無功補(bǔ)償及電網(wǎng)測(cè)試

1、無功補(bǔ)償及電網(wǎng)測(cè)試清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021問題什么是無功功率，它是怎樣產(chǎn)生的？無功功率為什么要進(jìn)行補(bǔ)償？怎么補(bǔ)償？目前無功補(bǔ)償方面有哪些主要的技術(shù)和產(chǎn)品？怎么進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)和選型？電網(wǎng)測(cè)試的目的是什么？其內(nèi)容包括哪些方面？我公司目前進(jìn)行電網(wǎng)測(cè)試的手段主要有哪些？清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021第一部分無功補(bǔ)償技術(shù)清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021 任意一兩端無源網(wǎng)絡(luò)如圖所示。設(shè)電壓和電流分別為則瞬時(shí)功率pr在一周期內(nèi)的平均值為px在一周期內(nèi)的平

2、均值為0。Pr即為電路消耗的有功功率，用P表示； px這一部分電流不消耗有功功率，但它要占用電源的視在功率，即電源的發(fā)電能力，其幅值為 ，該值定義為電路的無功功率Q。對(duì)于感性負(fù)載而言，這一部分電流是在電源與負(fù)載中的電感之間交換，用于建立磁場(chǎng)，儲(chǔ)存于電感中；而對(duì)于容性負(fù)載，它在電源與電容之間交換，用于建立電場(chǎng)，儲(chǔ)存于電容中。 1. 交流電路的無功功率清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20212. 無功功率的計(jì)算有功功率是一個(gè)平均值，無功功率是一個(gè)交換功率的幅值。在電路中將u（t）與I（t）的有效值之積定義為視在功率S，S=UI=P2+Q2P=ScosQ=Ssi

3、n功率因數(shù)PF= cos=P/S感性無功符號(hào)為正，或者說感性負(fù)荷吸收無功功率。容性無功符號(hào)為負(fù)，或者說容性負(fù)荷供給無功功率。功率三角形：清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20213. 無功功率對(duì)電網(wǎng)的影響 無功功率在電力網(wǎng)元件之間流動(dòng)，將會(huì)在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)的線損率。清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20213.1 無功負(fù)荷對(duì)電壓損耗的影響清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20213.2 無功負(fù)荷對(duì)電力網(wǎng)線損的影響清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究

4、所Friday, September 3, 20214. 無功補(bǔ)償無功功率不能遠(yuǎn)距離輸送有功功率損耗電壓損耗因此：需要就地設(shè)置除發(fā)電機(jī)外的其它無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求，稱：無功補(bǔ)償清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20215. 無功補(bǔ)償?shù)脑硌a(bǔ)償前：Q，S，cos補(bǔ)償容量：Qc補(bǔ)償后：Q ，S，cos清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20216. 無功補(bǔ)償?shù)谋匾怨さV企業(yè)大量應(yīng)用三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，由于該種電機(jī)的特性，其額定功率因數(shù)不超過0.89，且隨著負(fù)載的降低，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也隨之下降。一般工礦企業(yè)的功率因數(shù)為0.65

5、0.84。這樣就有大量的無功功率（無功電流）在企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)中流動(dòng)，造成的有功損耗是非常大的，也增加了電網(wǎng)、變壓器的負(fù)荷。所以應(yīng)采取措施，改善企業(yè)中異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，節(jié)約電能。補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)的補(bǔ)償壓力，而且可以提高配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，降低線損。 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20217. 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x1）提高發(fā)供電設(shè)備效率無功補(bǔ)償后，可使補(bǔ)償點(diǎn)以前的輸配電線路和變壓器中通過的無功電流減少，從而使線路和變壓器的供電能力增加。2）降低有功損耗 3）提高供電電壓質(zhì)量 4）減少用電貼費(fèi) 清華大學(xué)電機(jī)系電力

6、系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218. 無功補(bǔ)償技術(shù)分類無功補(bǔ)償技術(shù)包括同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器（濾波器）、機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)投切電容器、靜止無功補(bǔ)償裝置、有源濾波器等。 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218.1 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)就是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，通過改變勵(lì)磁電流的大小，可以控制它從電網(wǎng)中吸收無功功率或是輸出無功功率。它可以連續(xù)、快速地調(diào)整無功出力，對(duì)于保持與維護(hù)電力系統(tǒng)無功靜態(tài)穩(wěn)定的作用好。但是它價(jià)格較貴，有功損耗大，噪音大，運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用高，而且它沒有能力去穩(wěn)定沖擊性無功功率的變動(dòng)，更沒有能力消除高次諧波電流。 清華

7、大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218.2 靜電電容器清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218.3機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)投切電容器電容器組投入瞬間有沖擊電流，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過電壓和過電流現(xiàn)象，投切時(shí)有火花，而且當(dāng)系統(tǒng)中有諧波存在時(shí)容易造成過諧振，對(duì)電容器的運(yùn)行壽命很不利，不能頻繁投切 。清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218.4 靜止無功補(bǔ)償器（SVC）是指凡是能夠以無機(jī)械傳動(dòng)部件而達(dá)到提供無功出力的裝置，它是由電容器和晶閘管等部件組合而成的 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, S

8、eptember 3, 20218.5 有源濾波器向系統(tǒng)中注入與諧波源產(chǎn)生的諧波幅值相同單相位相反的諧波電流或電壓使用可關(guān)斷的電力電子元件造價(jià)高電壓型有源濾波器帶直流儲(chǔ)能電容器 采用電壓源逆變器 (VSI).電流型有源濾波器直流側(cè)采用電抗器采用電流型逆變器 (CSI).清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20219. 靜止無功補(bǔ)償器分類1） 可控飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置CSR2） 自飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置SSR3） 晶閘管控制電抗器式靜補(bǔ)裝置TCR4） 晶閘管投切電容器式靜補(bǔ)裝置TSC5） 晶閘管控制電抗器和投切電容器的混合式靜補(bǔ)裝置其中TCR和TSC響應(yīng)速度快、損

9、耗小、控制靈活，可靠性高，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 202110. SVC技術(shù)所包含的類型晶閘管控制SVC的結(jié)構(gòu)型式(a)TCR (b)TSC (c)TSR (d)TCR/TSC (e)TCT清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 202111. TCR裝置的典型接線和特性TCR裝置典型應(yīng)用線路帶電容器的TCR輸出特性清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 202112. TSC裝置的典型接線和特性TSC型靜補(bǔ)裝置基本電路圖TSC輸出特性主回路中串聯(lián)電抗器的作用：抑

10、制浪涌電流濾除系統(tǒng)中的部分諧波清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 202113. 補(bǔ)償容量計(jì)算（1）已知：視在功率S（變壓器容量）目前功率因數(shù)PF補(bǔ)償后要達(dá)到的功率因數(shù)：PF補(bǔ)償容量QC：清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 202114. 補(bǔ)償容量計(jì)算（2）已知：有功功率S（負(fù)荷功率）目前功率因數(shù)PF補(bǔ)償后要達(dá)到的功率因數(shù)：PF補(bǔ)償容量QC：清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021第二部分電網(wǎng)測(cè)試清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021電能質(zhì)量：公用電

11、網(wǎng)供應(yīng)到用戶受電端的電能品質(zhì)的優(yōu)劣 程度。通常用電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量來衡量。衡量指標(biāo)： 供電頻率允許偏差 供電電壓允許偏差 供電電壓波動(dòng)和閃變 供電三相電壓允許不平衡度 供電電壓正弦波形畸變率1. 電能質(zhì)量清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021 非線性負(fù)荷 諧波源 閃變?cè)?各種瞬變過程 不同的變流裝置2. 電能質(zhì)量問題的根源清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20213. 電能質(zhì)量問題的分類（1）電壓質(zhì)量問題：影響用戶設(shè)備正常運(yùn)行的不理想的系統(tǒng)電壓閃變瞬時(shí)過電壓、跌落諧波、畸變各相電壓不平衡等電流質(zhì)量問題：電力電子設(shè)備等非

12、線性負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的電流畸變流入電網(wǎng)的諧波電流無功、不平衡負(fù)荷電流低頻負(fù)荷變化造成的閃爍等 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20214. 電能質(zhì)量問題的分類（2）穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)樘卣鳎饕ㄖC波、間諧波、波形下陷以及噪聲等；動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題通常以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時(shí)間為特征，分脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類。 主要體現(xiàn)為電壓質(zhì)量問題電壓跌落占其中很大的比例幾種動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題的示意圖波形 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20215. 電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題電力系統(tǒng)元件存在的電能質(zhì)量問題用電負(fù)荷存在的電能質(zhì)量問題清

13、華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20215.1. 電力系統(tǒng)元件存在的電能質(zhì)量問題電力系統(tǒng)元件存在的電能質(zhì)量問題發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波 變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的諧波 直流輸電產(chǎn)生的諧波輸電線路對(duì)諧波的放大作用變電站并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置對(duì)諧波的影響大的諧波用戶產(chǎn)生的諧波沒有得到很好的治理（特別是電氣化鐵道）大量小用戶和民用負(fù)荷產(chǎn)生的諧波不經(jīng)治理直接注入系統(tǒng)系統(tǒng)變電站的補(bǔ)償電容器串聯(lián)電抗器參數(shù)的選擇不合理 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20215.2. 用電負(fù)荷存在的電能質(zhì)量問題產(chǎn)生諧波的負(fù)荷產(chǎn)生諧波的負(fù)荷 各類采用直流或交流變流器傳動(dòng)

14、的軋鋼機(jī)、軋管機(jī)、壓延機(jī)負(fù)荷；采用整流器供電的直流電弧爐負(fù)荷；采用交流供電的交流電弧爐負(fù)荷；整流供電的電解負(fù)荷；電氣化鐵道機(jī)車負(fù)荷；城市的地鐵、電車；各類交直流電源；各類電焊機(jī)、縫焊機(jī)負(fù)荷；計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、日光燈、充電器等 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20215.3. 用電負(fù)荷存在的電能質(zhì)量問題引起無功沖擊和電壓波動(dòng)的負(fù)荷引起無功沖擊和電壓波動(dòng)的負(fù)荷各類采用直流或交流變流器傳動(dòng)的軋鋼機(jī)、軋管機(jī)、壓延機(jī)負(fù)荷；采用整流器供電的直流電弧爐負(fù)荷；采用交流供電的交流電弧爐負(fù)荷；各類電焊機(jī)、縫焊機(jī)負(fù)荷；頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday,

15、 September 3, 20215.4. 用電負(fù)荷存在的電能質(zhì)量問題產(chǎn)生電壓閃變的負(fù)荷產(chǎn)生電壓閃變的負(fù)荷交流供電的交流電弧爐直流供電的直流電弧爐電焊機(jī) 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20216. 典型非線性負(fù)荷的電能質(zhì)量特性整流電源與直流傳動(dòng)清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021交流電弧爐負(fù)荷無功沖擊特性諧波特性電壓閃變特性負(fù)序特性運(yùn)行特性電爐額定運(yùn)行工況下一相斷電流，只有兩相電極有電流；一相電極處于正常運(yùn)行，另兩相電極發(fā)生短路。實(shí)測(cè)表明，電弧爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生的負(fù)序電流可達(dá)其額定電流的40%左右 清華大學(xué)電機(jī)系

16、電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021直流電弧爐無功沖擊特性諧波特性電壓閃變特性負(fù)序特性運(yùn)行特性三相負(fù)荷基本平衡，負(fù)序電流減少；諧波分量減少；隨著整流器相數(shù)的增加，諧波的頻譜向高次方向移動(dòng)；產(chǎn)生的無功功率沖擊略為同容量交流電弧爐的50% ；直流電弧比交流電弧更加穩(wěn)定，因此，直流電弧爐引起的電壓閃變較小 清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 2021循環(huán)變流器（交交變頻器）負(fù)荷無功沖擊特性諧波特性運(yùn)行特性清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20217. 電網(wǎng)電能質(zhì)量測(cè)試手段測(cè)試方法：以一定的采樣頻率記錄一段時(shí)間電壓、電流數(shù)據(jù)軟件分析得出結(jié)論清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所Friday, September 3, 20218. 測(cè)試工具電力錄波儀：型號(hào)：H8861通道數(shù)：32最大測(cè)試電壓：DC500V最大測(cè)試電流：AC500A最高采樣頻