配電網(wǎng)無功補償方式及效益分析

1、編號 1251401127 課程設(shè)計（ 2012級本科）題 目：配 電 網(wǎng) 無 功 補 償 方 式 及 效 益 分析 學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 馬 亮 指導(dǎo)教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 25 日 二零一五年六月二十五日河西學(xué)院本科生課程設(shè)計任務(wù)書設(shè) 計 題 目配電網(wǎng)無功補償方式及效益分析作 者 姓 名馬亮學(xué)院、專業(yè)、年級物電學(xué)院電氣工程專業(yè)12級指導(dǎo)教師姓名、職稱劉永科 副教授任務(wù)下達日期2015年5月20日一、設(shè)計的主要內(nèi)容無功補償意義；無功補償方式；無功補償效益分析等。二、設(shè)計依據(jù)國內(nèi)配電網(wǎng)三、論文的基本要求

2、1.論文要求書寫整齊，條理分明，表達正確、語言正確。2.論文要求內(nèi)容全面，豐富。四、論文(設(shè)計)進度安排階段論文（設(shè)計）各階段名稱起止日期1熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目及設(shè)計背景資料5.205.252查閱有關(guān)資料5.265.273閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料5.285.294書寫設(shè)計說明書5.306.155小組答辯質(zhì)疑6.216.226上交設(shè)計成果6.30五、需收集和閱讀的資料及參考文獻（指導(dǎo)教師指定）1靳龍章,丁毓山.電網(wǎng)無功補償實用技術(shù).北京：中國水利水電出版社，2009.2丁毓山.配電網(wǎng)無功優(yōu)化及無功補償裝置.北京：中國水利水電出版社，2010.3王兆安.諧波抑制和無功功率補償.北京：機械工業(yè)

3、出版社，2009.4張振榮，晉明武等。MCS51單片機原理及實用技術(shù).北京：人民郵電出版社，2008.5李林川，夏道止。電力系統(tǒng)電壓和網(wǎng)損優(yōu)化計算.北京：機械工業(yè)出版社，2011.6李潤先中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實用技術(shù)北京：中國電力出版社200119，11，147張睿，孟燕，吳德仁6-35KV配電網(wǎng)中性點接地方式探討2000年電氣網(wǎng)第七居全網(wǎng)大會論文集234-235.8工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組. 工廠常用電氣設(shè)備手冊（補充本）. 北京：水利電力出版1990.9江文、許慧中.供配電技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社,2005.10陳小虎.工廠供電技術(shù).北京：高等教育出版社,2001.11李友文、李爾學(xué).工廠

4、供電.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.12劉笙. 電氣工程基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社,2004.教 研 室 意 見 負責(zé)人簽名： 年 月 日 摘 要 隨著我國電力工業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對電力供電可靠性和供電質(zhì)量的要求也隨著我國電力工業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對供電可靠性和供電質(zhì)量的要求也越來越高。如何使配電網(wǎng)無功優(yōu)化、提高供電質(zhì)量、提高供電可靠性已成為電力部門面臨的實際問題。無功補償對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行具有重要作用，無功補償是電力企業(yè)追求經(jīng)濟效益的目標(biāo)之一。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償，不僅可以維

5、持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟運行。 Abstract With the rapid development of Chinas electric power industry, users requirement on power supply reliability and power quality also with the rapid development of Chinas electric power industry, user requirements to the power supply reliabilit

6、y and quality is also getting higher and higher. How to make the distribution network reactive power optimization, improve the power supply quality, improve the reliability of power supply has become the actual problem of the power sector. Reactive power compensation plays an important role in safet

7、y, quality and economic operation of power system, reactive power compensation is one of the goals of electric power enterprises to pursue economic benefits. Reactive power optimization and reactive power compensation in power system is an important part of the research on the safe and economic oper

8、ation of power system. By the power system without the rational allocation of reactive power and the optimum compensation of reactive load to the can not only maintain voltage level and improve the stability of power system operation, but also can reduce the active power loss and reactive power loss

9、, make power system safe and economic operation. 目錄摘 要1引 言31 無功及其對電網(wǎng)的影響42 無功補償及其作用52.1無功補償?shù)母拍?2.無功補償?shù)淖饔?3 無功補償及其分配74 我國目前無功補償?shù)姆绞郊斑m用場合84.變電站集中補償方式84.2 低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?94.3 桿上補償方式105 功率因數(shù)對無功補償?shù)挠绊?25.1 耗用無功功率的主要設(shè)備 12 5.2 供電電壓對功率因數(shù)的影響 125.3 電網(wǎng)頻率的波動對無功的影響。 136 發(fā)展趨勢147 無功補償?shù)男б?57.1 節(jié)省企業(yè)電費開支157.2 提高設(shè)備的利用率157.

10、3 降低系統(tǒng)的能耗 157.4 改善電壓質(zhì)量167.5 無功補償對考核指標(biāo)線損率的改善17（1）計算模型及方法17例118（2）無功補償經(jīng)濟效益分析19例2197.6 無功補償?shù)慕?jīng)濟分析207.7 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益比較21結(jié) 論23引 言 由于無功補償對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行具有重要作用，因此無功補償是電力部門和用戶共同關(guān)注的問題。合理選擇無功補償方案和補償容量，能有效提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低有功網(wǎng)損和較少發(fā)電費用。 我國配電網(wǎng)的規(guī)模巨大，因此配電網(wǎng)無功補償對降損節(jié)能，改善電壓質(zhì)量意義重大。本文結(jié)合當(dāng)前人們關(guān)注的電網(wǎng)無功補償問題，重點分析、比較

11、了配電網(wǎng)常用無功補償方案特點，并通過對無功補償應(yīng)用技術(shù)的分析，提出了配電網(wǎng)無功補償工程應(yīng)注意問題和相關(guān)建議。1 無功及其對電網(wǎng)的影響電源能量與感性負載線圈中磁場能量或容性負載電容中的電場能量之間進行著可逆的能量交換而占有的電網(wǎng)容量叫無功。它是交流電路中，電壓U與電流I存在一相角差時，電流流過容性電抗(XC)或感性電抗(XL)時所形成的功率分量。一方面，無功功率可以用來產(chǎn)生用電設(shè)備所需要的磁場，比如電動機等電感性設(shè)備。另一方面，這種功率在電網(wǎng)中會造成電（感性電抗時）或電壓升高（容性電抗時）和焦耳（電阻發(fā)熱）損失，卻不能做出有效的功。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定、電力設(shè)備安全運行以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響，

12、無功是影響電壓的一個重要因素。尤其對確定規(guī)模的電網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，無功過剩一方面會提高系統(tǒng)運行電壓，導(dǎo)致運行中的用電設(shè)備的運行電壓超出額定工況，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，也會影響線路傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸送容量下降，給電網(wǎng)運行調(diào)度帶來不利的影響。而系統(tǒng)無功不足時，一方面會降低電網(wǎng)電壓，另一方面，電網(wǎng)中傳送的無功功率還增加了電能傳輸時的網(wǎng)絡(luò)損耗，加大了電網(wǎng)的運行成本。因此，無功的合理調(diào)整在提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)損、操作電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性等方面具有極為重要的意義。2 無功補償及其作用2.1無功補償?shù)母拍顭o功要在電路中產(chǎn)生電流，這種電流稱之為電感電流。電感電流同樣會增加電氣線路和變壓設(shè)備

13、的負擔(dān)，降低電氣線路和變壓設(shè)備的利用率，增加電氣線路的發(fā)熱量。但沒有它，用電設(shè)備（特別是電動機等電感性設(shè)備）又不能正常工作。因此，就需要找一種電器件接在線路上，這個器件在同一電源下，所產(chǎn)生的電流與電感電流方向相反，可以用來抵消電感電流。這樣，既不影響電動機產(chǎn)生磁場，又能消除或減少線路上的電感電流，這種電容器就叫補償電容器，也叫電力電容器, 它在線路上的電流正好與電感電流相反。只要在線路上接的電容數(shù)量與負載的電感分量向匹配，他產(chǎn)生的電容電流就能非常有效地消除或減少線路上的電感電流，也就是消除或減少負載向電網(wǎng)吸取無功功率。這樣就能減少電氣線路和變壓設(shè)備的負擔(dān)，提高電氣線路和變壓設(shè)備的利用率，降低電

14、氣線路的發(fā)熱量。這種在電氣線路上安裝補償電容器以減少無功功率方式就稱為無功補償。2.無功補償?shù)淖饔秒S著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無功嚴重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時，就可能在電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。合理的無功補償點的選擇以及補償容量的確定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功的遠距離傳輸，從而

15、降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費用。采用無功補償可以收到以下效果： 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。 改善供電品質(zhì)，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(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。 延長設(shè)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(guān)等機器設(shè)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10C，壽命可延長1倍） 最終滿足電力系統(tǒng)對無功補償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因為功率因數(shù)過低而產(chǎn)生的罰款。3 無功補償及其分配 無功補償，就其概念

16、而言早為人所知，它就是借助于無功補償設(shè)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(zhì)量。無功補償?shù)暮侠砼渲迷瓌t，從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。 （1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。（2）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。（3）電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。 在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率約占5060，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)

17、中的輸送，要盡可能地實現(xiàn)就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。（4）分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散為主。 集中補償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補償為主。4 我國目前無功補償?shù)姆绞?/p>

18、及適用場合目前，國內(nèi)電網(wǎng)采用的無功補償技術(shù)主要有：變電站集中補償方式、低壓集中補償方式、桿上無功補償方式和用戶終端分散補償方式。4.變電站集中補償方式 針對輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進行集中補償（如圖1的方式1），補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補償主變的無功損耗。這些補償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，因此具有管理容易、維護方便等優(yōu)點，但是這種方案對電網(wǎng)的降損起不到什么作用。 圖1配電網(wǎng)系統(tǒng)各種無功補償方式示意圖為了實現(xiàn)變電站的電壓控制，通常無功補償裝置（一般是并聯(lián)電容器組）結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來調(diào)節(jié)。通過兩者的協(xié)調(diào)來

19、進行電壓/無功控制在國內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，九區(qū)圖便是一種變電站電壓/無功控制的有效方法。然而操作上還是較為麻煩的，因為由于限值需要隨不同運行方式進行相應(yīng)的調(diào)整；在某些區(qū)上會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；而且由于實際操作中抽頭調(diào)節(jié)和電容器組投切次數(shù)是有限的，但九區(qū)圖沒有相應(yīng)的判斷。而現(xiàn)行九區(qū)圖的調(diào)節(jié)效果也不是數(shù)學(xué)上證明的最好效果，因此九區(qū)圖的應(yīng)用還有待進一步改善。 用模糊數(shù)學(xué)的概念建立了數(shù)學(xué)模型，得出了模糊邊界的無功調(diào)節(jié)判據(jù)，它的特點是將九區(qū)圖中固定的無功上下限邊界改變成受電壓影響的模糊邊界，其邊界的斜率可根據(jù)具體的投切邊界條件進行調(diào)整。所設(shè)計的一種新型的變電站電壓無功微機綜合控制裝置，在保證電壓合格和無功

20、最佳補償效果的情況下，有載變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)比同類裝置或人工調(diào)節(jié)約減少1/3，提高了變電站電壓合格率，線損降低20%左右。 4.2 低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒ㄌ岣吖β室驍?shù)的主要方法是采用低壓無功補償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。（1）隨機補償 隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，

21、維護簡單、事故率低等。（2）隨器補償 隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負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荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費單價的增加。隨器補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。（3）跟蹤補償 跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4KV母線

22、上的補償方式。適用于100KVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補償方式。 目前國內(nèi)較普遍采用的另外一種無功補償方式是在配電變壓器380V側(cè)進行集中補償（如圖1的方式2），通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，根據(jù)用戶負荷水平的波動投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進行電容器的自動投切的，也有為了保證用戶電壓

23、水平而以電壓為判據(jù)進行控制的。這雖然有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對電力系統(tǒng)并不可取。因為雖然線路電壓的波動主要由無功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時，無功的投切量可能與實際需求相去甚遠，出現(xiàn)無功過補償或欠補償。 對配電系統(tǒng)來說，除了專用變之外，還有許多公用變。而面向廣大家庭用戶及其他小型用戶的公用變壓器，由于其通常安裝在戶外的桿架上，進行低壓無功集中補償則是不現(xiàn)實的：難于維護、控制和管理，且容易成為生產(chǎn)安全隱患。這樣，電網(wǎng)的補償度就受到了限制。 4.3 桿上補償方式 資料中提出了進行配電系統(tǒng)桿上無功補償?shù)谋匾院头椒?。由于電網(wǎng)中大量存在的公用變壓器沒有

24、進行低壓補償，使得補償度受到限制。由此造成很大的無功缺口需要由變電站或發(fā)電廠來填，大量的無功沿線傳輸使得電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下。因此可以采用 10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進行無功補償（如圖1的方式 3），以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電站，容易出現(xiàn)保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。 顯然，桿上無功補償主要是針對10kV饋線上沿線的公用變所需無功進行補償，資料中提出了這種補償方式的最優(yōu)地點和容量的算法。因其具有投資小，回收快，補償效率較高，便于管理和維護等優(yōu)點，適合于功率因數(shù)較低且

25、負荷較重的長配電線路，但是因負荷經(jīng)常波動而該補償方式是長期固定補償，故其適應(yīng)能力較差，主要是補償了無功基本負荷，在線路重載情況下補償度一般是不能達到0.95。應(yīng)該開發(fā)電容器組能自動投切的桿上自動無功補償技術(shù)。 4.4用戶終端分散補償方式 目前在我國城鎮(zhèn)，低壓用戶的用電量大幅增長，企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功需求都很大，直接對用戶末端進行無功補償（如圖1的方式4）將最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GB50052-1995）指出，容量較大，負荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無功負荷宜單獨就地補償。故對于企業(yè)和廠礦中的電動機，應(yīng)該進行就地?zé)o功補償，即隨機補償；針對小區(qū)用戶終端，由

26、于用戶負荷小，波動大，地點分散，無人管理，因此應(yīng)該開發(fā)一種新型低壓終端無功補償裝置，并滿足以下要求：智能型控制，免維護；體積小，易安裝；功能完善，造價較低。5 功率因數(shù)對無功補償?shù)挠绊懝β室驍?shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q0時，則其力率1。因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。5.1 耗用無功功率的主要設(shè)備 異步電動機的定子與轉(zhuǎn)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

27、加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)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(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)空載運行或長其處于低負載運行狀態(tài)。5.2 供電電壓對功率因數(shù)的影響 當(dāng)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(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)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(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(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。5.3 電網(wǎng)

28、頻率的波動對無功的影響。 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)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。6 發(fā)展趨勢隨著電力電子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響，無功補償?shù)陌l(fā)展趨勢主要有以下幾點： 在城網(wǎng)改造中，運行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時加裝無功補償控制器和配電綜合測試儀，因此提出了無功補償控制器和配電綜合測試儀的一體化的問題。 快速準(zhǔn)確地檢測系統(tǒng)的無功參數(shù)，提高動態(tài)響應(yīng)時間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況(如大的沖擊負荷或負荷波動較頻繁的場合)。隨著計算機數(shù)字控制技術(shù)和

29、智能控制理論的發(fā)展，可以在無功補償中引入一些先進的控制方法，如模糊控制等。 目前無功補償技術(shù)還主要用于低壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)由于受到晶閘管耐壓水平的限制，是通過變壓器降壓接入的，如用于電氣化鐵道牽引變電所等。研制高壓動態(tài)無功補償?shù)难b置則具有重要意義，關(guān)鍵問題是要解決補償裝置晶閘管和二極管的耐壓，即多個晶閘管元件串聯(lián)及均壓、觸發(fā)控制的同步性等。 由單一的無功功率補償?shù)骄哂袨V波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負荷中含有大量諧波。研制開發(fā)兼有無功補償與電力濾波器雙重優(yōu)點的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段

30、。7 無功補償?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)的無功功率約占消耗有功功率的6090，如果把功率因數(shù)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(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。7.1 節(jié)省企業(yè)電費開支 提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)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(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的

31、經(jīng)濟意義。7.2 提高設(shè)備的利用率 對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對尚處于設(shè)計階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費用，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。7.3 降低系統(tǒng)的能耗 補償前后線路傳送的有功功率不變，PIUCOS，由于COS提高，補償后的電壓

32、U2稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2U1從而導(dǎo)出I1COS1I2COS2。即I1I2COS2COS1，這樣線損P減少的百分數(shù)為：P（1I22I12）100（1COS2COS1）100當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85提高到0.95時，由（2）式可求得有功損耗將降低2045。7.4 改善電壓質(zhì)量 以線路末端只有一個集中負荷為例，假設(shè)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（PRQX）UE103（KV）兩部分損失：PRUE輸送有功負荷P產(chǎn)生的；QXUE輸送無功負荷Q產(chǎn)生的；配電線路：X（24）R，U大部分為輸送無功負荷Q產(chǎn)生的變壓器：X（510）RQXUE（510）

33、PRUE變壓器U幾乎全為輸送無功負荷Q產(chǎn)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(wěn)定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟的，對于無功補償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個輔助作用。三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：SPCOS1【（COS2COS1）1】如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數(shù)為0.857，補償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（1550.857）【（0.967

34、0.857）1】24KVA 無功補償作為電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的一個重要手段，一直受到高度的重視。它對提高系統(tǒng)電壓水平、降低線路損耗、改善電廠功率因數(shù)、增強系統(tǒng)穩(wěn)定起著十分重要的作用。7.5 無功補償對考核指標(biāo)線損率的改善無功補償由于提高電壓，減少了線路上的無功流動，降損效果明顯。線損率為線損電量占供電量的百分數(shù)，它是供電局的一個重要考核指標(biāo)。無功補償對改善考核指標(biāo)線損率效果明顯，但精確計算無功補償后線損率的改變，計算量大、且無必要。本文推薦一種無功補償后線損率變化的簡單、有效的計算方法，用于衡量無功補償對考核指標(biāo)線損率的改善。（1）計算模型及方法 在電力網(wǎng)的實際運行中，用電能表計量統(tǒng)計出的供電量

35、和售電量之差得到的線損電量，稱為統(tǒng)計線損電量。在統(tǒng)計線損電量中，有一部分是電能在輸、變、配過程中不可避免的，其數(shù)值由相應(yīng)時段內(nèi)運行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)決定，如輸電線路、變壓器繞組、電容器的絕緣介質(zhì)損耗等，這部分損耗電量習(xí)慣稱“技術(shù)線損電量”；另一部分是由于管理工作上的原因造成的，如電能表誤抄、無表用電等，這部分電量習(xí)慣稱為“管理線損電量”1。無功補償主要降低技術(shù)線損中的高壓線損電量，本文就是利用損失因數(shù)法計算這一部分線損變化。對于某電力網(wǎng)，增加無功補償QC后，線損功率下降值為Pmax。則降損電量 E=PmaxFt(1)F=Par/Pmax式中Pmax-最大負荷降損功率；Par-線損計算時段內(nèi)的平均功

36、率損失；F-損失因子；t-電容器投運時間。 （2） 對于式(2)中的電流平方的平均值I2rms，一般以典型日負荷曲線計算即可線損率 =E/E （3）例1以1997年度湖北電網(wǎng)無功補償為例。潮流和優(yōu)化計算程序采用電力科學(xué)研究院的潮流計算綜合程序和最優(yōu)潮流與最優(yōu)無功補償程序，計算方式為豐水期大方式。1997年度湖北電網(wǎng)計算負荷為6550MW，規(guī)劃補償容量200Mvar。計算表明，線損功率由201MW下降到補償后的175MW，降低了26MW。根據(jù)調(diào)度部門提供的日負荷曲線，由式(3)可得I2rms=(1/24)I21 I22 I224=(1/24)0.7652 0.762 0.762 0.6952 0

37、.762 0.772 0.82 0.912 0.942 0.952 0.932 0.782 0.802 0.822 0.812 0.822 0.822 0.832 0.902 12 0.992 0.982 0.912 0.8620.6987271電容器投運率以40%計算，電容器投運時間為t=3652440%3504h由式(1)可得全年節(jié)省電量E=(201-175)0.6987271350463654.4MW.h高壓線損電量E=2010.6987271365241.23TW.h負荷消耗電量E=65500.69872713652440.09TW.h故高壓線損率1=E/E=1.23/40.09=3%

38、電容補償后，降損率2=E/E=0.06365/40.09=0.1587%由以上計算可知，高壓線損為3%，通過補償后，使其下降0.16個百分點，其意義重大不言而喻。（2）無功補償經(jīng)濟效益分析隨著市場經(jīng)濟的深化，目前各項投資都進行經(jīng)濟效益評估。無功補償對提高電壓水平、改善潮流分布、增強系統(tǒng)穩(wěn)定作用明顯，但其經(jīng)濟效益如何，尚不得而知。下面將在以上線損計算的基礎(chǔ)上，對無功補償經(jīng)濟效益進行分析。 無功補償經(jīng)濟效益來源于降損節(jié)能，投資的年收益P為節(jié)省電量所得收益扣除折舊費Z和維護費W的盈余。用以下公式計算P=(E-EQ)-Z-W(4)式中E-降損電量；EQ-電容器的耗電量；-電價。其中，降損電量E可由式(

39、1)計算，電容器的耗電量EQ由EQ=QCt(5)式中QC-無功補償容量；t-電容器投運時間；-無功補償設(shè)備損耗功率占補償容量的比例，對于電容器補償取0.5%，采用調(diào)相機取3%。得到年收益P后，就可求得衡量投資經(jīng)濟效益的一個重要指標(biāo)，投資回收期S，它是指建設(shè)項目自建成投產(chǎn)之日起，實際累計提供的盈利總額達到該項目建設(shè)耗用的投資總額之日止，所經(jīng)歷的全部時間2。其計算公式為S總投資/年收益(6)例2仍以1997年度湖北電網(wǎng)無功補償為例。已求得降損電量E為63654.4MW.h，電容器的年耗電量EQ由式(5)可得EQ=20087600.40.5%3504MW.h電容補償投資以10萬元/Mvar計算，總投

40、資為102002000萬元年折舊費按折舊率10%計算為200010%200萬元運行維護費按2%計算，則年運行維護費為20002%40萬元供電單價以0.30元/(kW.h)計算，由式(4)可得P=0.30(6365.44-350.4)-200-401564.512萬元投資回收期為S=2000/1564.5121.278可見，無功補償?shù)慕?jīng)濟效益十分明顯。本文推薦的這種計算無功補償降損效果及無功補償經(jīng)濟效益評估的簡單、有效算法，可迅速、準(zhǔn)確地計算無功補償對考核指標(biāo)降損率的改善及無功補償工程良好的投資效益，對電網(wǎng)無功補償工作有較大的推動作用。7.6 無功補償?shù)慕?jīng)濟分析（1） 以一家普通工業(yè)用電用戶為例

41、，配變?nèi)萘浚?00Kva；有功功率：p=70kw：功率因數(shù)：cos=0.7；每日（按10小時）用電量為：700kw.h（2） 該用戶未安裝無功補償裝置時，根據(jù)電價手冊規(guī)定，普通工業(yè)用電的功率因數(shù)為0.7時，應(yīng)增收7.5的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費。如果電能電費按年平均值0.54元/kw.h,則該用戶每天增加的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費為0.54*700*7.528.35（元）；即供電部門對該用戶加收的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費為28.35元。（3） 如果該用戶安裝無功補償裝置，功率損耗將明顯減少，有功或無功電能都是靠各電壓等級的線路輸送的，在輸送電能的過程中，線路上都有功率損耗。為簡化計算程序，采用無功補償經(jīng)濟當(dāng)量來計算無

42、功補償?shù)慕?jīng)濟效益，即每安裝1kvar的補償電容，相當(dāng)于降低了多少kw的有功損耗。查有關(guān)資料知，各種電壓等級的無功補償經(jīng)濟當(dāng)量和該用戶補償后的降損功率表所示。表各電壓等級下的無功補償經(jīng)濟當(dāng)量和補償后的功率損耗電壓（kv）0.381035經(jīng)濟當(dāng)量（kw/kvar）0.150.0060.017補償后降損功率（kw）4.251.700.48從以上數(shù)據(jù)可知，該用戶每天在35、10、0.38kv線路上減少的有功功率損耗總和為：4.25+1.70+0.486.43KW；每天減少的損耗電量為：6.43*1064.30kw.h；每天減少損耗電費為：0.54*64.3034.72元。（4）該用戶每天減少損耗的有功電量占每天供電量的比例為：64.30（700+64.30）0.08418.41（5）該用戶如果按規(guī)定，將現(xiàn)有的用電功率因數(shù)從0.7提高到0.85，需安裝電容0.4kvar/kw,70kw共需安裝電容容量為0.4*7028kvar.按目前市場上價格，55元/kvar計，購2