电力系统无功补偿

电力系统无功补偿（精选十篇）

电力系统无功补偿 篇1

1 无功补偿的原理与意义

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。用电设备在能量转换过程中建立了交变磁场,在一个周期内吸收的功率和释放的功率有功功率、无功功率和视在功率之间关系,如图1所示。

φ角为功率因数角,其余弦cosφ是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称作功率因数由图看出,有功P一定的情况下,无功Q越大,功率因数cosφ越小。若无功功率不是由电容器提供,则必然消耗电力系统的无功功率,供电线路的导线和变压器的容量随之增大。在用户侧无功补偿不足时,不仅增加供电投资、降低设备利用率同时也将增加线路的损耗。无功补偿的基本原理是[3]:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接入同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。电力系统中,不但有功功率平衡,无功功率也要平衡。为此,《供用电营业规则》中规定:无功电力应就地平衡,用户应在提高用电自然功率因数的基础上,设计和装置无功补偿设备,并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除,防止无功倒送。《供用电营业规则》中还规定用户的功率因数应达到相应的标准,否则供电部门可以拒绝供电。因此,无论对供电部门还是用电企业,对无功功率进行动态补偿以提高功率因数,防止无功倒送,从而节约电能,提高运行质量都具有非常重要的意义。

2 无功功率不足的危害

当系统无功功率不足时,无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态,将给电力系统带来诸如设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏等一系列危害[4]。

2.1 损坏用电设备

在电力传输系统中,如果说出现了无功功率不足的现象,那么就会导致电力系统中的电压以及功率因数不断的降低,最终导致用电设备受到破坏,严重情况下甚至会导致电网系统中的电压崩溃,使得整个电网控制系统瓦解,从而造成片区大面积的停电。

2.2 造成电能损耗增加

电力电压以及功率因素的降低,会导致电力系统中的电气传输设备无法得到有效的利用,从而造成了电力系统中传输的电能损耗不断增加,降低了电能传输的效率,给用电用户的日常生活带来的极大的困扰。

3 消耗无功功率的设备

电网系统中的电力负荷绝大部分负荷都是属于感性负荷,例如变压器和电动机等,这类设备在运行的过程中,电网电源要不断的向这些用电设备提供对应的无功功率。通过对这类设备所消耗的无功功率来看,大约有40%的无功功率都消耗在了配电变压器以及配电线路之中,而余下的则全部消耗在了用电用户的用电设备上。

3.1 异步电动机

用电设备在运作过程中消耗有功功率时,需要将大量的无功功率源源不断的通过电源来输送到负荷中去,功率因数通常反映的都是用电设备在使用过程中消耗一定有功功率的同时所需要消耗的无功功率。但是绝大部分感性设备自身的功率因素平均都低于1,所以在众多的用电设备中都需要消耗无功功率,而交流电焊机以及异步电动机等用电设备都是主要消耗无功功率的设备。通过统计的资料来看,在电网系统的内部,电动机为了能够建立并且维持三相旋转磁场,其需要消耗的无功功率大约占到了电源线路所输送的所有无功功率的60%[5]。当异步电动机空载时,所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%~70%[6]。对于农村用电负荷来说,主要是一些小加工业及照明负荷,其中大部分用电设备为感性负载,其功率因数都很低,影响了线路及配电变压器的经济运行。

3.2 变压器

变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占全部无功功率的20%,一般约为其额定容量的10%~15%,他的空载无功功率约为满载时的1/3[7]。变压器的无功功率损耗由两部分组成,励磁支路的无功功率损耗和绕组漏抗中的无功功率损耗。励磁支路的无功功率损耗与变压器所施加的电压有关,绕组漏抗中的无功功率损耗与变压器的通过功率成比例。

4 无功补偿设备

目前电网的无功电源,包括发电机、补偿电容器在改善电网构架、提高系统稳定、改善电网的运行条件等方面都是个好的选择。

4.1 发电机

同步发电机是电力系统中惟一的有功电源,同时也是无功的基本源。如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求,就会引起整个电网的电压下降,这对负载是不利的。调节发电机的励磁电流就可以调节发电机输出的无功功率。在过励状态下,励磁电流愈大,发电机输出的感性无功功率愈大。发电机是电网中不需要投资的无功电源,在满足技术经济要求的情况下,可以积极利用电厂的无功电源。

4.2 补偿电容器

补偿电容器是一种专门用来改善功率因数的电力电容器,作为一种极为重要的无功电源,对于改善电力系统结构,提高电能质量起着决定性作用。其原理是:把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路,当容性装置释放能量时,感性负荷吸收能量,而感性负荷释放能量时,容性装置吸收能量。能量在相互转换,感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

5 无功补偿设备的作用

改善系统功率因数,是降低线路损失、提高电网的输送能力、减少线路电压降、改善末端电压质量、增加设备出力的有效措施。

5.1 降低系统能耗

补偿前后线路输送的有功功率不变,P=U1COSφ,由于COSφ提高,补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便,可认为U2≈U1从而导出

即:I1/I2=COSφ2/COSφ1,这样线损P减少的百分数为:

ΔP%=(1-I2/I1)×100%=(1-COSφ1/COSφ2)×100%

当功率因数从0.70~0.85提高到0.95时,由上式可求得有功损耗将降低20%~45%[8]。

5.2 改善电压

电网在进行功率传输时,电流将在线路等阻抗上产生电压损耗△U,假如始端电压为U1,末端电压为U2,则电压损耗计算公式为:

式中:P——线路传输的有功功率(KW);

Q——线路传输的无功功率(Kvar);

Un——线路额定电压(KV);

R、X——线路电阻、电抗(Ω)。

若保持有功功率恒定,而R和X为定值,无功功率Q愈小,则电压损失愈小,电压质量就愈高。当线路安装容量为QC的并联电容器补偿装置后,线路的电压损耗变为:

可以看出:采取无功补偿以后,线路传输的无功功率变小,相应地减少了线路电压的损耗,提高了配电网的电压质量[9]。

5.3 提高设备的利用率

对于原有供电设备来讲,在同样有功功率下,因功率因数的提高,无功电流减少,因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备,从而满足了负荷增长的需要。由于功率因数的提高,电气设备的利用率也得到了提高,从而发挥原有设备的潜力。

6 需要注意的问题

无功补偿的效果是能够实现减少供电线路的电流,充分发挥发、供电设备的生产能力,而且可以提高用户用电设备的工作效率,因此必须重视并加强管理。

6.1 无功补偿的原则

无功补偿的原则是:(1)局部平衡与全网平衡相结合,既要满足全网的总无功平衡,又要满足分线、分站的无功平衡。(2)集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主,集中补偿为辅。这就要求在负荷比较集中的地方进行就地补偿,一方面要在变电站进行大容量无功集中补偿,又要在输电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿,其目的是做到无功就地平衡,避免其长距离输送造成不必要的无功损失。(3)高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主,高压补偿为辅,这和分散补偿相互结合。(4)降损与调压相结合,以降损为主,调压为辅。这是针对输电线路长,线路分支较多,输电负荷较分散,功率因数较低的地区,这种线路最明显的特点是:负荷率低,线路损失大,若对此线路进行无功补偿,可显著提高线路的供电能力。总之,在进行无功补偿时必须严格尊照无功补偿的原则。

6.2 无功补偿存在的问题

无功补偿装置是电力系统运作过程中最为重要的节能设备,同时也能够有效维持电网电压稳定的关键设备,无功补偿装置自身所需要的造价成本也较低。但是在该装置在实际运作的过程中,会因为无功补偿装置自身运行没有响应的规定和标准,并且对于无功补偿设备进行自动控制的设备技术也并不理想,这些情况导致了无功补偿装置在使用过程中会出现一定程度的问题。具体来说有以下几个方面:

(1)补偿效果和容量。配电变压器低压补偿可以提高功率因数,降低变压器损耗,但是对于输电线路的降损很小。因此,配电变压器安装补偿电容的数量很少或者补偿容量不足都会影响到线路降损和电压。

(2)无功倒送。采用固定电容器补偿方式的用户,可能在负荷低谷时造成无功倒送。无功倒送会增加配电网的损耗,加重配电线路的负担,是电力系统所不允许的,这应引起充分的考虑。

(3)谐波影响。谐波电流可导致变压器中的铜损和杂散损增加,谐波电压则会增加铁损。谐波会增加变压器的噪声,会使电容控制失灵和加速损坏,进行无功补偿时必须考虑谐波治理。

(4)测量的问题。目前35k V以下配电网的线路上的负荷点一般无表计,且人员的技术水平参差不齐,表计记录的同时性和准确性无法保证。这对配电网的无功优化计算带来很大困难。35k V终端用户处通常只装有有功电度表,要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

7 结论

随着现代社会电力市场商业化运营模式不断普及,社会各界对于的电能供应的质量要求越来越高,同时对于节能降耗需求也在日益增大。电能供应的质量对于电力系统能否长久保持安全运行有着直接的影响,因此,电压无功的综合性控制问题受到了社会各界的重视,展开电网无功优化的规划工作,是保证无功设备进行科学合理调控和无功功率自身的分区、分层、就地平衡电压是降低电网电能损耗、保持电网电压传输质量的一个重要因素。无功补偿不仅仅降低了无功功率在电网系统中的流动,还可以减少线路以及变压器在进行无功功率输送过程中所造成的电能损耗,有效的提升了功率因数。所以,这是一项投资成本较少,效益成果见效快的节能降耗措施。

摘要：无功补偿在电力系统中起到提高功率因数的作用,合理地使用无功补偿设备,可降低设备和线路的损耗,对调整电网电压,提高供电质量,抑制谐波干扰,保证电网安全稳定的运行具有十分重要的作用。本文从电力无功补偿的基本原理、无功不足的危害、补偿方式、运行管理及实际应用几个方面进行分析,阐述了无功补偿在电力电网中应用的意义和作用。

关键词：电力系统,无功补偿,电网

参考文献

[1]曹瑞.配电网无功补偿现状分析与应用研究[D].北京:华北电力大学硕士学位论文,2011.

[2]吴德茂.浅析无功补偿在电力电网中应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2011,1.

[3]黄晔.无功补偿原理及应用分析[J].矿山机械,2001,11:49-50.

[4]晏利阶.浅析无功补偿及谐波治理[J].广东科技,2009,02.

[5]魏义岭.用无功补偿的方法降低线损[J].煤炭技术,2005(5).

[6]靖文革,铁志英.6kV供电系统无功补偿自动控制系统[J].包钢科技,2003(5).

[7]曹喜库,魏义岭.用无功补偿的方法降低线损[J].煤炭技术,2004(5).

[8]上海坤友电气设备公司.产品网,2012.

电力系统无功补偿 篇2

1 前言

随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行,输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损,提高系统运行的经济性,可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。

无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量(发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起,因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。

2 无功优化和补偿的原则和类型

2.1 无功优化和补偿的原则

在无功优化和无功补偿中,首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定:

1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制;

2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。

3)无功分层平衡,即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。

4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。

2.2 无功优化和补偿的类型

电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上),由于线路的容性充电功率很大,据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上,电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿,并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。

3 输配电网络的无功优化(闭式网)

电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起,即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。

3.1 无功优化的目标函数

参考文献[3]中著名的等网损微增率定律指出,当全网网损微增率相等时,此时的网损最小。

无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿),这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面,该方法没有计及其它控制变量的调节作用,同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等,这样做的计算量太大且费时。与此同时,国内外学者对无功优化进行了大量研究,提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种,其一为不计无功补偿设备的费用,以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达:

其二,以系统运行最优为目标函数,它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用,可用下式表达:

式中,β为每度电价,max为年最大负荷损耗小时数,α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率,KC为单位无功补偿设备的价格,QC∑为无功补偿总容量。

模型二考虑了投资问题,可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行,各部门都追求经济效益,显然考虑了无功投资问题更合理一些。

3.2 优化算法

由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解,是一些算法的出发点,如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等,以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中,忽略了二阶及以上的项,其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性,又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法,使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。

针对线性算法方法的不足,又提出了一些运用非线性算法,混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解,但由于无功优化本身的特性,使计算复杂、费时,且不能保证可靠收敛。

为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节,电容器组的投切)的处理,基于人工智能的新方法,相继提出了遗传算法,Tabu搜索法,启发式算法,改进的遗传算法,分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等,这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度,并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。

但在无功优化仍有以下一些问题需要饩:

1)由于无功优化是非线性问题,而非线性规划常常收敛在局部最优解,如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。

2)由于以网损为最小的目标函数,它本身是电压平方的函数,在求解无功优化时,最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限,而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小,可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。

3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高,对无功优化的实时性提出了很高的要求,如何在很短的时间内避免不收敛,求出最优解仍需进一步研究

4 配电线路

上的.无功补偿及用户的无功补偿

4.1 配电线路上的无功补偿

由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大,无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大,故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。

其原理可简述如下:

当线路输送的无功功率Q,线路长度L,每组补偿距离为x时,每组补偿容量为Qx

Qx=Qx/L

当认为电容器安装在补偿区间中心时,降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示:

当第i组电容器安装地点离末端的距离为:

对任一组电容器安装位置离末端的位置为:

xi=L(2i-1)/(2n 1)

? 其最佳补偿容量为:

nQx=2nQ/(2n 1)

这样即可求得表1的数据。

对于配电线路的无功补偿可有效降低网损,但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的,如果线路上的无功潮流为非均匀分布的,得出的结论将不同;同时在线路上安装电容器组时,其维护、操作比较不便,且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此,建议采用下述方式。

4.2 用户的无功补偿

对于企业及大负荷用电单位,按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献[8]指出在补偿容量相等的情况下,低压就地补偿减低的线损最大,因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分,使流经线路和变压器上的无功电流大大减小,显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献[6]指出了对于开式网的最佳补偿容量,三种常见的开式网可见图2所示。

4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿

对于用户或经配变出线的开式网络,针对开式网的接线的最佳无功补偿容量,参考文献[进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数,为了分析,下面进行了简单的推导:

对于网络为放射式网络,此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为:

由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响,因此有功功率对网损的影响可不考虑,(4)式可简化为下式:

在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。

4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿

对于干线式及链式接线开式网,在第i=1点设置无功补偿,其QC1,op同放射式开式网,若在i=1,2 设置无功补偿,见图2(b)、(c)所示。

此时年计算支出费用可用下式表达:

同理,可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见,节点2电压可认为与节点1电压近似相等):

式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和,此处R∑=R1 R2

推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为:

上述公式简单明了,且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起,通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量,避免了计算的迭代过程,具体算例可见参考文献[3]例6-2,在6-2例中,求解最佳补偿容量是通过求解5组方程,6次迭代所得,而利用上述的推导公式可一次性计算出。

5 结语

无功补偿在电力系统的应用 篇3

摘 要：电网中设备运行总会出现如电压跌落、同步电机不稳定以及电压扰动和小稳定，利用电容器组补偿装置可以有效的解决问题。文章重点就无功补偿在电力系统的应用做了研究和分析。

关键词：供电系统;无功补偿;补偿容量

在电网或企业变电所中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性负载消耗的部分无功功率，即电容器向感性负荷提供无功功率。这样减少了无功功率在系统电网中的流动，因此可以降低输配电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件，这种方法称为无功补偿。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。对企业而言可以提高电能质量需求，降低用电成本。无功补偿对电力部门、用电企业都具有重要意义，合理的无功补偿，可以达到以下效果。

1.无功补偿存在的问题

无功补偿装置是电力系统运作过程中最为重要的节能设备，同时也能够有效维持电网电压稳定的关键设备，无功补偿装置自身所需要的造价成本也较低。但是在该装置在实际运作的过程中，会因为无功补偿装置自身运行没有响应的规定和标准，并且对于无功补偿设备进行自动控制的设备技术也并不理想，这些情况导致了无功补偿装置在使用过程中会出现一定程度的问题。具体来说有以下几个方面：补偿效果和容量。配电变压器低压补偿可以提高功率因数，降低变压器损耗，但是对于输电线路的降损很小。因此，配电变压器安装补偿电容的数量很少或者补偿容量不足都会影响到线路降损和电压。无功倒送。采用固定电容器补偿方式的用户，可能在负荷低谷时造成无功倒送。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的，这应引起充分的考虑。谐波影响。谐波电流可导致变压器中的铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损。谐波会增加变压器的噪声，会使电容控制失灵和加速损坏，进行无功补偿时必须考虑谐波治理。

2.无功功率不足的危害

当系统无功功率不足时，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏等一系列危害。电力传输系统中，如果说出现了无功功率不足的现象，那么就会导致电力系统中的电压以及功率因数不断的降低，最终导致用电设备受到破坏，严重情况下甚至会导致电网系统中的电压崩溃，使得整个电网控制系统瓦解，从而造成片区大面积的停电。电力电压以及功率因素的降低，会导致电力系统中的电气传输设备无法得到有效的利用，从而造成了电力系统中传输的电能损耗不断增加，降低了电能传输的效率，给用电用户的日常生活带来的极大的困扰。

3.电力系统中的无功功率设备

3.1消耗无功功率设备

用电设备在运作过程中消耗有功功率时，需要将大量的无功功率源源不断的通过电源来输送到负荷中去，功率因数通常反映的都是用电设备在使用过程中消耗一定有功功率的同时所需要消耗的无功功率。但是绝大部分感性设备自身的功率因素平均都低于1，所以在众多的用电设备中都需要消耗无功功率，而交流电焊机以及异步电动机等用电设备都是主要消耗无功功率的设备。通过统计的资料来看，在电网系统的内部，电动机为了能够建立并且维持三相旋转磁场，其需要消耗的无功功率大约占到了电源线路所输送的所有无功功率的60%。当异步电动机空载时，所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。对于农村用电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分用电设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占全部无功功率的20%，一般约为其额定容量的10%～15%，他的空载无功功率约为满载时的1/3。变压器的无功功率损耗由两部分组成，励磁支路的无功功率损耗和绕组漏抗中的无功功率损耗。励磁支路的无功功率损耗与变压器所施加的电压有关，绕组漏抗中的无功功率损耗与变压器的通过功率成比例。

3.2无功补偿设备

目前电网的无功电源，包括发电机、补偿电容器在改善电网构架、提高系统稳定、改善电网的运行条件等方面都是个好的选择。同步发电机是电力系统中惟一的有功电源，同时也是无功的基本源。如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求，就会引起整个电网的电压下降，这对负载是不利的。调节发电机的励磁电流就可以调节发电机输出的无功功率。在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大。发电机是电网中不需要投资的无功电源，在满足技术经济要求的情况下，可以积极利用电厂的无功电源。补偿电容器是一种专门用来改善功率因数的电力电容器，作为一种极为重要的无功电源，对于改善电力系统结构，提高电能质量起着决定性作用。其原理是：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量。能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

4.结束语

随着现代社会电力市场商业化运营模式不断普及，社会各界对于的电能供应的质量要求越来越高，同时对于节能降耗需求也在日益增大。电能供应的质量对于电力系统能否长久保持安全运行有着直接的影响，因此，电压无功的综合性控制问题受到了社会各界的重视，展开电网无功优化的规划工作，是保证无功设备进行科学合理调控和无功功率自身的分区、分层、就地平衡电压是降低电网电能损耗、保持电网电压传输质量的一个重要因素。无功补偿不仅仅降低了无功功率在电网系统中的流动，还可以减少线路以及变压器在进行无功功率输送过程中所造成的电能损耗，有效的提升了功率因数。所以，这是一项投资成本较少，效益成果见效快的节能降耗措施。

参考文献：

[1]晏利阶.浅析无功补偿及谐波治理[J].广东科技，2012

浅析电力系统的无功优化和无功补偿 篇4

在有关电力系统安全运行课题的研究中, 电力系统无功功率优化和无功功率补偿是提高电网运行经济性的重要技术措施。电网运行阶段, 通过科学规划不断优化无功电源配置, 对系统损耗进行无功补偿, 目的是使电压维持一个稳定的水平, 最大限度减少网损, 确保电力系统稳定运行的同时进一步提高其运行的经济性, 实现企业创收目标。

所谓无功优化计算是指在提前给定系统网络结构及系统负荷前提下, 通过调节发电机的无功出力和机端电压水平, 安装电容器组, 以及对变压器的分接头等进行相应的调节, 在不影响正常供电的情况下最大限度降低网损。通过全网无功优化, 使电压趋向额定值, 保持一个稳定的水平, 从而降低网损, 提高电网运行的经济性, 为电网企业带来更多经济效益。从这两点来看, 无功优化值得推广。无功补偿可以说是作为无功优化的一个分项, 它也是在保证系统正常运行的前提下, 通过调整电容器容量及装设位置, 进而在一定程度上降低网损。

2 无功优化和补偿的原则和类型

2.1 原则

通常情况下, 对补偿点进行准确定位, 是对电网进行无功优化与无功补偿的根本和前提。对无功负荷补偿点进行定位, 通常要遵守以下基本原则: (1) 结合网络结构相应的特点, 选择几个中枢点进行控制其他接点的电压; (2) 无功就地平衡原则, 通常情况下选择的节点其无功负荷比较大; (3) 无功分层平衡, 为了确保系统安全经济地运行, 需要防止各电压等级之间进行无功相互流动; (4) 网络中无功补偿度的最低标准是超过部颁标准0.7的规定。

2.2 无功优化和补偿的类型

通常情况下, 从容性无功功率和感性无功功率两个方面实施无功补偿。对于超过500k V的超高压输电线路来说, 其容性充电功率在500k V/km中可达1.2Mvar/km, 在该线路中由于其容性充电功率较大, 为抵消线路中的容性功率, 系统必须进行感性无功功率补偿。

3 输配电网络的无功优化 (闭式网)

3.1 无功优化的目标函数

在全网网损微增率相等的情况下, 根据等网损微增率定律可知网损达到相应的最小值。无功补偿在实际的实施过程中, 通常情况下在网损微增率较小的点实施, 也就是在网损微增率为负值的情况下开始实施相应的无功补偿, 通过进行反复迭代, 与最优网损微增率相结合, 进而在一定程度上对需要优化的位置进行准确定位。为了找出一种操作简便且科学合理的方式进行无功优化, 国内外学术界在海量研究的基础上纷纷对无功优化的数学模型及优化算进行了定义。无功优化的数学模型, 一种是为最大限度降低网损而不计无功补偿设备的费用, 也就是说无功优化的目标函数在优化状态下的公式为:

其中, 分别表示电压的上、下限, 电容器组的上、下限, 变压器变比的上、下限, 以及发电机电压的上、下限。

其二, 目标函数取系统运行最优, 计算公式为式 (2) :

式中, β、τmax、α、γ、KC、QC∑表示用电的电价、年最大负荷损耗、无功补偿设备折旧维护率、无功补偿设备投资回收率、单位无功补偿设备的价格、无功补偿总容量。

由于模型二兼顾了投资问题, 因此可认定为理想化的数学模型。尤其是现阶段, 电网运行已初具市场经济的特征和规模, 经济效益成为电网运行必须考虑的一个问题, 而效益指标的实现在很大程度上要通过无功投资来实现。

3.2 优化算法

当前, 非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性等对电力系统构成影响和制约, 在一定程度上都增加了计算量, 要实现全网无功优化尚需进一步探索。把非线性无功优化模型通过计算转为线性化求解, 不失为一种科学的计算方法。但与此同时, 因为二阶和二阶以上的项被忽略不计, 我们很难确保计算的收敛性达到预期要求。

基于线性计算方法中的一些缺陷, 以非线性原-对偶算法、混合整数规划和约束多面体法为代表的非线性算法逐渐被学术界广泛提及。实践证明, 非线性算法的确可以准确定位最优解, 但计算过程相当复杂, 耗时耗力, 收敛问题的可靠性没有保障。

4 配电线路和用户的无功补偿

4.1 配电线路上的无功补偿

在线路中, 受35k V、10k V, 以及部分低压配电线路电阻较大的影响和制约, 在一定程度上使得无功潮流流动造成大额度的功率损耗和电压损耗, 由此衍生出无功补偿理论。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置应达到表1中的相关要求。

以下是具体的工作原理:当每组补偿距离为x时, 那么每组的补偿容量Qx, 则Qx=Qx/L。

将电容器安装在补偿区间中心时, 此时的线损降耗达到最大程度, 如图1所示。

第i组电容器安装位置与末端的距离如下式:xi=ix-x/2= (i-1/2) x

此时, 线路的损耗可用下式表达:

上式对x求偏导, 可得出下式:x=2L/ (2n+1)

通过采用公式xi=L (2i-1) / (2n+1) , 计算任一组电容器安装位置离末端的位置;通过n Qx=2n Q/ (2n+1) 计算最佳补偿容量, 其相关数据如表1所示。

4.2 用户的无功补偿

在对用电大户进行无功补偿时, 通常情况下选择补偿方式需要结合无功补偿的类型, 一般情况下, 分为高压集中补偿、低压集中补偿, 以及低压就地补偿三种。在补偿容量相当的情况下, 通过选用低压就地补偿的方式进行补偿, 其补偿效果最优。通过这种方式进行补偿, 一般情况下能够对负荷的感性部分进行相应的补偿, 在补偿的同时也减小了无功电流, 因而从经济效益的角度来考虑, 低压就地补偿无疑是最佳选择。但是最佳补偿容量应为多少在上述表述中并没有指出, 同时对于无功设备的投资也没有进行相应的计算, 对于开式网的最佳补偿容量, 参考图2。

图2 (a) 放射式; (b) 干线式; (c) 链式

4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿

针对开式网的接线的最佳无功补偿容量, 对于用户或经配变出线的开式网络, 通常情况下, 采用第二类目标函数, 推导过程如下所示。

在网络年计算支出费用与无功补偿两者之间的关系方面, 放射式网络可以表述为:

通常情况下, 无功功率对有功网损的影响是研究的重点, 因此, 有功功率对网损的影响通常可以忽略不计, (4) 式可简化为下式:

令上式对QC∑的偏导数等于零, 可得出在i节点设置的最佳补偿容量为:

在补偿方式方面, 其余节点的补偿QCn, op与上式类似。

4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿

当i=1时, 设置相应的无功补偿, QC1, op与放射式开式网相同, 当i=1, 2时, 设置相应的无功补偿, 如图2 (b) 、 (c) 所示。

年支出费用计算方式如下:

同理, QC2, op的表达式为:

干线式或链式接线开式网线路电阻之和, R∑=R1+R2, 如果网络节点数为i, 干线式或链线式开式网的线路段数为m, 其最佳补偿容量QCi, op为:

求解最佳补偿容量是通过求解5组方程, 6次迭代所得, 利用上述的推导公式可一次性计算出。

摘要：本文通过分析电网无功优化和无功补偿的概念, 详细阐述无功优化和无功补偿的基本原则, 通过数字模型的构建和各种算法的尝试, 提出无功优化和无功补偿最佳方案。通过全网无功优化, 使电压趋向额定值, 保持一个稳定的水平, 从而降低网损, 提高电网运行的经济性, 为电网企业带来更多经济效益。从这两点来看, 无功优化值得推广。无功补偿可以说是作为无功优化的一个分项, 它也是在保证系统正常运行的前提下, 通过对电容器容量及装设位置的调整来达到降低网损的目的。

关键词：无功优化,无功补偿,网损电压质量,功率因数

参考文献

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[2]刘新东.如何确定10kV线路分散补偿电容器容量及安装位置[J].电工技术, 2000 (2) .

TSC无功补偿控制系统的设计论文 篇5

关键词：无功补偿；晶闸管投切电容器(TSC)；复杂可编程逻辑器件(CPLD)；零电压触发

1.引言

在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。对于较普遍的阻感性负载，电阻消耗有功功率，而电感则在一周期的一部分时间把从电网吸收的能量存储起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，其本身并不消耗能量[1]。

电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，负荷也以阻感性负荷为主，因而补偿以并联电容器为主要手段，通常将电容器分为若干组投切。固定并联电容器补偿方式的优点在于不产生谐波、运行维护简单、可靠性高，但无法解决过补偿和欠补偿的问题。

自动投切电容器装置根据控制开关的不同，可分为断路器、接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置。断路器、接触器投切电容器装置的结构简单、控制方便、性能稳定等优点，但其响应速度慢、不能频繁投切，主要应用于性能要求不高的场合。晶闸管是无触点开关，其使用寿命可以很长，而且晶闸管的投入时刻可以精确控制，能做到快速无冲击的将补偿电容器接入电网，大大降低了对电网的冲击，保护了电容器，可以频繁投切。

2.TSC装置基本原理

电力系统无功补偿 篇6

【關键词】电力系统；SVG无功发生器；无功补偿；谐波治理

大功率电力电子设备在运行过程中，除了要消耗大量有功功率外，还需要吸收大量的冲击性无功功率，这样就会引起配电网系统发生低功率因数、电压波动与闪变、谐波、以及三相不平衡等问题，不仅使配电网供电电能质量逐步恶化，同时谐波还会引起配电网保护控制系统发生“拒动”、“误动”等不利情况发生，降低配电网供电可靠性。在存在大量谐波分量的配电网系统中，进行无功补偿和谐波治理是非常必要中。因此,将基于柔性交流输电技术的静止无功补偿装置(SVG)应用到配电网中，进行电力系统无功功率的补偿和谐波治理，对提高配电网供电电能质量和供电可靠性，就显得非常有无功补偿与谐波治理实践应用研究意义。

1、SVG无功发生器的工作原理

交流电能在通过实际电力负荷消耗过程中，由于电力负荷不可能是纯容性或纯感性原因，这样就会导致负荷运行过程中，有相当一部分电能在不做功的情况下被消耗掉，进而使配电网系统中无功功率容量不断降低，供电电能功率因素值降低。因此，需要对配电网系统中的电能功率因素进行补偿，这便是静止无功发生器（Static Var Compensator,SVG）需要完成的无功补偿任务。SVG无功发生器是配电网中满足无功快速准确可靠补偿、减少谐波电流的无功补偿及谐波治理装置。SVG无功发生器的基本工作原理是将自换相桥式变流电路经电抗或直接并联到配电网系统中，通过内部智能控制单元运行分析获得无功补偿策略，自动自适应的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值（电压型无功补偿装置），或直接控制SVG装置交流侧电流（电流型无功补偿装置），就可以使该变流电路吸收或者发出满足配电网动态调节要求的无功容量，实现对配电网无功的动态补偿和谐波治理作用。SVG无功发生器的主电路如图1所示：

2、SVG在电力系统中的应用

2.1 工程概况

某11OkV电力系统中A变电站主要为该区域冶炼企业提供电能，工业负荷约占65%。因为工业负荷较大，其昼夜负荷波动较大，据历史运行数据可知，该区域最大电力负荷约12.8万kw（为夜间低谷时间，由于工业企业普遍采取低谷时段低费率用电模式），而在白昼时段其最小负荷仅为6.9万kw，峰谷差5.9万kW。另外，由于该区域工业负荷中非线性负荷容量较大，谐波注入到配电网中导致严重污染，曾多次发生10kV线路I母和II母侧发生补偿电容器烧毁、以及配电网继电保护“误动”、“误动”等事故，严重影响到供电电能质量水平和供电可靠性。110kV变电站10kV侧线路在夜间集中用电时段，其母线电压畸变率高达6.7%，超出标称电压10kV配电网的国家规定的4%限值标准，且谐波电流分量也达到基波电流的7.5%，10kV配电网线损相当高。在110kV主变压器处于50%负载率工况下，10kV侧配电网中5次、7次、11次谐波电流严重超标，其中7次谐波电流超标约2倍，所需补偿总谐波电流为27.05A。

2.2 SVG补偿容量计算

考虑预留20%的富裕量，即需补偿32A总谐波电流，因此I母和II母两段10kV母线侧进行谐波治理需要补偿的无功容量为：

SVG无功发生装置在实际运行过程中，装置仅提供恒无功和负荷补偿两种运行方式。如果采取恒无功运行方式，则10kV配电网调度运行时所需设定的无功值不应超出SVG装置能够提供的额定容量值，即无功容量为负的装置额定容量至正的装置额定容量间进行无功动态补偿;在负荷动态补偿方式下，用户可以根据需求侧电力负荷实际情况选择SVG自动无功补偿配置及保护项，以充分利用SVG装置容量自动调节控制策略有效改善10kV配电网的供电电能质量。另外，在计算SVG装置无功补偿容量时，不仅要考虑10kV配电网基波无功补偿容量，同时还要考虑在容量范围内补偿配电网中存在的谐波分量，对配电网谐波进行有效治理，有效提高供电电能质量水平。根据统计计算，知I母和II母需要补偿的无功容量分别为3.6MVA和3.9MVA。因此，I母和II母分别选用的SVG无功发生器装置计算所需容量为：3.6+0.57/2=3.85MVA，取SVG无功发生器补偿容量为±4 Mvar，同理II母SVG无功发生装置的补偿容量也取为±4Mvar。

2.3 应用效果分析

在该110kV变电站10kV侧I母和II母上分别配置±4Mvar的SVG无功发生器装置，经调试投运后，10kV侧I母和II母的母线电压畸变率、谐波电流均处于合格范围内，其中电压畸变率由补偿前的6.7%有效降到2.8%，能够满足10kV公用电网谐波电压限值4%的要求，补偿效果十分明显。

3、结束语

SVG无功发生器能从配电网中吸收或输送连续可调的无功功率，从而有效提高配电网的无功容量的平衡能力，稳定了供电电压水平，降低了配电网线损，提高了电力系统供电电能质量水平和供电可靠性。随着以电力电子元器件为核心的大功率电气设备在配电网系统中的使用，SVG无功发生器良好的无功动态补偿和谐波治理功能，必将在电力系统中的得到广泛的推广应用。

参考文献

[1]陈强,黎小彬.无功补偿与谐波治理装置的工程应用[J].福建电力与电工,2008,28(4):50-53.

[2]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2004．

电力系统无功补偿的研究 篇7

1 电力系统中无功补偿的作用及其原理

无功补偿是无功功率补偿, 其在电力供电系统中能对电网的功率无因数起到提高的作用, 从而降低供电的变压器以及输送线路的损耗以达到对供电环境的改善和供电效率的提高, 故此电力系统中的无功补偿的装置是一个非常重要的环节设置。

在电力系统中, 按照电源供应的负荷功率可以分成有功功率和无功功率, 无功功率与有功功率相比是较为抽象的。无功功率是在电路当中磁场和电场的相互交换, 它在电路的设备当中是维持和建立磁场的电功率的, 对外并不做功而是以其它形式的能量存在, 只要是建立磁场那么有电的磁线圈的电力设备就会消耗无功。在正常的供电情况下, 既要对电源取得有功还要取得无功, 倘若是无功不足那么将会不能正常的建立磁场, 这样就会致使电压下降, 对设备的正常使用产生影响。但是, 单是从高压输电线以及发动机的供给无功是有限的, 满足不了实际的需要, 这就需要设置一些无功补偿的方式进行对无功功率补偿以便于对设备的无功需求。总体来讲, 无功补偿就是把感性功率和容性功率的负荷相并在一个电路当中, 这时候就能使能量在两者间相互的进行交换, 由此便可以使得感性负荷所需的无功功率经由容性负荷的无功功率得到补偿。

2 在我国的电力系统中无功补偿的状况

我国社会经济的发展, 使得人们的生产、生活用电量不断增加, 电网中无功功率也不能得到平衡, 在当前的电力系统中的无功补偿方式主要有并补装置和同步调相机以及并联电抗器这几种。

2.1 并补装置

并补装置中的并联电容器是无功补偿领域中最常见的装置, 但是它只能补偿固定的无功, 尽管是运用了电容器的分组投切, 相比于固定的电容器来说更有着优越性, 更能对负载的无功动态变化进行适应, 尽管如此它也还是属于一种有级的无功调节, 在无功的平滑无极的调解上还不能实现。

2.2 同步调相机装置

同步调相机装置是早期无功补偿中的一种装置, 虽然它在动态补偿上有着优势但是响应较慢, 在运行以及维护上比较复杂, 大多为高压侧集中补偿, 在目前已经是很少使用了。

2.3 并联电抗器装置

并联的电抗器装置, 在当前所使用的并联电抗器的容量是固定的, 除了能够吸收系统的容性负荷之外, 还用以抑制电压。

虽然, 这些装置都发挥各自的作用, 但是仍然存在一些问题, 主要表现在补偿方式、谐波、无功倒送、电压调节方式的补偿设备上, 下面对这些问题进行分析:1) 在补偿的方式上的问题, 在当前的电力部门进行无功补偿的时候只注重补偿功率的因素而不注重对降低电力系统网的损耗;2) 是谐波的问题, 因为电容器对谐波有着一定的抗拒能力, 倘若是谐波的含量过于庞大时对电容器的寿命就会有着重要的影响, 还有就是电容器对谐波有着放大的作用, 故此使得系统的谐波得到更加严重的干扰;3) 是在无功倒送上的问题, 这在电力的系统当中是不允许的, 尤其是处在负荷的低谷时候, 无功倒送会造成电压的偏高;4) 是在补偿的设备上出现的问题, 在有的关于无功补偿的设备是根据电压来对无功投切量进行确定的, 而无功量的变化就是引起线路电压的波动的主要原因, 但是电压的水平是根据系统的情况来裁决的, 这就会造成无功补偿的欠缺和过补的情况发生。

3 电力系统中无功补偿在技术上的发展趋势

目前, 我国正在倡导建设节约型社会, 走可持续发展的道路, 我国节电、节能的事业正处在蓬勃的时期, 对于在电力系统无功补偿的技术革新也有着重要的要求, 无功补偿的装置在当今有着很大的市场。在2009年的时候一些经济振兴的计划给我国的电力行业带来了发展的机会, 这主要是表现在两个方面, 其一是供方对用方进行了补贴, 在这个政策之下企业也在成本上得到了实惠, 其二是在地方的政府上政绩与节能已经是有了密切的关系, 在这方面的补贴达到了百分之三十以上, 在近些年来我国在无功补偿市场上的发展尤其迅速, 在相关产品上的质量以及数量都有着很大的提高。对于我国而言, 较为传统的无功补偿装置时同步补偿器和并联电容器, 这些大多是用在高压侧进行集中补偿的系统方面, 到现在为止, 并联电容器还是当下最为主要的一种补偿方式得到了广泛的应用, 只是在控制器方面得到了更新和发展;在同步补偿器方面其实它的实质就是同步电机, 在成本上比较高而且安装也比较的复杂, 维护上也很困难, 这在使用上就有着诸多的限制。

伴随对科技的进步与时代的发展, 我国电子技术正在飞速发展, 这就使得电子技术与无功补偿得到了结合, 主要是表现在以下的几个方面:1) 在投切电容器的开关上的结合, 因为电力的半导体的开关的响应时间比较短, 故此能够对电容的投切角度进行选择以达到零电压的投切, 防止了涌流的发生, 在电容器的可靠性以及系统的稳定性上都得到了提高, 在当今使用的并联电容器的补偿装置的输回路就是利用了这个技术手段。2) 在无功补偿的无功输出的调节开关上的结合, 它可以实现对无功的连续性的调节对无功的敷在变化进行快速的跟踪, 在这其中静止型的无功补偿器是典型的代表。3) 是在电力电子的变流技术上的结合, 它把变流器当做无功的电源来对无功的输出或输入进行调节, 从而起到补偿负载无功的重要作用, 最为典型的代表是静止调相机以及有虑源波器。

4 结语

当前, 电力市场的运营和发展模式正在不断改革与普及, 人们对于电力的供应质量的要求也在进一步的提出要求, 所以这就带来了电压的综合控制问题。电力系统中的无功补偿能够有效地促进这一问题的解决, 它不仅能够对于电网功率的因数以及电压的质量问题得到很有效的解决, 还能够在合理的使用之下提高电网在经济运行上的水平以及电网系统自身的安全。

参考文献

[1]邵斌.无功补偿的意义及补偿方式[J].贵州化工, 2011.

[2]刘旭明.低压配电网无功补偿研究与探讨[J].中国电力教育, 2011.

电力系统的无功补偿调度研究 篇8

调度员主要负责有功功率的调度,随着输电电压的提高和电力系统联网容量的增大,电力系统对无功功率的调节能力要求越来越高。由于无功补偿对电网安全、稳定、优质、经济运行具有重要作用,因此无功补偿是电力部门特别关注的问题。

电力系统无功功率的短缺,常常造成电压下降,某些枢纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻间大幅下降,导致电力系统瓦解。合理选择无功功率补偿方案,能有效提高电力系统的稳定性,提高电压质量、降低网损和减少费用。

1 无功补偿的现状

无功补偿的主要作用包括稳定电压、减少设备容量和功率损耗、提高供电质量、提高系统输电稳定性和输电能力等。

1.1 无功补偿方法

(1)同步电机。同步电机包括同步发电机、同步电动机及同步调相机。同步发电机正常运行时,滞后功率因数运行,向系统提供无功,必要时减小励磁电流,使功率因数超前,吸收多余的无功;同步电动机通过调整励磁电流改变输出的无功电流大小和方向,成本高,安装复杂,维护困难;同步调相机是空载运行的同步电机,能在欠励或过励的情况下向系统吸收或发出无功,但它有功损耗大,响应速度慢,运行维护复杂。

(2)并联电容器。并联电容器可根据系统所需无功的多少,自动投切补偿电容,功耗小,装设灵活,但容易出现过补偿或欠补偿。

(3)静止无功补偿器。静止无功补偿器由晶闸管控制投切的电抗器和电容器组成,它能快速平滑地满足无功补偿的需要,但由于晶闸管控制,电抗器的投切过程中会产生谐波。

(4)静止无功发生器。静止无功发生器最基本的电路是三相桥式变流电路,它不需要大容量的电抗器和电容器等储能元件,只需在其直流侧安装较小容量的电容器便可维持其电压。通过采用PW M控制,静止无功发生器既可发出无功功率,也可吸收无功功率,但控制系统比较复杂。

(5)有源电力滤波器。有源电力滤波器可在滤波的同时进行无功补偿,可连续调节且响应迅速,既可对一个谐波和无功源进行单独补偿,也可对多个谐波和无功源进行集中补偿,但成本较高,实现复杂。

(6)统一潮流控制器。统一潮流控制器集并联补偿、串联补偿等多种功能于一身,具有综合控制电力系统各种基本量的能力,从而实现线路有功和无功功率的准确调节,运行灵活,具有良好的发展前景。

1.2 无功补偿方案

无功补偿方案一般可分为高压集中补偿、低压集中补偿、线路固定补偿和用电设备随机补偿。

2 动态无功补偿的研究

对电力系统进行动态无功补偿是非常必要的,动态无功补偿的优点有:当系统发生故障或突增负荷时,动态无功补偿能动态地提供电压支撑,确保母线电压的稳定性,提高电力系统暂态稳定水平,减少低压释放的负荷数量,防止发生暂态电压崩溃;并且能够抑制系统过电压,改善系统电压稳定性,在负荷侧抑制电压闪变,补偿负荷不平衡,提高功率因数。

2.1 动态无功补偿的基本原理

图1和图2分别为动态无功补偿的单相电路简图和无功功率动态补偿原理图。

图1中,U为系统电压,R和X分别为系统电阻和电抗。假定R<

式中,U0为无功功率为零时的系统电压;SSC为系统短路容量。

由此可知,无功功率的变化会引起电力系统电压成比例的变化。投入补偿器以后,电力系统供给的无功功率为负载所用无功功率和补偿器无功功率之和,即Q=QL+Qr。因此,当负荷无功功率QL变化时,补偿器的无功功率Qr随QL反方向变化,使得Q保持不变,从而供电电压保持不变,这就是对无功功率进行动态补偿的原理。

图2表示出了进行动态的无功补偿,并使系统工作点保持在Q=QA=常数,当工作点保持在Q=0处,即图中的C点时就实现了功率因数的完全补偿。

2.2 无功补偿容量的计算

在网络参数一定的条件下,无功补偿容量与通过导线的电流平方成正比。设补偿前流经电力网的电流为I1,其有功、无功分量分别为I1R和I1X,如图3所示。则:

若补偿后,流经网络的电流为I2,其有功、无功分量分别为,则:

由于加装电容器后不会改变补偿前的有功分量,所以I1R=I2R。

补偿前的线路损耗为:

补偿后的线路损耗为:

而补偿容量为:

2.3 SVG的优势

SVG(静止无功补偿)装置具有优良的性能,近20年来,在世界范围内其一直在迅速而稳定地增长。采用电容器进行无功补偿,补偿后的功率因数在0.85左右,采用电源模块的SVG进行无功补偿,补偿后的功率因数一般在0.98以上,且在5~20ms内就可以完成一次补偿。传统的无功补偿装置基本上采用的是3~10级的有级补偿,每增减一级就是数千乏,不能实现精确的补偿。SVG可以从0.1千乏开始进行补偿,实现精确补偿。电容式无功补偿装置,电容会放大谐波,所以根本不能滤除谐波,SVG不产生谐波更不会放大谐波,并且可以滤除50%以上的谐波。SVG使用寿命长,自身损耗极小且基本上不要维护。

3 无功补偿实例分析

以单个变压器为例,设补偿前的视在功率S=2000k VA,补偿前的功率因数为cosφ1=0.85,补偿后的功率因数为cosφ2=0.99,年用电时间T=3 000h,补偿装置单位投资为150元/千乏,补偿装置本身损耗为3%,投资回收率为10%/年。根据上述条件,可得到无功补偿前P1=1700k W,Q1=1053.6kvar,tanφ2=0.1414,因装置本身有功损耗为3%,设需要的补偿容量为x,那么可以得到:

可得到补偿容量x=751.1kvar。

设每k VA收取费用为180元/年,补偿前基本电费:

JF1=180×2000=36万元。

如果每k Wh为0.4元,补偿前电量电费:

DF1=0.4×1700×3000=204万元。

由以上分析可知,补偿前年费用:

A=JF1+DF1=36+204=240万元。

经过无功补偿后,变压器视在功率为:

补偿后基本电费:

JF2=180×1739.93=31.3187万元

补偿后电量电费:

DF2=0.4×(1700+0.03×751.1)×3000=206.7039万元

无功补偿装置折旧费:

ZF=150×751.1×10%=1.1266万元

无功补偿后的年费用:

B=JF2+DF2+ZF=239.1492万元

安装无功补偿后,获得的年效益:

△F=A-B=0.8508万元

上面分析是以单个变压器为例进行分析的,如果计及网损、功率因数调整电费、改善电压质量等方面因素,其经济效益将更加可观。

4 无功调度应采取的措施

调度员在进行有功功率调度的同时,应充分利用电网中的无功补偿设备,保证无功功率的平衡。各级调度应按照发电企业和供电企业提供的无功调节能力,编制重大设备检修情况的无功功率运行方式。上级调度应保证向下级调度提供足够的无功电力,下级调度从上级调度吸收的无功功率除了补偿本地区电网无功损耗外,还应向再下一级电网送出一定的无功。调度人员接到无力调整的报告后,应根据电网负荷情况重新调整电网有功、无功出力或负荷分布,保证电压运行在合格范围内。任何情况下,禁止低压电网向高压电网反送无功电力,当电力系统发生事故时,要防止无功功率的缺乏引起电压下降,导致电压崩溃引起大面积停电事故。

5 结论

无功功率对电力系统特别重要,加强电网的无功补偿和无功调度势在必行,只有将有功调度与无功调度有机地结合,才能够确保电网的安全、稳定运行。

摘要：阐述了无功补偿的方法及方案,以及动态无功补偿的基本原理和无功补偿容量的基本方法,通过分析无功补偿后的电力系统,表明了无功动态补偿的优越性,最后提出加强电网无功功率调度的措施。

关键词：电力系统,无功,补偿,调度

参考文献

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[2]朱桂萍,王树民.电能质量控制技术综述[J].电力系统自动,2002,26(19):28-31

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[4]卓放,王跃,王兆安.三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器[J].电工技术杂志,2001,(04):1-4

[5]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力出版社,2006

电力系统无功补偿 篇9

无功功率补偿, 简称无功补偿, 他在我们的整个系统中主要作用是提高电网的功率, 降低损耗, 以此来提高我们的工作效率, 积极地改善我们的电力环境等。通过上述我们发现, 做好无功工作是很重要的。工作中我们要认真的选择好进行补偿的设备, 这样能够很好的降低网损, 提高供电质量等。相反地, 如果我们不能有效的选取设备就会给我们的系统带来很多不利的因素, 影响系统的工作。所谓的无功有两种方式, 一种是动态的一种是动态的。静态无功补偿是根据负载情况安装固定容量的补偿电容或补偿电感, 动态补偿是根据负载的感性或容性变化随时的切换补偿电容容量或电感量进行补偿。平时用的补偿都是有级的。换句话说常用的补偿装置如电容, 是按组来进行投切的, 通俗点就是系统产生的和你补偿的数量不会一样, 虽然不是很完美, 但是由于此种方法已经在很大程度上提高了功率, 所以说是值得使用的。但是, 有一些负载, 在工作时产生的无功存在很大的变化, 而且速度很快, 有时快到毫秒, 最常见的就是电焊机, 他的一个工作时间仅为零点二秒的时间, 间还有几十秒的半负荷及几十秒的停顿, 具体工作时, 无功改变是没有规律可循的。此时, 如果我们还用过去的方法是无效的。我们应该使用上述的动态模式进行。

动态, 指的就是速度快, 及时性好。第一点就是速度必须要有保证, 第二点就是不乱用电负载用多少的无功, 补偿设备就得补偿多少。上述两点, 是动态的基本特点。虽然有两点, 但并非都需要。很多时候个别的负载有着很快的速度, 但无功量不会发生改变, 换句话说, 动态强调的多是速度问题。

动态无功补偿装置由高压开关柜、并联电容器、串联电抗器、放电线圈、氧化锌避雷器、支柱绝缘子、框架等构成。动态无功补偿装置根据改善和提高功率因数, 降低线路损耗, 充分发挥发电、供电设备的效率功能强大, 液晶字段显示, 性能可靠稳定, 抗干扰能力极强。这种方法在特定的环境下功率会符合标准, 就是都能够补偿量正好合适的时候。

无功的补偿设备有三种, 因数性的, 功率型的, 电流型的。其中最常见的是因数型的, 在采样以及控制等方面都比较方面。电流型的能够很好地解决第一种的缺陷问题, 适应性很好, 能够解决线路不稳的问题, 同时能够做好检查以及补偿等的工作。用于动态补偿的控制器要求就更高了, 一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的, 对设备的抗干扰性能有很大的要求, 同时还要求速度, 最重要的要求是工作效率要高。

2 动态无功补偿装置最优利用方法与原

理功能

配电线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。此时线路的补偿点要尽可能的少, 尽量少的使用分组控制方式。同时要合理的控制补偿容量, 尽可能的降低过补偿的状况发生。除此之外, 保护方法也要尽可能简单, 一般使用熔断器以及避雷设备等。这种方法的特点是投资少收效快, 管理方便, 维护简单, 对于功率低以及负载重的线路比较实用。

在我国的城市以及农村多是使用低压的三相四线的模式:很多时候用户多是单相的负荷或者是单相以及三相混合使用的, 而且关键的是负荷不同, 时间不一样。因此, 不平衡的电流是会存在的, 而且此状况毫无规律可言, 而且无法预知。这就很大程度上出现了长期的不均衡现象。对于这种不平衡现象, 我们除了尽可能有效地分配好负荷, 没有很好地对策。

这种不均衡现象不仅会使得线路的铜损增加, 而且还会使得铁损严重, 使得变压器出力降低, 严重时会影响到运行, 终将会导致电压的不均衡现象。

调整不平衡电流无功补偿装置, 有效地解决了这个难题, 它不仅能够补偿无功, 还能调整好有功。理论上讲, 它能有效地将因数补偿到1, 最终确保电流平衡。在具体的工作中我们发现, 实际效果能达到高于零点九五的标准, 能有效地调整电流。

装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等, 经过电脑分析得出无功, 然后与设定值相比较, 最终得到最佳的补偿。现在国内的设备和国外的同类相比还是存在一些问题, 具体表现为补偿不能有效, 而且冲击电流太大, 特性不好, 维护费用过高等特点。除此之外, 就是不能快速的进行动态响应。另外, 没有完善的标准制度等。这就使得发展较慢。但是它的优点也是不容忽视的, 比如运算快速, 能很好的抵抗干扰, 最有效的时工作效率好。

实际方法:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路, 这时能量就能很好的交换与这两个不同的负荷之间。

动态无功率补偿装置的主要功能:第一, 提高了工作的稳定性能, 第二点, 很好的维持了电压, 更进一步的促进了稳定性能, 第三点, 能很好地补偿无功, 并且提高功率, 能有效降低线损, 实现节能, 第四, 能有效抵制波动现象, 最后一点, 能确保三相平衡。

动态无功面临的问题:第一是设备容易发生破损, 第二是部件容易产生熔断现象, 第三点是使用效率不高

3 动态以及静态的差异

(一) 前者表示靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量, 以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近;后者表示手动投入固定值补偿量, 不随线路力率情况改变补偿量, 除非是能够达到很好的补偿, 才能确保功率合格, 如果补偿太大了或者是过小了, 都会导致功率过低的现象。

(二) 所谓的动态, 是确保时间快速, 一般是通过可控硅投切电容组TSC、可控电抗器调节无功TCR型SVC或利用IGBT器件调节的静止性无功发生装置SVG等来实现。

4 应用

(一) SLTF型低压无功动态补偿装置:适用于交流50Hz、额定电压在660V以下, 此时的负载很容易变化, 因此对电压以及功率有很高的要求的行业中, 有电力以及汽车、石化、冶金、煤炭以及油田等。安装时, 要求周围没有易爆以及易燃物, 同时还要没有损坏绝缘的气体, 以及腐蚀性的物质, 不能有易导电的灰尘颗粒等。不能有强烈的震动以及颠簸现象, 安装时倾斜度要不大于百分之五。

(二) SHFC型高压无功自动补偿装置:此类设备比较适用于那种适6k V到10k V的变电站, 可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器, 能有效地适应所有的运行方式。具体的技术体现是, 电压处于优先, 工作时我们要按照电压的质量来进行投切工作, 确保母线电压能处于一定的范围之内。

(三) WDB-K型低压无功动态补偿装置:采用大功率晶闸管投切开关, 控制器可根据系统电压, 无功功率、两相准则控制晶闸管开关对多级电容组进行快速投切。晶闸管开关采用过零触发方式, 可实现电容器无涌流无冲击投入, 此举能够很好地稳定电压、改善功率以及补偿无功等。我们大力推广语石化、冶金、建材等企业或者是小区内的配电网中。安装时要确保没有易燃易爆品, 没有会发生腐蚀的东西, 不会被水淹没, 同时避免过强的振动等。它能够在发生外部事故或者是停电的时候自行停运, 当有电的时候又能自动回复。

结语

综上所述, 我们发现, 照目前的发展情景来讲, 我国的配电网中的无功补偿还不是很完美, 存在很多缺陷, 但是也有很多优势, 为我们的经济发展带来了一定的辅助作用, 而且前景广阔, 利用价值很高, 性价比很好。

参考文献

[1]刘良军DB系列无功动态补偿在企业配电系统中的应用2001-01-07.

电力系统的无功补偿和电压调整 篇10

关键词：电力系统,无功补偿,电压,措施

1 电压与无功补偿

在变压器或输电线路传输功率的过程当中, 电力往往会在线路以及变压器阻抗上出现损耗, 下文我们就以一条具体的输电线路进行分析。如下图 (图1) 所示, 它表示的是一条输电线路单相等值电路, 为了有效说明我们以线路的末端电压U2作为参考轴, 假设线路电流I为正常的阻感性符合电流并滞后于U2角度f, 电流在经过线路电阻时出现电压降IR, 同电流向量方向同向。此时在线路上线路电流也产生电压降IX并超前电流向量90°, 那么线路首端电压极为IR、U2、IX三个电压综合, 如图2所示。

从图2可以知道, 线路产生的电压损耗DU是电压DU1与DU2之和, 另外, U1=IRcosf, DU2=IXsinf, 经过计算可以得知, 线路电压损耗DU为I (Rcosf+Xsinf) 。电流I如果利用线路末端的单相功率S和电压U2表示, 即为Q=U2Isinf, P=U2Icosf, 得出电压损耗DU= (PR+QX) /U2。

经过以上分析可以知道, 电压损耗产生的主要因素就是由于无功功率在电抗上的压降和有功功率在电阻上的压降。一般情况下在电力系统中, 电抗数值要高出电阻很多, 因此电压损耗在很大程度上受到无功功率的影响, 而有功功率则对电压损耗的影响要小一些, 由此可见电力系统中无功功率才是导致电压损耗的主要原因。

2 电力系统无功补偿方式

2.1 同步调相机

同步调相机实际上是一种同步电动机, 它应用于无功补偿非常早, 随着并联电容器的广泛使用其重要地位逐渐消退, 但是同步调相机也有着巨大的优势:

2.1.1 根据电力系统负荷的变化情况, 同步调相机能够均匀、稳定的调整电压, 确保电力系统电压处于规定水平。而电容器则只能够将其分为若干小组进行阶梯式的调压, 因此同电容器相比具有更强的适应性。

2.1.2 根据电力系统无功需要, 同步调相机还可以自动调节励磁的运行, 在过励磁时甚至能够保证它发出额定值100%的无功功率, 欠励磁时吸收额定值50%的无功功率。而电容器则只能发出无功, 不可吸收无功。

2.1.3 同步调相机可以强制性的在电力系统中装设励磁装置, 这样一来即使电力系统出现故障, 电压迅速降低, 同步调相机也能够强行励磁从而保证电压稳定, 这对于提高电力系统运行的安全稳定性无疑有着巨大的作用。

2.2 并联电容器

并联电容器是当前使用最为广泛的一种无功补偿设备, 当前国内外电力系统中大概有90%左右的无功补偿设备均为并联电容器, 它在电力系统中的应用主要由以下优势:

2.2.1 经济高效, 电容器及其设备的投资、运行费用低廉, 安装调试也非常方便, 能够在短时间内迅速起到控制效果。

2.2.2 损耗小、效率高。大量的实践研究表明, 电容器的损耗仅仅只占其容量的0.02%左右, 而同步调相机则为2%-30%, 其损耗远远低于同步调相机。

2.2.3 维护方便, 电容器本身就是一种静止设备, 在工作运行当中没有噪音, 而且运行维护非常简便, 而同步调相机为旋转电机, 不但会产生噪音, 在维护上的难度也比较大。

2.2.4 灵活性强。电容器之所以能够在现代电力系统中得到广泛应用, 其原因就在于它的适应性。同步调相机只能够固定的安装在某一中心变电站中, 但是电容器则可以深入到各个电力系统内, 打破了空间限制。

3 电力系统的电压调整

3.1 改变发电机端电压调压

调压措施有很多种, 但最有效、经济的手段莫过于利用发电机调压, 而且这种方式无须任何额外投资和装置。改变发电机端电压进行调压主要是通过调节励磁实现的, 现在所应用的同步发电机大多都可以在额定电压的95~105%范围内以额定功率运行, 也就是在保持发电机正常工作的前提下在此范围内进行调压。

3.2 调整变压器变比调整电压

一般而言, 双绕组变压器的三绕组和高压绕组变压器中高中压绕组通常有若干个分接头供人们选择, 选择不同的分接头可以实现变压器变压比例的变化, 实现调压的效果。在电力系统中, 通过利用各类有载变压器调压可以高效、迅速的起到作用, 但是有些负荷不采用有载调压变压器难以获得负荷所需要的电能质量。

3.3 补偿设备调压

在电力系统无功功率不足的情况下, 往往需要使用各类补偿设备进行调压, 补偿设备主要非为串联补偿和并联补偿两大类。串联补偿就是串联电容器进行补偿, 但由于电容器设计、运行等原因如果作为调压措施未免有点牵强, 因此更多的情况下是采用并联补偿的方式。并联补偿主要是将调相机、静止补偿器和电容器并联, 采用这一方式能够使电容器根据电力系统的实际需要连接成组, 实现就地补偿, 从而取得减少线路损耗和电压损耗的效果, 而且电容器在这一过程中还可以实现随电压波动分组投切。但是在这一过程中需要注意的是, 并联电容器只能够发出感性无功功率来提高节点电压, 并不能吸收无功功率来降低节点电压, 所以在电力系统低负荷状态下, 应该及时的除去部分节点上的电容器, 保证补偿设备调压能够起到良好效果。

4 结束语

总而言之, 电力系统的无功补偿不但能够有效的改善电压质量, 而且可以达到无功符合的就地平衡。这对于提高我国国家电网的运行水平、电费支出的降低有着至关重要的作用。但是在当前的具体应用过程当中仍然还存在较多的问题, 因此我们更应该从技术、经济等角度进行全面的考虑, 具体情况具体分析, 采用合理的对策, 从而使电力系统实现经济、稳定、高效运行。

参考文献

[1]徐先勇.电力市场下的无功优化规划[J].电工技术杂志, 2000, 6.

[2]王正风.浅谈电力系统的无功优化和无功补偿[J].电力电容器, 2002, 3.

[3]唐宗全.计及无功电价的无功优化规划[J].华东电力, 2000, 3.