)下降，諧波使電能的生產(chǎn)，傳輸和利用效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱，產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲，電器過(guò)壓燒毀，更為危險(xiǎn)的是諧波引起繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置誤操作，造成更大的電氣損壞。國(guó)內(nèi)用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破?，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比有較大的差距，一是在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好；二是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過(guò)大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護(hù)成本高、造成設(shè)備整體投資費(fèi)用高。另外，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也尚未達(dá)到，這方面有待于發(fā)展。第一章 緒 論1.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來(lái)越快，工業(yè)企業(yè)數(shù)量發(fā)展迅速，人民生活水平不斷提高，這導(dǎo)致電力負(fù)荷

12、的增長(zhǎng)速度迅猛，相比較而言，發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量和輸配電能力顯得不足，致使全國(guó)的多數(shù)省份出現(xiàn)供電緊張的“電荒”情況，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和一些用電負(fù)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(xiàn)了采取拉閘限電以保證電網(wǎng)正常運(yùn)行，嚴(yán)重制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也給人民群眾的日常生活帶來(lái)極大不便。在各種不同的工礦企業(yè)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(shù)偏低的現(xiàn)象。如工礦企業(yè)建設(shè)時(shí)供電容量都較大，如果企業(yè)沒(méi)有滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷主要分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、感應(yīng)電爐與電弧爐、電焊機(jī)和電焊變壓器、整流設(shè)備等，這些用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)都會(huì)消耗大量的

13、無(wú)功功率，造成電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。就我國(guó)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)所耗的電能占整個(gè)工業(yè)用電的6070。根據(jù)上海市的統(tǒng)計(jì)資料，僅風(fēng)機(jī)、水泵兩項(xiàng)就占工業(yè)用電的40左右，加之其他種類(lèi)的電動(dòng)機(jī)負(fù)載，整個(gè)電動(dòng)機(jī)的耗電量超過(guò)全部工業(yè)用電的60以上。大量的感性負(fù)載的使用使得電網(wǎng)必須提供足夠的無(wú)功容量來(lái)滿(mǎn)足負(fù)載要求，否則會(huì)造成電網(wǎng)電壓降低，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降的不良后果。感性負(fù)荷分布的不規(guī)律性也要求電網(wǎng)根據(jù)負(fù)荷情況合理分配無(wú)功，否則容易形成大量無(wú)功功率在電網(wǎng)的流動(dòng)，降低電網(wǎng)容量，使得電網(wǎng)線(xiàn)路損耗增加，同時(shí)也增加了供電成本，影響電力系統(tǒng)供電的經(jīng)濟(jì)性，尤其是在我國(guó)的農(nóng)網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)，變電站數(shù)量少，供電線(xiàn)路覆蓋面積大，長(zhǎng)距離供電成為一種

14、普遍的現(xiàn)象，過(guò)低的功率因數(shù)使得線(xiàn)路損耗增大，供電網(wǎng)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(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單而行之有效的辦法就是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。電力系統(tǒng)無(wú)功功率主要來(lái)源就是采用各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，本著盡可能就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t在各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備越來(lái)越智能化，帶有微處理器控制器的智能無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本課題就是在這種背景下提出來(lái)的。試圖就高性能、多功能的智能低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行有益的探討。1.2 無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題無(wú)功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低

15、能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電力系統(tǒng)生產(chǎn)和消費(fèi)的電能分“有功電力”和“無(wú)功電力”兩種。有功電力是實(shí)際做功的電力，無(wú)功電力是不做功的電力，在數(shù)值上等于無(wú)功功率與時(shí)間的乘積。無(wú)功功率主要是電動(dòng)機(jī)、變壓器等用電設(shè)備工作時(shí)建立交變磁場(chǎng)用的，并非“無(wú)用”或“可有可無(wú)”。無(wú)功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率，它與電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量有重大的關(guān)系。大量的感性負(fù)荷和電網(wǎng)中的無(wú)功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無(wú)功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時(shí)，無(wú)功功率的不合理分配，也將造成線(xiàn)損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電網(wǎng)中無(wú)功不平衡主要有兩方面的原因：一方面是輸送部門(mén)傳送的三相電的質(zhì)量不高，一方

16、面是用戶(hù)的電氣性能不夠好。在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最重要的指標(biāo)。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一就是對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行控制?，F(xiàn)如今大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，自然功率因數(shù)較低，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需由電源輸送的無(wú)功功率。功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過(guò)合理采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，可以減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)。為了減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，提高企業(yè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)遵循就地補(bǔ)償，就地平衡的原則。借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提

17、高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。1.3 低壓電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾?無(wú)功補(bǔ)償是穩(wěn)定低壓的必然選擇 ，電壓的穩(wěn)定是電網(wǎng)輸送過(guò)程中的重要條件,也是電力輸送質(zhì)量不可缺少的方面。 無(wú)功補(bǔ)償有利于降低系統(tǒng)的能耗 ，我們可根據(jù)P= IUCOS的計(jì)算公式來(lái)測(cè)算無(wú)功補(bǔ)償降低電力系統(tǒng)能耗的作用情況。根據(jù)I1/I2= cos2/cos1來(lái)計(jì)算,線(xiàn)損 P減少的百分?jǐn)?shù)為:P%=(1-I2/I1)100%=(1-cos1/ cos2)100% ,也就是說(shuō)當(dāng)功率因數(shù)從0.75提高到0.90時(shí)，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(wú)功補(bǔ)償是企業(yè)開(kāi)支節(jié)流的有效途徑 ，根據(jù)國(guó)家電價(jià)制度,

18、對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)有不同的要求，并按照不同的數(shù)值進(jìn)行梯度收費(fèi)。對(duì)此，很多企業(yè)特別注重對(duì)機(jī)器設(shè)備的節(jié)能保養(yǎng)，以便減少開(kāi)支。無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用則可達(dá)到上述要求，能夠幫助企業(yè)減少在正常開(kāi)機(jī)后的損耗，節(jié)約成本。 無(wú)功補(bǔ)償能夠穩(wěn)定電壓 ，根據(jù)電壓損耗的計(jì)算公式可知，變壓器的電壓幾乎全為輸送的無(wú)功功率Q產(chǎn)生的，無(wú)功功率Q在電壓穩(wěn)定中具有不可替代的作用。對(duì)此,若在輸電過(guò)程中，盡量地減少無(wú)功功率Q，則不僅能夠保持電壓的穩(wěn)定，還能夠保證大型電動(dòng)機(jī)的順利起動(dòng)。第二章 無(wú)功功率2.1 無(wú)功功率概念無(wú)功功率的概念是與交流電和非純阻性負(fù)載聯(lián)系在一起的。在直流系統(tǒng)或者純阻性負(fù)載的系統(tǒng)中不存在無(wú)功功率的概念，也就不存在無(wú)功補(bǔ)

19、償問(wèn)題。在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無(wú)功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)能、光能、熱能)的電功率，有功功率的符號(hào)用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線(xiàn)圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功率，無(wú)功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏或千乏。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就

20、是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。無(wú)功功率對(duì)供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。(2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。(3)造成線(xiàn)路電壓損失增大和電能損耗的增加。

21、(4)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線(xiàn)供給的無(wú)功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率，以保證用戶(hù)對(duì)無(wú)功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的道理。在正弦交流電路中，如果負(fù)載是線(xiàn)性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。 U 圖2-1 無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò)對(duì)于如圖21所示的內(nèi)部不含有獨(dú)立電源，僅含電阻、電感和電容等無(wú)源元件的端口，設(shè)電路中正弦交流電壓為 （2-1）端口等效負(fù)載為，則流過(guò)負(fù)載電路中的電流為 （2-2） 當(dāng)負(fù)載不是純阻性時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流就會(huì)和電壓有一個(gè)相角差值，即此

22、時(shí)電流表示為 （2-3）此時(shí)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(wú)功功率定義為： （2-6） 無(wú)功電流分量的產(chǎn)生是由于系統(tǒng)中含有電感性或電容性的負(fù)載而產(chǎn)生的，該電流用于建立磁場(chǎng)或靜電場(chǎng)，存儲(chǔ)于電感或電容中，并往返于電源與電感或電容之間，并不會(huì)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(zhǔn)確反映能量交換和消耗的強(qiáng)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

23、看出，無(wú)功功率、有功功率、視在功率在數(shù)值時(shí)上滿(mǎn)足如下關(guān)系：在正弦波網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，線(xiàn)路電壓相位會(huì)超前線(xiàn)路的電流相位，即0。無(wú)功功率Q0，我們說(shuō)網(wǎng)絡(luò)“吸收”感性無(wú)功功率，也可以說(shuō)是“發(fā)出”容性無(wú)功功率；當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，線(xiàn)路電壓相位會(huì)滯后線(xiàn)路的電流相位，即此時(shí)0，無(wú)功功率Q0，我們說(shuō)網(wǎng)絡(luò)“吸收”容性無(wú)功功率，也可以說(shuō)是“發(fā)出”感性無(wú)功功率。無(wú)功功率的“發(fā)出”和“吸收”不同于有功功率的發(fā)出和吸收，這只是一種習(xí)慣說(shuō)法而已。2.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆诸?lèi)無(wú)功補(bǔ)償有很多種類(lèi)：從補(bǔ)償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨?fù)荷補(bǔ)償與線(xiàn)路補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性補(bǔ)償與容性補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃?/p>

24、串聯(lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償。 串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€(xiàn)路的阻抗參數(shù)，歐美一些國(guó)家普遍采用串聯(lián)補(bǔ)償來(lái)提高輸電線(xiàn)的傳輸能力。而我國(guó)大多采取并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€(xiàn)路的電壓參數(shù)。并聯(lián)補(bǔ)償按補(bǔ)償對(duì)象不同可分為系統(tǒng)補(bǔ)償和負(fù)荷補(bǔ)償兩大類(lèi)。 系統(tǒng)補(bǔ)償通常指對(duì)交流輸配電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，目的是維持電網(wǎng)樞紐點(diǎn)處的電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大線(xiàn)路的輸送能力以及優(yōu)化無(wú)功潮流、降低線(xiàn)損等。負(fù)荷補(bǔ)償通常是指在靠近負(fù)荷處對(duì)單個(gè)或一組負(fù)荷的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，目的是提高負(fù)荷的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，減少或消除由沖擊性負(fù)荷、不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷、非線(xiàn)性負(fù)荷等引起的電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相電壓不平衡及電壓和電流波形畸

25、變等危害。負(fù)荷補(bǔ)償可分為靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。靜態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)三相負(fù)荷的平衡化原理，通過(guò)在負(fù)荷點(diǎn)串、并入無(wú)功導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，把三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷補(bǔ)償成對(duì)供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是三相對(duì)稱(chēng)的。該方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、造價(jià)低，缺點(diǎn)是對(duì)工業(yè)電弧爐、電焊機(jī)等動(dòng)態(tài)負(fù)荷難以達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。真正意義上的不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是從1977 年提出分相控制的靜止無(wú)功補(bǔ)償器的方法后開(kāi)始的。分相控制的SVC能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，通過(guò)調(diào)整可控硅觸發(fā)角來(lái)改變SVC的各相補(bǔ)償度，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)荷負(fù)序分量和調(diào)整負(fù)荷功率因數(shù)的目的。因此，該方法一提出就受到了普遍關(guān)注。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況早期的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。同

26、步調(diào)相機(jī)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率的同步電機(jī)，在過(guò)勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性或感性無(wú)功功率。自二三十年代以來(lái)，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)無(wú)功功率控制中一度發(fā)揮著重要作用，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中的損耗和噪聲都比較大，維護(hù)復(fù)雜，且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無(wú)法適應(yīng)快速無(wú)功功率控制的要求，目前在現(xiàn)場(chǎng)僅有少量使用。并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)點(diǎn)，按電容器安裝的位置不同，通常有三種補(bǔ)償方式：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、就地補(bǔ)償。一，集中補(bǔ)償電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總降壓變電所的610kV 母線(xiàn)上，用來(lái)提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，保障供電范圍內(nèi)無(wú)功功率基本平衡，可減少高壓

27、線(xiàn)路的無(wú)功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。二，分組補(bǔ)償是將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車(chē)間或終端配電所高壓或低壓母線(xiàn)上，這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅補(bǔ)償容量和范圍相對(duì)小些，但補(bǔ)償效果比較明顯，采用比較普遍。三，就地補(bǔ)償是將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)或電感用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對(duì)中、小型設(shè)備十分適用。若能將這三種補(bǔ)償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局，一定可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。并聯(lián)電容器的缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定無(wú)功，且容易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，但是并聯(lián)電容器在其它方面的優(yōu)勢(shì)突出，因此到目前為止仍

28、是我國(guó)主要的無(wú)功補(bǔ)償方式。并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒ㄋ^并聯(lián)容性補(bǔ)償就是指在線(xiàn)路中接入并聯(lián)連接的設(shè)備，用于向線(xiàn)路中提供容性的無(wú)功電流。由于容性無(wú)功電流超前電壓90，而感性無(wú)功電流滯后電壓90，因此容性無(wú)功電流可以抵消感性無(wú)功電流。又由于電網(wǎng)中的負(fù)荷絕大多數(shù)是感性負(fù)荷，因此在電網(wǎng)中用于負(fù)荷補(bǔ)償?shù)难b置絕大部分是并聯(lián)容性補(bǔ)償。從另一個(gè)角度去看，我們可以將無(wú)功補(bǔ)償裝置看成是發(fā)無(wú)功電流的設(shè)備，負(fù)荷是吸收無(wú)功電流的設(shè)備，無(wú)功補(bǔ)償裝置所發(fā)的無(wú)功電流用于供應(yīng)負(fù)荷吸收的無(wú)功電流。因此，總是將無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在負(fù)荷的上端（電源端）。在完全補(bǔ)償?shù)那闆r下（上端功率因數(shù)=1），無(wú)功電流只在無(wú)功補(bǔ)償裝置與負(fù)荷之間的線(xiàn)路中存在，在

29、無(wú)功補(bǔ)償裝置以上的線(xiàn)路中沒(méi)有無(wú)功電流。（1）同步調(diào)相機(jī)調(diào)相機(jī)的基本原理與同步發(fā)電機(jī)沒(méi)有區(qū)別，它只輸出無(wú)功電流。因?yàn)椴话l(fā)電，因此不需要原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，沒(méi)有啟動(dòng)電機(jī)的調(diào)相機(jī)也沒(méi)有軸伸，實(shí)質(zhì)就是相當(dāng)于一臺(tái)在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。調(diào)相機(jī)是電網(wǎng)中最早使用的無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)增加激磁電流時(shí)，其輸出的容性無(wú)功電流增大。當(dāng)減少激磁電流時(shí)，其輸出的容性無(wú)功電流減少。當(dāng)激磁電流減少到一定程度時(shí)，輸出無(wú)功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補(bǔ)調(diào)相機(jī)的損耗。當(dāng)激磁電流進(jìn)一步減少時(shí)，輸出感性無(wú)功電流。調(diào)相機(jī)容量大、對(duì)諧波不敏感，并且具有當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)輸出無(wú)功電流自動(dòng)增加的特點(diǎn)，因此調(diào)相機(jī)對(duì)于電網(wǎng)的無(wú)功安全具有不可替代的作用

30、。由于調(diào)相機(jī)的價(jià)格高，效率低，運(yùn)行成本高，因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來(lái)出于對(duì)電網(wǎng)無(wú)功安全的重視，一些人主張重新啟用調(diào)相機(jī)。（2）并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是目前最主要的無(wú)功補(bǔ)償方法。其主要特點(diǎn)是價(jià)格低，效率高，運(yùn)行成本低，在保護(hù)完善的情況下可靠性也很高。在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動(dòng)控制電容器投切的自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置。自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負(fù)荷情況。并聯(lián)電容器的最主要缺點(diǎn)是其對(duì)諧波的敏感性。當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時(shí)，電容器的電流會(huì)急劇增大，還會(huì)與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件

31、，在電網(wǎng)電壓下降時(shí)其輸出的無(wú)功電流也下降，因此不利于電網(wǎng)的無(wú)功安全。（3）SVCSVC的全稱(chēng)是靜止式無(wú)功補(bǔ)償裝置，靜止兩個(gè)字是與同步調(diào)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議將SVC定義為7個(gè)子類(lèi)：機(jī)械投切電容器（MSC）機(jī)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）晶閘管投切電抗器（TSR）自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）根據(jù)以上這些子類(lèi)，我們可以看出：除調(diào)相機(jī)之外，用電感或電容進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b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(xiàn)“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

32、懂的字母組合故弄玄虛。對(duì)于TSC我們另文敘述，這里只簡(jiǎn)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(wú)功補(bǔ)償裝置(SR)這種裝置是最早的一種靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，早在1967 年，這種裝置就在英國(guó)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(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，它利用鐵芯的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^(guò)改變控制繞組中的工作電流來(lái)控制鐵芯的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。但是這種裝置中選用的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗

33、器的4倍，且電抗器的硅鋼片長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，鐵芯損耗大，比并聯(lián)電抗器大23 倍，另外這種裝置有振動(dòng)和噪聲，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線(xiàn)路才有使用。（2）這種裝置是利用晶閘管的相位控制來(lái)調(diào)整電抗器的電流，從而達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的目的。TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線(xiàn)路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線(xiàn)路中用晶閘管控制的電抗器，通常將電抗器的容量設(shè)計(jì)成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無(wú)功電流可以變化。當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，電抗器沒(méi)有電流，而電容器固定連接，因此整套裝置的補(bǔ)償量最大。當(dāng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時(shí)，電抗器的感性電流就會(huì)抵消一部

34、分電容器電流，因此補(bǔ)償量減少，導(dǎo)通角越大，電抗器的電流越大，補(bǔ)償量就越小。當(dāng)晶閘管全通時(shí)，電抗器電流就會(huì)將電容器電流全部抵消，此時(shí)補(bǔ)償量為0。在TCR中，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角小于90時(shí)，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(shè)計(jì)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。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，此電路的有效移相范圍為9001800。當(dāng)觸發(fā)角= 900時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角=1800，此時(shí)電抗器吸收的無(wú)功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式： （） （2-8）可知，增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，

35、這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。 U(t)t）SCR L 圖 2-1 TCR型補(bǔ)償器原理TCR 型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：從0到最大功率連續(xù)可調(diào)；可以根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況分相調(diào)節(jié)；電路簡(jiǎn)單，便于操作維護(hù)。不可避免的也具有一些缺點(diǎn)：在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生諧波；占地面積大；電容、電抗器和晶閘管容量都是按系統(tǒng)最大沖擊無(wú)功功率來(lái)配備，設(shè)備投資大；從實(shí)際情況看，跟蹤補(bǔ)償裝置大部分時(shí)間處于零或低無(wú)功功率補(bǔ)償狀態(tài)，最大功率運(yùn)行能耗大。單獨(dú)的TCR 只能吸收無(wú)功功率，不能發(fā)出無(wú)功功率，為了解決此問(wèn)題，通常將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成

36、無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器元件的不同，又可分為T(mén)CR 與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+FC)和TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+MSC)。這種具有TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快、靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。（3）STATCOMSTATCOM是一種使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開(kāi)關(guān)控制電流的裝置。其基本工作原理是： 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電參數(shù)的檢測(cè)，預(yù)測(cè)出一個(gè)與電源電壓同相位的幅度適當(dāng)?shù)恼译娏鞑ㄐ?。?dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流大于預(yù)測(cè)電流的時(shí)候，STATCOM將大于預(yù)測(cè)電流的部分吸收進(jìn)來(lái)，儲(chǔ)存在內(nèi)部的儲(chǔ)能電容器中。當(dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流

37、小于預(yù)測(cè)電流的時(shí)候，STATCOM將儲(chǔ)存在電容器中的能量釋放出來(lái)，填補(bǔ)小于預(yù)測(cè)電流的部分，從而使得補(bǔ)償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。 根據(jù)STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實(shí)現(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，不僅可以應(yīng)用在感性負(fù)荷場(chǎng)合，還可以應(yīng)用在容性負(fù)荷的場(chǎng)合。并且可以進(jìn)行諧波濾除，起到濾波器的作用。但是實(shí)際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達(dá)到理論要求，而且由于開(kāi)關(guān)操作頻率不夠高等原因，還會(huì)向電網(wǎng)輸出諧波。STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2.3無(wú)功補(bǔ)償容量的確定無(wú)功補(bǔ)償裝置的用途就是為電網(wǎng)補(bǔ)償無(wú)功功率，但是對(duì)電網(wǎng)的無(wú)

38、功補(bǔ)償容量不是隨意的，需要根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況來(lái)確定，因此確定無(wú)功補(bǔ)償容量成為必不可少的步驟。確定無(wú)功補(bǔ)償容量最直接的方法就是從提高功率因數(shù)的需要來(lái)確定補(bǔ)償容量。如果補(bǔ)償線(xiàn)路有功功率為P1，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為cos1，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為cos2，則補(bǔ)償容量可以用下述公式計(jì)算： （2-9）上式中表示線(xiàn)路中需要的補(bǔ)償容量。對(duì)于補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos2的設(shè)定要適當(dāng)，通常設(shè)為0.91.0之間的某個(gè)合適的值，該值不宣設(shè)的過(guò)高。例如對(duì)于一個(gè)有功功率為100kw功率因數(shù)為075的待補(bǔ)償線(xiàn)路，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，按照式210計(jì)算所得的補(bǔ)償容量為39.8kvar，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.0，計(jì)算所得的補(bǔ)償

39、容量則為882lkvar，可以看出，在超過(guò)0.9的高功率因數(shù)下進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償其效益將顯著下降。所以可能的情況下可以將補(bǔ)償后功率因數(shù)適當(dāng)設(shè)置的低些。對(duì)于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償方式來(lái)說(shuō)，電力電容器組額定容量與其接線(xiàn)方式有關(guān)。對(duì)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(wǎng)頻率，f=50HZ U表示相電壓 KV C為單相電容器電容值F對(duì)于三相三角形接線(xiàn)的系統(tǒng)，線(xiàn)電壓等于相電壓，而對(duì)于三相星形接線(xiàn)的系統(tǒng)，線(xiàn)電壓等于相電壓的倍，對(duì)于同樣的電容器組三角形接線(xiàn)的無(wú)功出力是星形接線(xiàn)的3倍，這也是將并聯(lián)電容器組以三角形連接并聯(lián)于電網(wǎng)的原因。 第三章 無(wú)功功率與功率因數(shù)3.1 功率

40、因數(shù)功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)之一，通常使用COS表示。一個(gè)供電設(shè)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(jiàn)功率，但不是真實(shí)功率，它的真實(shí)功率是由視在功率和功率因數(shù)的乘積決定的。所以說(shuō)功率因數(shù)是一個(gè)非常重要的供電指標(biāo)，而視在功率是由有功功率的平方與無(wú)功功率的平方和，開(kāi)跟號(hào)得到的。視在功率確定后，有功功率分量高就稱(chēng)為功率因數(shù)高，有功功率分量低就稱(chēng)為功率因數(shù)低，有功功率和無(wú)功功率都是靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的，然而用電設(shè)備所需要的功率會(huì)因設(shè)備的感性和容性不同而不同，當(dāng)用電設(shè)備是感性時(shí)，用電設(shè)備的電壓會(huì)超前電流90；當(dāng)用電設(shè)備

41、是容性時(shí)，電流超前電壓90，兩個(gè)分量將在一條直線(xiàn)上，但方向相反，用電設(shè)備中感性的居多，所以這就需要一個(gè)容性的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償了。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差，通常用相位角的余弦來(lái)表COS示。COS稱(chēng)為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶(hù)用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為： (3-1) (3-2) COS功率因數(shù)；P有功功率，kW；Q無(wú)功功率,kvar；S視在功率,kVA；U用電設(shè)備的額定電壓,V；I用電設(shè)備的運(yùn)行電流,A。功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、

42、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。(1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低，都小于1。(2)瞬時(shí)功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時(shí)功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類(lèi)型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時(shí)刻在變化。(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計(jì)算公式為： (3-3) 3.2影響功率因數(shù)的因素功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功

43、率外，還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率P 一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q ，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q =0 時(shí)，則其功率因數(shù)1 。因此提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備 。異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)

44、行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響 。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠(chǎng)的無(wú)功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)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(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)

45、功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果3.3提高功率因數(shù)的意義 提高功率因數(shù)的意義由以上論述可以看出，要使發(fā)電廠(chǎng)和供電所更有效利用資源進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，就必須合理的進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率的分配，在無(wú)功功率配置合理的情況下，盡量的多發(fā)有功，減少無(wú)功功率的輸出。那就要提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。當(dāng)供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無(wú)功功率增大即功率因數(shù)的降低，就會(huì)引起：系統(tǒng)中輸送的總電流增大，使電氣元件，如變壓器、電抗器、導(dǎo)線(xiàn)等容量增大，從而擴(kuò)大了企業(yè)投資；由于無(wú)功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會(huì)增大供電設(shè)備的有功損耗；因?yàn)橄到y(tǒng)中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調(diào)壓困難；對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)

46、子溫度升高，發(fā)電機(jī)達(dá)不到預(yù)期出力；由于系統(tǒng)電流增大，系統(tǒng)電壓降低，會(huì)造成其他設(shè)備不能正常出力。所以，我們必須提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。3.3.2提高功率因數(shù)和無(wú)功補(bǔ)償企業(yè)的感性負(fù)荷大部分是異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)要消耗一定的無(wú)功功率，使得電動(dòng)機(jī)和輸電線(xiàn)路的電流增大，如果給電動(dòng)機(jī)增加就地補(bǔ)償電容，不但可以使線(xiàn)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(dòng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算公式，以供大家參考：設(shè)補(bǔ)償前電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率為Q1，補(bǔ)償電容器后的無(wú)功功率為Q2，則補(bǔ)償電容器的無(wú)功功率為: Qc=Q1-Q2=P1(tan1-tan2) (3-4) P1、P2為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)輸入

47、/輸出的有功功率；1、2為電容器補(bǔ)償前后的功率因數(shù)角。補(bǔ)償前的功率因數(shù)：cos1=(cose)1/k， （3-5）式中cose為電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)，可從產(chǎn)品目錄中查得，k為電機(jī)定子電流負(fù)載率，k=I1/Ie，其中I1為電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)定子電流（A），Ie為電機(jī)的額定電流（A）。補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不經(jīng)濟(jì)。 3.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б嬖诂F(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.700.85 之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%90%,如果把功

48、率因數(shù)提高到0.95 左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，提高電力系統(tǒng)有功輸送容量和供電能力，降低輸電線(xiàn)路因輸送無(wú)功功率造成的輸送線(xiàn)路損耗，節(jié)省投資，在有限的輸電網(wǎng)絡(luò)中最大可能地為用戶(hù)輸送更多地有功電能等幾個(gè)方面。 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。可見(jiàn)，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。 提高設(shè)備的利

49、用率。對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿(mǎn)足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。 降低系統(tǒng)的能耗補(bǔ)償前后線(xiàn)路傳送的有功功率不變，P= IUCOS，由于COS提高，補(bǔ)償后的電壓U2 稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析

50、問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2U1 從而導(dǎo)出I1COS1=I2COS2。即I1/I2= COS2/ COS1,這樣線(xiàn)損 P 減少的百分?jǐn)?shù)為：P%= (1-I22/I12)100%=（1- COS21/ COS22）100% （3-6）當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85 提高到0.95 時(shí)，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(wú)功補(bǔ)償?shù)木C合經(jīng)濟(jì)效益”中所寫(xiě)數(shù)據(jù)為例，按中山供電局電網(wǎng)的供電量，根據(jù)有代表性的五個(gè)1lOkV變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能計(jì)算，在l0kv系統(tǒng)裝設(shè)10000kvar集中補(bǔ)償，可在llOkV網(wǎng)絡(luò)中獲得年節(jié)電60萬(wàn)kwh電之利。如果在380v低壓系統(tǒng)中裝

51、設(shè)同樣多的無(wú)功補(bǔ)償，則在110kv及以下電網(wǎng)中，年節(jié)電量達(dá)80萬(wàn)kwh。這就等于給地方系統(tǒng)節(jié)省80萬(wàn)元電力建設(shè)資金。也就是說(shuō)，每降損1kwh，可節(jié)省電力建設(shè)費(fèi)1元。而給新用戶(hù)輸送的80萬(wàn)kwh年電量，不需增加運(yùn)行費(fèi),可以看出，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。 改善電壓質(zhì)量以線(xiàn)路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線(xiàn)路電阻和電抗為R、X,有功和無(wú)功為P、Q,則：電壓損失U 為：U=（PR+QX）/Ue10-3(KV) 。兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負(fù)荷P 產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無(wú)功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的。配電線(xiàn)路：X=（24）R，U 大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的。變壓器：X=（510）R， QX/Ue=(510) PR/ Ue 。變壓器U 幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的，可以看出，若減少無(wú)功功率 Q,則有利于線(xiàn)路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過(guò)3%）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來(lái)裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線(xiàn)損，調(diào)壓只是一個(gè)輔助作用。第四章 基于TSC的無(wú)功補(bǔ)償4.1 晶閘管投切電容器 概述 晶閘管投切電容器(thyristor switched capacitor，TSC)是一種利用晶閘管作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，它根據(jù)晶閘管能夠精確觸發(fā)的特性，快速平穩(wěn)地投入