無功補(bǔ)償及TSC裝置

無功補(bǔ)償及TSC報告人:2006.10.14無功補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)知識交流電的概念無功功率的概念無功補(bǔ)償?shù)囊饬x補(bǔ)償器的發(fā)展歷史交流電的概念交流電：方向和強(qiáng)度作周期性變化的電流稱為交流電。最常見的是正弦波。直流電：方向不變的電流稱為直流電。交流電正弦交流電的基本概念交流電產(chǎn)生原理初相正弦量的三要素幅值角頻率正弦量的相位關(guān)系幾種典型的相位關(guān)系超前同相反相正交正弦量的向量表示法正弦量的向量表示法瞬時功率的含義：當(dāng)電壓和電流在關(guān)聯(lián)參考方向下時，上式表示元件吸收的功率。即當(dāng)計算的到的p如果是一個大于零的數(shù)，則表示實際的元件吸收功率；而當(dāng)計算得到的p是一個小于零的數(shù)時，則表示元件發(fā)出功率。正弦交流電路中的電阻元件正弦交流電路中的電感元件正弦交流電路中的電容元件電阻元件的功率電感元件的功率電容元件的功率R、L、C并聯(lián)電路R、L、C串聯(lián)電路正弦交流電路中的功率瞬時功率：有功功率：無功功率：視在功率：無功功率理論的研究及發(fā)展第一類：適用于諧波和無功功率的辨識第二類：適用于諧波和無功功率的補(bǔ)償?shù)谌悾哼m用于儀表和電能的管理和收費功率因素的提高電源設(shè)備的容量不能得到充分的利用增加線路上的功率損耗和電壓降低提高功率因素的意義時輸出為0.9*800＝720kVA時輸出為0.9*800＝720kVA三相（正弦）交流電路三相交流電三相（正弦）交流電路對稱三相電路定義：幅值相等，相角依次相差120°表示成相量形式為：無功功率的物理意義三相電路中的無功功率無功能量在電源和負(fù)載間流動，同時也可以證明各相的無功功率的瞬時值之和在任何時刻都為零。無功補(bǔ)償?shù)囊饬x一個典型的工業(yè)電網(wǎng)簡化電路圖：

通常工業(yè)負(fù)荷為感性，功率因數(shù)是衡量電阻式電抗占總阻抗的比值，功率因數(shù)一般在0.4～0.85，電力系統(tǒng)要求CosФ>0.9。為什么要補(bǔ)償？因為電容電流和電感電流在相同電壓作用下方向相反，如電感阻抗和電容阻抗相同，它們的大小也相同，因此電容電流可以抵消電感電流，系統(tǒng)中就不存在感性電流。無功補(bǔ)償?shù)哪康模簯?yīng)在于不讓感性電流流入系統(tǒng)。無功補(bǔ)償?shù)囊饬x無功補(bǔ)償無功電流流入系統(tǒng)，增加線路損耗無功補(bǔ)償?shù)霓k法由于電容電流與電感電流的方向相反，所以增加電容，來補(bǔ)償電感的無功電流，當(dāng)電容電流和電感電流相等時，無功電流就不會流入系統(tǒng)，達(dá)到了無功補(bǔ)償?shù)哪康?。無功功率的影響（1）增加設(shè)備容量無功功率的增加，會導(dǎo)致電流的增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時，電力用戶的啟動及其控制設(shè)備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大。

（3）增加了變壓器帶載容量

（2）設(shè)備及其線路損耗無功功率的增加，使總電流增加，因而使設(shè)備及其線路的損耗增加。（3）增加了變壓器帶載容量

使線路及變壓器的電壓增加，如果是沖擊性無功功率負(fù)載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動，使供電質(zhì)量降低。補(bǔ)償器的發(fā)展歷史無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展概況最早采用同步調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償。固定電容器靈活性差，同步調(diào)相機(jī)成本高，現(xiàn)在基本上已不采用；利用機(jī)械觸點開關(guān)（接觸器）投切電容器進(jìn)行補(bǔ)償；利用半控型開關(guān)，采用相控觸發(fā)技術(shù)，（如：可控硅）投切電容器或電感進(jìn)行補(bǔ)償；采用全控型開關(guān)、基于PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)的新型靜止無功功率補(bǔ)償器；采用逆變器結(jié)構(gòu)的無功功率補(bǔ)償器（ASVG）。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的原理補(bǔ)償前補(bǔ)償后欠補(bǔ)償及過補(bǔ)償全補(bǔ)償欠補(bǔ)償過補(bǔ)償并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式1、集中補(bǔ)償：電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或變電所的6～10kV的母線上，用來提高變電所的功率因數(shù)?？梢詼p少高壓線路的無功損耗，而且能提高變電所的供電電壓質(zhì)量。2、分組補(bǔ)償：將電容器組分別裝設(shè)在功率因素較低的車間或村鎮(zhèn)終端變電所高壓或低壓母線上，也稱分散補(bǔ)償。該方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點，只是無功補(bǔ)償?shù)娜萘亢头秶鄬^小但是分散補(bǔ)償?shù)男Ч容^明顯，使用較為普遍。3、就地補(bǔ)償：將電容器組裝設(shè)在感性負(fù)載的附近，也稱單獨補(bǔ)償或個別補(bǔ)償。該方式即可以提高供電設(shè)備和供電回路的功率因數(shù)也可以改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小設(shè)備十分適用。近年來，已經(jīng)有許多的應(yīng)用實例。并聯(lián)電容補(bǔ)償容量的計算電容器的補(bǔ)償容量與采用的方式的補(bǔ)償方式、未補(bǔ)償時的負(fù)載情況、電容器接法等有關(guān)。1、集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償時的電容容量計算變電所月最大有功負(fù)載月平均負(fù)載率，一般取0.7～0.8補(bǔ)償前的功率因數(shù)角補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，一般取0.9～0.95并聯(lián)電容補(bǔ)償容量的計算2、就地補(bǔ)償?shù)碾娙萑萘坑嬎銌闻_異步電動機(jī)裝有就地補(bǔ)償電容器時，若電動機(jī)突然與電源斷開，電容器將對電動機(jī)放電而產(chǎn)生自勵現(xiàn)象。如果補(bǔ)償電容的容量較大，可能因電動機(jī)慣性而產(chǎn)生過電壓，導(dǎo)致電動機(jī)損壞。因此電容的容量不能過大。供電系統(tǒng)額定線電壓電動機(jī)額定空載電流并聯(lián)電容器的自動投切并聯(lián)電容器的容量是按正常的供電情況設(shè)計的，為了留有裕量。這樣當(dāng)變電所處于低谷負(fù)載時，電容器的容量勢必過大，出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象，母線電壓升高。電壓升高導(dǎo)致變壓器、電動機(jī)、電容器等設(shè)備損耗增加影響使用壽命。若變電所處于高峰負(fù)載，電壓水平低于額定供電電壓，則電容器提供的補(bǔ)償容量下降，并導(dǎo)致電壓進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致局部的電壓崩潰。為此，集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償方式中，電容器一般分為幾組使用，根據(jù)情況自動投切，適時的調(diào)整無功功率補(bǔ)償電容的容量。投切電容器的五種方法：按母線電壓的高低投棄按無功功率的方向投切按功率因數(shù)大小進(jìn)行投切按負(fù)載電流的大小進(jìn)行投切按晝夜時間劃分進(jìn)行投切無功補(bǔ)償裝置1、同步調(diào)相機(jī)（SC）他是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī)，在過勵磁和欠勵磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性和感性無功功率。缺點：由于是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，損耗和噪聲都較大運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢。不能適應(yīng)快速無功功率補(bǔ)償?shù)囊?，在有些國家已?jīng)不再使用同步調(diào)相機(jī)。靜止無功補(bǔ)償裝置2、飽和電抗器（SR）飽和電抗器與同步調(diào)相機(jī)相比具有靜止型的優(yōu)點，響應(yīng)速度快；但是，其鐵心需要磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題又不能分相調(diào)節(jié)。所以，未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）1、晶閘管控制電抗器（TCR）2、晶閘管控制投切電容器（TSC）以及兩者的組合，或者晶閘管控制電抗器與固定電容器（FC）的混合使用裝置。3、靜止無功發(fā)生器（SVG）4、靜止調(diào)相器（STACTCON）5、靜止補(bǔ)償器（STACTOM）TSC的概念及其工作原理TSC是ThyristerSwitchedCapacitor的縮寫采用無觸點開關(guān)，動作速度快（小于20ms），對各類負(fù)荷（尤其是沖擊性負(fù)荷）均能夠起到良好的補(bǔ)償效果；免維護(hù)，全自動過零投切，無沖擊、無操作過電壓，保護(hù)開關(guān)和電器元件，延長設(shè)備使用壽命；對各類負(fù)荷均能有效補(bǔ)償（Y接和△接）TSC的作用穩(wěn)定系統(tǒng)電壓提高功率因數(shù)提高發(fā)、變電設(shè)備的利用率節(jié)能降耗濾除諧波穩(wěn)定系統(tǒng)電壓1、補(bǔ)償前，線路的電壓損失為： 2、補(bǔ)償后，線路的電壓損失為：（可見，補(bǔ)償后線路的電壓損失明顯減??；特別當(dāng)XL=XC時，線路電壓損失減為最小，此時成為全補(bǔ)償。)提高功率因數(shù)1、補(bǔ)償前，功率因數(shù)為：2、補(bǔ)償后，功率因數(shù)為可見，補(bǔ)償后功率因數(shù)明顯提高。提高發(fā)、變電設(shè)備的利用率以變壓器為例1、補(bǔ)償前，變壓器能夠提供的有功功率為：2、補(bǔ)償后在不進(jìn)行變壓器增容的情況下，能夠支持的有功功率為：

節(jié)能降耗1、減小網(wǎng)損 補(bǔ)償前，網(wǎng)損為： 補(bǔ)償后，網(wǎng)損為:可見，補(bǔ)償后網(wǎng)損明顯減少。2、濾除諧波，降低諧波損耗對動態(tài)無功功率負(fù)載的功率因素調(diào)整改善電壓的調(diào)整率提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩降低過電壓減少電壓閃爍阻尼次同步振蕩減少電壓和電流的不平衡對電力系統(tǒng)中的無功功率進(jìn)行快速補(bǔ)償可以實現(xiàn)如下功能：無功功率動態(tài)補(bǔ)償原理：系統(tǒng)短路容量無功為零時的系統(tǒng)電壓晶閘管投切電容器（TSC）1、基本原理：抑制沖擊電流的小電感接入或斷開作用晶閘管投切電容器（TSC）1、基本原理：電容器的分組具體方法比較靈活，一般希望能組合產(chǎn)生的電容值越多越好，但是綜合考慮到系統(tǒng)復(fù)雜性以及經(jīng)濟(jì)性問題，可以采用所謂的二進(jìn)制方式，即采用K－1個容值為C的電容，和一個容值為C/2的電容，這樣的方法可以有2k級組合電容值。相比于機(jī)械投切電容器，晶閘管投切電容器的壽命可以認(rèn)為是無限的。而且可以精確的選擇投切時刻。因此TSC在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的使用，而且在許多時候是與TCR配合使用的混合補(bǔ)償器。晶閘管投切電容器（TSC）2、投切時刻的選取：選取投入時刻總的原則是，TSC投入電容的時刻，即是晶閘管開通的時刻，必須是電源電壓與電容器電壓相等的時刻。因為根據(jù)電容的特性，如果電容