《有源與無源補(bǔ)償》課件

有源與無源補(bǔ)償有源補(bǔ)償和無源補(bǔ)償是兩種常見的功率因數(shù)校正技術(shù)。它們都旨在提高電力系統(tǒng)的效率并減少能量損耗。課程目標(biāo)11.理解無源與有源補(bǔ)償?shù)亩x與區(qū)別掌握無源補(bǔ)償與有源補(bǔ)償?shù)幕靖拍?，并理解它們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中的作用。22.掌握無源功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)幕驹砗头椒▽W(xué)習(xí)無源補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，包括電容器的選型、容量計(jì)算和投切控制等。33.了解有源功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)闹饕愋秃凸ぷ髟韺W(xué)習(xí)各種有源補(bǔ)償裝置，例如靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM)和主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。44.分析比較無源與有源補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)掌握兩種補(bǔ)償方法的適用場(chǎng)景，并能根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的補(bǔ)償方案。無源功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)谋匾越档途€路損耗提高電力系統(tǒng)效率改善電壓質(zhì)量穩(wěn)定電力系統(tǒng)提高設(shè)備利用率延長(zhǎng)設(shè)備壽命無源補(bǔ)償?shù)幕驹?電力系統(tǒng)負(fù)荷特性感性負(fù)荷為主，功率因數(shù)低2無功功率補(bǔ)償提高功率因數(shù)，降低電能損耗3電容器補(bǔ)償提供無功功率，提升系統(tǒng)效率無源補(bǔ)償利用電容器的特性，在電路中提供無功功率，從而提高系統(tǒng)功率因數(shù)。電容器可以儲(chǔ)存電能，并根據(jù)電路的需求釋放無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。電容器補(bǔ)償基本原理1電流超前電容器接入電路后，電流超前于電壓。2功率因數(shù)提高電容器吸收無功功率，降低電路中的無功功率。3降低損耗提高功率因數(shù)，降低線路損耗和設(shè)備損耗。電容器補(bǔ)償原理主要基于電容元件對(duì)電流的超前特性，從而達(dá)到提高功率因數(shù)和降低損耗的目的。電容器容量的計(jì)算電容器容量計(jì)算對(duì)于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償非常重要。選擇合適的電容器容量可以有效提高功率因數(shù)，降低電能損耗。1負(fù)荷類型感性負(fù)荷，如電機(jī)、變壓器等2功率因數(shù)目標(biāo)功率因數(shù)，通常為0.953負(fù)荷電流計(jì)算所需的電容器容量容性負(fù)荷補(bǔ)償電力系統(tǒng)中，電容器是一種常見的容性負(fù)荷。它會(huì)吸收無功功率，并將其傳遞給負(fù)載。電力系統(tǒng)中，容性負(fù)荷過高會(huì)導(dǎo)致電壓升高。并可能導(dǎo)致設(shè)備過載，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。對(duì)于電力系統(tǒng)中，容性負(fù)荷過高，需要采取補(bǔ)償措施。提高功率因數(shù)，降低線路損耗，提高系統(tǒng)效率。感性負(fù)荷補(bǔ)償電感負(fù)荷感性負(fù)荷是指以電感元件為主的負(fù)載。例如電機(jī)、變壓器、電磁閥等。這些設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電感電流，導(dǎo)致功率因數(shù)降低。補(bǔ)償原理通過在感性負(fù)荷電路中并聯(lián)連接電容器，可以抵消電感電流產(chǎn)生的無功功率，提高功率因數(shù)。補(bǔ)償效果補(bǔ)償后，電路中的電流減小，功率因數(shù)提高，線路損耗降低，供電系統(tǒng)效率提高。混合負(fù)荷的補(bǔ)償混合負(fù)荷特性混合負(fù)荷包含感性負(fù)荷和容性負(fù)荷，需要綜合考慮補(bǔ)償方案。補(bǔ)償方法采用分步補(bǔ)償，先補(bǔ)償感性負(fù)荷，再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整補(bǔ)償容量。計(jì)算分析通過計(jì)算確定合適的電容器容量，達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。容性負(fù)荷過補(bǔ)償?shù)膯栴}電壓升高過補(bǔ)償會(huì)導(dǎo)致電壓升高，可能導(dǎo)致設(shè)備過電壓運(yùn)行，造成損壞。過補(bǔ)償會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)無功功率流動(dòng)方向發(fā)生變化，可能造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)。諧波產(chǎn)生電容器的非線性特性會(huì)導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，影響電網(wǎng)質(zhì)量，增加設(shè)備損耗。諧波電流可能流入設(shè)備，造成設(shè)備故障。電容器投切控制1電壓控制根據(jù)系統(tǒng)電壓變化情況，自動(dòng)投切電容器組，維持電壓穩(wěn)定性。2電流控制根據(jù)負(fù)載電流的變化，自動(dòng)調(diào)整電容器組的投切，保持功率因數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)。3時(shí)間控制可以根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間，自動(dòng)投切電容器組，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載變化的提前控制。有源功率因數(shù)補(bǔ)償原理電子設(shè)備利用電力電子器件的快速響應(yīng)特性，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓和電流的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的補(bǔ)償?？刂葡到y(tǒng)通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)載的電流和電壓，實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償所需的無功功率，并控制電子設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。補(bǔ)償裝置利用逆變器或其他電力電子裝置，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并將其注入到電力系統(tǒng)中，以提供或吸收所需的無功功率。功率因數(shù)改善通過有源補(bǔ)償裝置，可以使負(fù)載電流和電壓之間的相位差減小，從而提高功率因數(shù)，減少電力損耗。有源補(bǔ)償設(shè)備的分類靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM)STATCOM是一種新型的電力電子設(shè)備，利用電力電子技術(shù)，可以快速、靈活地調(diào)節(jié)無功功率。能夠補(bǔ)償各種類型的無功功率，提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置(SVC)SVC是一種傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置，通過調(diào)節(jié)電容器或電感器的大小來調(diào)節(jié)無功功率。SVC成本低，但靈活性較差，響應(yīng)速度較慢。主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置通過控制電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)，改變電流和電壓的相位，達(dá)到補(bǔ)償無功功率的目的。具有高效率、高精度、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM)靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM)是一種新型的電力電子裝置，用于改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量。它采用電力電子器件，通過控制其輸出電流，產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻同相的無功電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)無功功率的調(diào)節(jié)。STATCOM的應(yīng)用范圍廣泛，包括改善電網(wǎng)功率因數(shù)、抑制電壓波動(dòng)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。它可以有效提高電網(wǎng)效率，降低能源消耗，并提高電網(wǎng)的可靠性和安全性。靜止同步補(bǔ)償裝置的工作原理1電壓源型逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并注入電網(wǎng)。2控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)電壓和電流的變化，調(diào)節(jié)逆變器輸出的電壓和電流。3濾波器過濾逆變器輸出的諧波，確保輸出電流的質(zhì)量。靜止同步補(bǔ)償裝置通過控制電壓源型逆變器的輸出電壓和電流，來調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無功功率。當(dāng)電網(wǎng)需要無功功率時(shí)，裝置向電網(wǎng)注入無功電流；當(dāng)電網(wǎng)無功功率過剩時(shí)，裝置吸收電網(wǎng)的無功電流。靜止同步補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)組成11.功率變換模塊負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并提供無功功率補(bǔ)償。22.控制系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)需要調(diào)整補(bǔ)償電流的大小和相位。33.濾波器用來消除諧波和高頻噪聲，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。44.變壓器將補(bǔ)償電流從直流側(cè)轉(zhuǎn)換到交流側(cè)，并連接到電力系統(tǒng)。靜止同步補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)快速響應(yīng)響應(yīng)時(shí)間短，可以快速調(diào)節(jié)無功功率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。精準(zhǔn)控制可以精確地控制無功功率輸出，提高電壓穩(wěn)定性。靈活調(diào)節(jié)可以根據(jù)系統(tǒng)需要靈活調(diào)節(jié)無功功率輸出，提高系統(tǒng)效率。可靠性高具有高可靠性，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置是一種新型的電力電子裝置，它通過控制電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的快速調(diào)節(jié)。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置具有響應(yīng)速度快、補(bǔ)償精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，改善電能質(zhì)量。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的工作原理動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置通過調(diào)節(jié)自身輸出的無功功率來補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率，從而提高功率因數(shù)，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。1控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、電流等參數(shù)2功率變換器根據(jù)控制系統(tǒng)指令，調(diào)節(jié)輸出的無功功率3濾波器抑制功率變換器產(chǎn)生的諧波動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)無功功率變化，有效提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低系統(tǒng)損耗，提高電力系統(tǒng)可靠性。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的控制策略電壓控制策略保持電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)電壓質(zhì)量。電流控制策略限制電流過載，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。無功功率控制策略根據(jù)系統(tǒng)需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率輸出。主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置電力電子裝置利用電力電子裝置控制電容器或電感器，實(shí)現(xiàn)精確的無功功率補(bǔ)償?？焖夙憫?yīng)控制器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電壓和電流，快速調(diào)整補(bǔ)償元件的容量，以達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。廣泛應(yīng)用適用于各種工業(yè)、商業(yè)和電力系統(tǒng)，有效提高系統(tǒng)效率和可靠性。主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的工作原理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的電壓、電流和功率等參數(shù)。計(jì)算補(bǔ)償量根據(jù)監(jiān)測(cè)到的參數(shù)，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率量，并確定補(bǔ)償方式。控制補(bǔ)償元件根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制補(bǔ)償元件，例如電容器組或電感器組，來補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率。閉環(huán)控制主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償量，確保電力系統(tǒng)始終保持良好的功率因數(shù)。主動(dòng)式功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)快速響應(yīng)精確控制靈活配置維護(hù)方便缺點(diǎn)成本較高技術(shù)復(fù)雜對(duì)控制系統(tǒng)要求較高有源無源補(bǔ)償?shù)膶?duì)比分析成本效率響應(yīng)速度無源補(bǔ)償成本較低，但效率和響應(yīng)速度相對(duì)較低。有源補(bǔ)償成本較高，但效率和響應(yīng)速度都更高。選擇哪種補(bǔ)償方式取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景。有源無源補(bǔ)償?shù)倪x擇及應(yīng)用選擇因素負(fù)載類型和特性、系統(tǒng)容量、補(bǔ)償精度、成本等因素影響補(bǔ)償方式的選擇。有源補(bǔ)償靈活性和可靠性高，但成本較高，適合于大容量、高精度要求的場(chǎng)合。應(yīng)用場(chǎng)景有源補(bǔ)償廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)建筑等領(lǐng)域。無源補(bǔ)償應(yīng)用于改善功率因數(shù)，降低電能損耗，提高電壓質(zhì)量，廣泛用于低壓配電系統(tǒng)。未來趨勢(shì)隨著電力電子技術(shù)和智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，有源補(bǔ)償技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。未來有源補(bǔ)償將更加智能化、靈活化、集成化。電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的考慮因素11.負(fù)荷特性補(bǔ)償裝置的容量和類型取決于負(fù)荷類型、大小和變化情況。22.電壓水平電壓水平直接影響無功補(bǔ)償?shù)男Ч?，需考慮電壓波動(dòng)范圍。33.系統(tǒng)運(yùn)行方式不同的運(yùn)行方式，如正常運(yùn)行、事故運(yùn)行等，對(duì)補(bǔ)償方式有不同要求。44.經(jīng)濟(jì)效益需要綜合考慮補(bǔ)償成本、運(yùn)行成本、節(jié)能效果等因素。無功補(bǔ)償設(shè)備的選型負(fù)荷類型不同類型負(fù)荷對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的要求不同，例如感性負(fù)荷需要補(bǔ)償電容器，而容性負(fù)荷需要補(bǔ)償電感器。補(bǔ)償方式可以選擇無源補(bǔ)償，例如電容器組，也可以選擇有源補(bǔ)償，例如靜止同步補(bǔ)償裝置（STATCOM）或動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置?？刂品绞娇梢赃x擇手動(dòng)控制，例如開關(guān)柜，也可以選擇自動(dòng)控制，例如微機(jī)控制系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境需要考慮設(shè)備的安裝環(huán)境，例如溫度、濕度、振動(dòng)等因素，選擇合適的設(shè)備型號(hào)。無功補(bǔ)償系統(tǒng)的投資分析投資成本設(shè)備成本，安裝成本，調(diào)試成本運(yùn)行成本電能損耗，維護(hù)成本，運(yùn)行人員成本效益分析節(jié)約電能，提高系統(tǒng)效率，降低運(yùn)行成本投資回報(bào)率通過