電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償-畢業(yè)論文

1、<p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展， 電力系統(tǒng)中如電動(dòng)機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備明顯增多，其產(chǎn)生的無功功率也是越來越多，無功功率對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響也日益顯現(xiàn)出來。</p><p>　　本文分析了無功功率的產(chǎn)生機(jī)理和無功功率對(duì)電力系統(tǒng)造成的不利影響。 無功

2、功率對(duì)電網(wǎng)有著很大的影響， 如增大輸電線路中的電流， 造成電能損失； 電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓偏移，使系統(tǒng)穩(wěn)定度下降，同時(shí)還可能造成電氣設(shè)備運(yùn)行效率下降或使用壽命縮短等。同時(shí)，</p><p>　　按照無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展歷程分析、比較了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置和現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置， 傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置包括電容器補(bǔ)償裝置和電抗器補(bǔ)償裝置， 現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置有飽和電抗器、晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器和晶閘管控制變壓器等，最終得出了適合

3、不</p><p>　　同補(bǔ)償場(chǎng)合使用的補(bǔ)償裝置。同時(shí)，本文還分析、比較了各種無功補(bǔ)償方式，主要有變</p><p>　　電所集中補(bǔ)償方式、低壓集中補(bǔ)償方式、桿上補(bǔ)償方式、用戶終端分散補(bǔ)償方式等， 最終確定了適用于不同供配電網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償方式。 通過分析某一配電網(wǎng)實(shí)例， 選擇恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置和合適的無功補(bǔ)償方式對(duì)其進(jìn)行無功補(bǔ)償，并對(duì)無功補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。</p><p&g

4、t;　　關(guān)鍵詞：無功功率；無功補(bǔ)償；無功補(bǔ)裝置；無功補(bǔ)償方式</p><p><b>　　- I -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of power sys

5、tem, more and more electrical equipments such as motors, transformers come into power system, reactive power is increasing dramatically, the impact of reactive power is alsoincreasing.</p><p>　　The mechanism

6、 of where the reactive power comesfrom is analyzed in this thesis , as well as the harmful impact it makesto power system. Reactive power in power system hasa great impact on power system such as increasing the amplitude

7、 of current in circuit, which make a contribution to energy losses,changing the voltage of a node, decreasingthe stability of power system, andlowing the operational efficiency of an electrical equipment or shorting the

8、service life of an electrical equipment. Tradit</p><p>　　Key words ： Reactive power ，Reactive power compensation ，Reactive power compensation device，Reactive power compensation method</p><p><

9、;b>　　- II -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　- III -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 課

10、題背景與意義</p><p>　　近年來，隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)無功功率的需求不斷增加， 這些無功功率全部由發(fā)電廠提供顯然是不現(xiàn)實(shí)的， 也是不可行的， 即使發(fā)電機(jī)可以提供足夠的無功功率， 無功功率在電網(wǎng)中長(zhǎng)距離傳輸也是不可行的，因?yàn)?，這將使電力傳輸?shù)?lt;/p><p>　　電流增大，進(jìn)而使電力系統(tǒng)中傳輸電能的電氣設(shè)備容量和尺寸增大，增加投資成本， 同時(shí)，無功功率的流動(dòng)還可能造

11、成電壓偏移，電網(wǎng)傳輸能力下降等不良影響。</p><p>　　在電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償是解決上述問題的有效方法。 無功補(bǔ)償相當(dāng)于在距離需要無功功率的電氣設(shè)備較近的位置為其提供無功功率， 這樣就可以減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，有效減少無功功率流動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)造成的不利影響。因此，為了避免無功功率對(duì)電力系統(tǒng)造成的不利影響，在電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償有著非常重要的意義。</p><p>　　1.2 課題研

12、究現(xiàn)狀</p><p>　　將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法， 在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其補(bǔ)償容量是固定</p><p>　　的，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展， 要求對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而產(chǎn)生了同步調(diào)相機(jī)。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電動(dòng)機(jī)， 在過勵(lì)磁或欠勵(lì)

13、磁的情況下， 能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。由于它是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，</p><p>　　響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊蟆?lt;/p><p>　　20 世紀(jì) 70 年代以來，同步調(diào)相機(jī)開始逐漸被靜止型無功補(bǔ)償裝置所取代。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器型的。 與同步調(diào)相機(jī)相比，飽和電抗器具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)； 但其鐵心需磁化到

14、飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲還是很大，而且存在非線</p><p>　　性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡，所以未能占據(jù)主流。</p><p>　　電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用， 將晶閘管控制的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了無功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)， 并逐漸占據(jù)了靜止無功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。于是，靜止無功補(bǔ)償裝置（ SVC—Static Var Compensator）成了專門使

15、用晶閘管控制的靜止無功補(bǔ)償裝</p><p>　　置。靜止無功補(bǔ)償裝置主要包括晶閘管控制電抗器 （TCR—Thyristor Controlled Reactor）、晶閘管投切電容器（ TSC—Thyristor Switched Capacitor）和晶閘管控制變壓器（ TCT— Thyristor Controlled Transformer）等。</p><p><b>　

16、　- 1 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　靜止無功發(fā)生器（ SVG— Static Var Generation）是比靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）更</p><p>　　為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，依然利用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康模c SVC 相比， SVG 是將電力系統(tǒng)的電流相位進(jìn)行變化， 而不是單純的

17、容性無功與感性無功之間的相互</p><p><b>　　抵消。</b></p><p>　　最近幾年，EPRI 還提出了統(tǒng)一潮流控制器 （UPFC—Unified Power Flow Controller），</p><p>　　它是將晶閘管環(huán)流器產(chǎn)生的交流電壓電流串入并疊加在輸電線相電壓上， 使其幅值和相角可連續(xù)變化， 實(shí)現(xiàn)線路有功、無功

18、功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，從而提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)震蕩，其結(jié)構(gòu)與 SVG 類似，區(qū)別是其輸出變壓器串聯(lián)接入輸電線。我國(guó)清華大學(xué)、電力科學(xué)研究院等單位都進(jìn)行了這方面的研究和試驗(yàn)， 并取得良好的效果。還有，近期開</p><p>　　展的電力有源濾波器（ APF—Active PowerFilter ）研究也取得很大進(jìn)展，它是目前唯一</p><p>　　能夠全面動(dòng)態(tài)補(bǔ)償廣義無功功率的補(bǔ)償裝置，

19、理論上可以輸出任意波形和相位的電壓和</p><p>　　電流，既能補(bǔ)償諧波還能補(bǔ)償三相不對(duì)稱功率和基波正序無功功率?？梢灶A(yù)見，這些將</p><p>　　大功率電力電子技術(shù)運(yùn)用于電力系統(tǒng)中的開發(fā)和探索將更加廣泛，將進(jìn)一步提高電網(wǎng)的</p><p><b>　　輸電能力與穩(wěn)定性。</b></p><p>　　隨著電力電

20、子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響， 靜止無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）在城網(wǎng)改造中，運(yùn)行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀， 因此提出了無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀的一體化的問題。</p><p>　　（2）快速準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的無功參數(shù)，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)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(fù)荷

21、或負(fù)荷波動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合）。隨著計(jì)算機(jī)</p><p>　　數(shù)字控制技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，可以在無功補(bǔ)償中引入一些先進(jìn)的控制方法， 如模糊控制等。</p><p>　?。?）目前，無功補(bǔ)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(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置則具有重要意義，關(guān)鍵問題是要解決補(bǔ)償裝置晶閘管和二極管的耐

22、壓，即多個(gè)晶閘管元件串聯(lián)及均壓、觸發(fā)控制的同步性等。</p><p>　　（4）由單一的無功功率補(bǔ)償向具有濾波以及抑制諧波的功能的無功補(bǔ)償裝置的發(fā)</p><p>　　展。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(fù)荷中含有大量</p><p>　　諧波，研制開發(fā)兼有無功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善</p>

23、<p>　　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[1] 。</p><p><b>　　- 2 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況， 選擇合適的無功補(bǔ)償方式不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)無功功率的有效補(bǔ)償，而且可以減少配置無功補(bǔ)償裝置的投資，

24、做到事半功倍的效果。</p><p>　　目前使用的補(bǔ)償方式按照無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償速度有以下三種補(bǔ)償方式： 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式、靜態(tài)補(bǔ)償方式和混合投切的補(bǔ)償方式；按照無功補(bǔ)償裝置安裝的位置可以分為：</p><p>　　變電所集中補(bǔ)償方式、低壓集中補(bǔ)償方式、桿上補(bǔ)償方式、用戶終端分散補(bǔ)償方式等。</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)</p>

25、<p>　　本文將對(duì)供配電系統(tǒng)中無功功率產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響及造成的危</p><p>　　害進(jìn)行分析， 同時(shí)，分析、研究無功補(bǔ)償裝置的原理， 分析、對(duì)比不同形式的無功補(bǔ)償，</p><p>　　通過以上的分析與研究， 得到一套較為完善的補(bǔ)償方案， 并用本方案對(duì)某一需要無功補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。</p><p><b>　　- 3

26、 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　無功功率及無功補(bǔ)償</b></p><p><b>　　2.1 無功功率</b></p><p>　　許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的， 如變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)

27、行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。 為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率。</p><p>　?。?）設(shè)備出力不足。線路和變壓器允許的通過容量降低；并聯(lián)電容器按電壓平方</p><p>　　關(guān)系減出力，使無功電源進(jìn)一步減少；發(fā)電機(jī)出力降低，電壓降低10%～15%，有功和</p><p>　　無功出力均減少10%～15%。</p><p>

28、　?。?）降低輸變電設(shè)備的供電能力。根據(jù)式 2.1，無功功率流動(dòng)的增加將降低輸變電設(shè)備的供電能力。</p><p><b>　　U e</b></p><p>　　式中， U e 為供電線路額定電壓。</p><p>　?。?）電力系統(tǒng)損耗增加。發(fā)電廠廠用電增加；線路、變壓器有功損耗和無功損耗增加。如線路電壓平均降低 15%，線路損耗增加約 3

29、2%。</p><p>　　（5）設(shè)備使用壽命縮短或設(shè)備損壞。由于電壓低，用戶電動(dòng)機(jī)出力低。如電壓降</p><p>　　20%，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減少 36%，電流增加約 20%～25%，設(shè)備溫度升高 12%～15%，電壓再低，則電動(dòng)機(jī)軸功率不足， 被迫停轉(zhuǎn)，繞組過電流， 甚至燒毀設(shè)備； 電壓低 10%時(shí)，日光燈壽命縮短 10%，低 20%時(shí)則無法啟動(dòng)。</p><p>

30、　?。?）無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器</p><p>　　及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。 同時(shí)，電力用戶的起動(dòng)及控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表的尺寸和規(guī)格也要加大。</p><p>　?。?）無功功率的增加，將使電網(wǎng)中的電流與電壓的相位不同相，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的諧波分量，導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)定和諧波干擾增大。</p><p>　?。?）電

31、力系統(tǒng)穩(wěn)定度下降。無功補(bǔ)償容量不足，迫使發(fā)電機(jī)無功出力增大，受端系統(tǒng)電壓被迫下降， 當(dāng)送電線路發(fā)生故障時(shí)，受端系統(tǒng)因無功電源不足，電壓進(jìn)一步降</p><p>　　低，如果電壓降低到額定電壓的70%以下，就可能引起電壓崩潰故障， 造成大面積停電。</p><p><b>　　- 4 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

32、</p><p>　　鑒于以上諸多無功功率流動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的不良影響， 應(yīng)盡量減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此，需要必要的無功補(bǔ)償。</p><p>　　2.2 無功補(bǔ)償?shù)脑?、意義及技術(shù)要求</p><p>　?。?）無功補(bǔ)償?shù)脑?lt;/p><p>　　在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器、 同步調(diào)相機(jī)等容性設(shè)備以后， 可以供給感性消耗的部分無功功率，減小電

33、網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供無功功率。 進(jìn)而減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低輸電線路因輸送無功功率造成的電能損耗， 改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件， 這種做法稱為無功補(bǔ)償。</p><p>　　在純電感電路中，電流超前于電壓 90°，而在純電容電路中，電流滯后于電壓 90°，在同一電路中， 電感電流與電容電流方向相反， 相差 180°，如果在電路中有比例地安裝電容元件或電容元件， 使兩者的電流相

34、互抵消， 使電流矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而可以提高電能做功的能力，這就是無功補(bǔ)償?shù)脑怼?lt;/p><p>　?。?）無功補(bǔ)償?shù)囊饬x</p><p>　　電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)荷要消耗無功功率，而且大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無</p><p>　　功功率。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)荷需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得， 如果這些所需要的無功功率由發(fā)電機(jī)提供并

35、經(jīng)過長(zhǎng)距離傳送， 顯然是不合理的， 通常也是不可能的；如果這些所需要的無功功率不能及時(shí)得到補(bǔ)償， 電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及用電設(shè)備的安全就會(huì)受到影響。 因此，無功功率補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)有著重要意義， 概括起來有：</p><p>　?、?穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量；</p><p>　?、?提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減小功率損耗；</p><p&

36、gt;　?、?改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力；</p><p>　　④ 提高發(fā)電機(jī)有功輸出能力；</p><p>　　⑤ 減少線路電壓損失，提高電網(wǎng)的有功傳輸能力；</p><p>　　⑥ 降低電網(wǎng)的功率損耗，提高變壓器的輸出功率及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益；</p><p>　　⑦ 降低設(shè)備發(fā)熱，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，改善設(shè)備的利用率；</p>&

37、lt;p>　　⑧ 高水平平衡三相的有功功率和無功功率；</p><p>　?、?避免系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故，提高運(yùn)行安全性[2] 。</p><p>　　（3）無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)要求</p><p>　　無功電源充裕，但運(yùn)行管理不當(dāng)和調(diào)相調(diào)壓手段不足，也能引起電壓過高的危害。諸如，設(shè)備絕緣輕則降低壽命，重則擊穿燒毀；引起設(shè)備過激磁，電流增大產(chǎn)生諧波和引起設(shè)備

38、升溫； 照明設(shè)備壽命驟減等。但在系統(tǒng)中加強(qiáng)無功管理，強(qiáng)調(diào)無功電源和負(fù)荷</p><p><b>　　- 5 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　的平衡和輔以有載調(diào)壓等措施， 一般在不增加設(shè)備的情況下， 用戶電壓過高的問題也可以得到改善。</p><p>　　提高用電單位的自然

39、功率因數(shù) , 應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃 , 合理布局 , 分級(jí)補(bǔ)償 , 就地平衡；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合 , 以分散補(bǔ)償主； 高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合 , 以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則。</p><p>　　① 總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主</p><p>　　從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出， 各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定容量的無功功率， 尤其低壓配電

40、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(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。</p><p>　?、?電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合</p><p>　　在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率占 50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶

41、共同進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　?、?分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主</p><p>　　集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)， 如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)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功率，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

42、為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負(fù)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(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。</p><p>　?、?降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主</p><p>　　在供配電系統(tǒng)中，保證結(jié)點(diǎn)電壓是非常重要， 一方面可以通過電壓器的分接頭調(diào)整，另一方面可以通過控制無功功率來調(diào)整。 由于在減少無功功率流動(dòng)的前提下通過調(diào)整

43、變</p><p>　　壓器分接頭來調(diào)整結(jié)點(diǎn)電壓是很容易的，所以，只要減少無功功率的流動(dòng)就可以了。 無功功率的流動(dòng)減少則線路電流減小， 進(jìn)而線路損耗減小，因此，無功補(bǔ)償還需要降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主 [3,4] 。</p><p>　　無功功率補(bǔ)償雖然可以減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)， 減少系統(tǒng)損耗， 穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但如果無功補(bǔ)償不合理，如欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償，都不能達(dá)到無功

44、補(bǔ)償?shù)哪康模虼?，需要?duì)無功補(bǔ)償制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使無功補(bǔ)償起到積極作用。</p><p><b>　　- 6 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》 中規(guī)定，無功電力應(yīng)就地補(bǔ)償，用戶應(yīng)在提高用電自然功率的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和安裝無功補(bǔ)償裝置，并做到其隨負(fù)荷和電壓的變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止功率倒

45、送。用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：</p><p>　?、?高壓供電的工業(yè)用戶（ 160kVA 以上）和高壓供電帶有負(fù)荷調(diào)壓裝置的電力用戶</p><p>　　3200kVA 以上），功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到 0.90 以上；</p><p>　　其他 100kVA （ kW）及以上電力用戶和大、中型電力用戶，功率因數(shù)為0.85 以<

46、/p><p><b>　　上；</b></p><p>　?、?農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為 0.80。</p><p>　　以上是無功補(bǔ)償對(duì)功率因數(shù)的要求，同時(shí)，無功補(bǔ)償對(duì)補(bǔ)償電壓也有一定的要求。</p><p>　　35kV 及以上用戶供電電壓正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；10（6）kV</p>&

47、lt;p>　　及以下三相供電電壓允許偏差值， 為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的± 7%；0.4kV 單相供電電壓允許偏差值為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 +7%～-10%。</p><p>　　無功功率的流動(dòng)可以造成線路上的功率損耗，因此，無功補(bǔ)償對(duì)線路損耗也有一定</p><p>　　的要求。根據(jù)不同地區(qū)的具體情況，線損要求可能不同，一般要求線損率不超過7%[5] 。</p><

48、;p><b>　　- 7 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　無功補(bǔ)償裝置</b></p><p>　　無功補(bǔ)償裝置按照出現(xiàn)的時(shí)間順序可以分為傳統(tǒng)的補(bǔ)償裝置和現(xiàn)代的補(bǔ)償裝置。傳</p><p>　　統(tǒng)補(bǔ)償裝置有由簡(jiǎn)單的電容器和電抗器構(gòu)成的

49、補(bǔ)償裝置和同步調(diào)相機(jī)； 現(xiàn)在的補(bǔ)償裝置一般由可以快速反應(yīng)的晶閘管控制，如晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器等。</p><p>　　3.1 傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的分析與選擇</p><p>　　3.1.1電容器補(bǔ)償裝置</p><p>　　電容器補(bǔ)償裝置可以串聯(lián)補(bǔ)償也可并聯(lián)補(bǔ)償，一般用于補(bǔ)償配電網(wǎng)中感性負(fù)荷。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中

50、，負(fù)載類型是多樣化的，但其中以異步電動(dòng)機(jī)類型的負(fù)載為最多。異</p><p>　　步電動(dòng)機(jī)類型的負(fù)載為阻感性負(fù)載， 可認(rèn)為是電感和電阻 R 串聯(lián)的負(fù)載， 其功率因數(shù)可用式 3.1 計(jì)算：</p><p><b>　　I</b></p><p><b>　　R</b></p><p><b&g

51、t;　　UI CIRL</b></p><p><b>　　L</b></p><p>　　圖 3.1并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置電路圖</p><p>　　按圖 3.1 所示，可列出電流矢量方程式如下：</p><p><b>　　I C</b></p><p>&l

52、t;b>　　? 2U</b></p><p>　　圖 3.2并聯(lián)電容無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無功率的矢量圖</p><p><b>　　- 8 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　由式 3.2 可以得到圖 3.2 所示的矢量圖。此時(shí)，電壓U 與電流 I 之間的

53、相位差由補(bǔ)</p><p>　　償前的 ?1 變小到 ? 2 ，即系統(tǒng)的功率因數(shù)提高，如果補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos? 2 達(dá)到要求，</p><p>　　則達(dá)到了無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?lt;/p><p>　　串聯(lián)電容器與導(dǎo)線相串聯(lián)以補(bǔ)償線路的感性電抗。 這將減小線路所連節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)移電抗，增大最大傳輸功率，減小實(shí)際的無功功率損耗。盡管串聯(lián)電容器通常不用于電壓控制，但它們確實(shí)能

54、改善電壓控制和無功功率平衡。 由于串聯(lián)電容器產(chǎn)生的無功功率隨功率傳輸?shù)脑黾佣黾?，在這個(gè)方面，串聯(lián)電容器能自我調(diào)節(jié)。</p><p>　　串聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償線路的部分串聯(lián)感抗， 從而降低輸送功率時(shí)的無功功率損耗，也是得到較早應(yīng)用的一種無功功率補(bǔ)償裝置。 它是國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)比較普遍采用的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的重要手段。</p><p>　　如圖 3.3（ a），R、L

55、為等效感性電路或感性負(fù)載， C 為串聯(lián)電容，圖 3.3（b）為電壓矢量三角關(guān)，圖 3.3（c）為電阻、電感和阻抗矢量三角關(guān)系。</p><p><b>　　LR</b></p><p><b>　　u</b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　RLC

56、簡(jiǎn)單串聯(lián)等值電路</p><p><b>　　- 9 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　.3.5 與式 3.6 相比得式 3.7：</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　量的電容器并入感性電路的功率因數(shù)比

57、串入感性電路的功率因數(shù)要高。</p><p>　　另外，并聯(lián)電容器之所以得到了廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗€具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備。它的一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較低，</p><p><b>　　且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單。</b></p><p>　　（2）并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的損耗低，效率高

58、?，F(xiàn)代電容器的損耗只有其本身容量的</p><p>　　0.02%左右。調(diào)相機(jī)除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用一定的所用電，損耗2%～</p><p>　　30%，大大高于并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。</p><p>　?。?）并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是靜止設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，沒有噪音。</p><p><b>　　- 10 -</b>

59、;</p><p>　　R 放電。電容器（組）上的</p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　?。?）并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的應(yīng)用范圍廣，可以集中安裝在中心變電站，也可以分散</p><p>　　安裝在配電系統(tǒng)和廠礦用戶。 而調(diào)相機(jī)則只能固定安裝在中心變電站， 應(yīng)用有較大的局限。</p><p>　

60、　并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補(bǔ)償設(shè)備， 目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中大部分的無功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。</p><p>　　一般情況下，變、配電所的負(fù)載不是固定不變的。 在負(fù)荷高峰期， 母線電壓要降低，甚至低于額定供電電壓， 此時(shí)，若不增加補(bǔ)償電容器的容量， 則無功功率補(bǔ)償容量不足，出現(xiàn)欠補(bǔ)償?shù)那闆r， 勢(shì)必引起母線電壓進(jìn)一步下降，如此循環(huán)下去，將造成供電質(zhì)量嚴(yán)重下降，而在負(fù)荷低谷期，母線電壓要升

61、高，若不減少補(bǔ)償電容器的容量，則無功功率</p><p>　　補(bǔ)償容量過大，出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，勢(shì)必引起母線電壓進(jìn)一步增高，如此循環(huán)下去， 過高的母線電壓將引起接在該母線上的變壓器、電動(dòng)機(jī)和各類電力電子設(shè)備的損耗增加，甚至被燒毀。 為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，要求補(bǔ)償電容補(bǔ)償裝置能自動(dòng)投切，以適應(yīng)負(fù)</p><p>　　荷高峰期和低谷期對(duì)無功功率補(bǔ)償容量的不同要求。在集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償方式中，

62、每相的補(bǔ)償電容器可分為幾組， 根據(jù)供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況， 分組后的補(bǔ)償電容器自動(dòng)投切，以滿足對(duì)無功功率補(bǔ)償容量的要求。</p><p>　　補(bǔ)償電容補(bǔ)償裝置自動(dòng)投切的方法有許多種，可根據(jù)實(shí)際情況來選定：</p><p>　?、?按母線電壓的高低進(jìn)行自動(dòng)投切；</p><p>　?、?按負(fù)載電流的大小進(jìn)行自動(dòng)投切；</p><p>　　③ 按出現(xiàn)

63、負(fù)荷高峰期和低谷期時(shí)間的規(guī)律性，劃分時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)投切；</p><p>　?、?按功率因數(shù)的大小進(jìn)行自動(dòng)投切；</p><p>　?、?按無功功率的方向進(jìn)行自動(dòng)投切。</p><p>　　在使用電容器補(bǔ)償裝置時(shí)應(yīng)考慮以下問題。</p><p>　　在供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中， 可能出現(xiàn)斷電的情況， 此時(shí)，補(bǔ)償電容器 C 上的電壓為斷</p&g

64、t;<p>　　電時(shí)電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值U 0 ，電容器將通過自身的絕緣電阻</p><p>　　安全，要求在斷電 30s 后，補(bǔ)償電容器 C 上的電壓降到 65V 以下，為此需要另行為電容</p><p>　　器設(shè)置放電電阻。 要求該放電電阻除滿足安全要求外，還應(yīng)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該電阻的功耗很小，每 kW 補(bǔ)償電容器消耗功率小于 1W。滿足上述要求的放電電阻的阻值可按式

65、 3.10 計(jì)算：</p><p><b>　　- 11 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　式中， U —交流電源的相電壓；</p><p>　　QC —每相補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償容量。</p><p>　　若交流電源電壓以為單位kV，則放電電阻 R

66、可用式 3.11 表示：</p><p><b>　　QC</b></p><p>　　3.1.2電抗器補(bǔ)償裝置</p><p>　　與電容器補(bǔ)償裝置相同，電抗器型無功補(bǔ)償裝置也可以串入或并入電網(wǎng)。</p><p>　　并聯(lián)電抗器常用于補(bǔ)償系統(tǒng)電容。 它通過向超高壓、 大容量的電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的感性無功功率， 補(bǔ)償電

67、網(wǎng)的剩余容性充電無功功率，控制無功功率潮流，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。 實(shí)踐證明，對(duì)于一些電壓偏高的電網(wǎng)，安裝一定數(shù)量的并聯(lián)電抗器是解決系統(tǒng)無功功率過剩， 降低電壓的有效措施， 特別是限制由于線路開路或輕載負(fù)荷所引起的電壓升高。 由于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路， 其輸電線路對(duì)地以及相與相之間的電容特別大， 輸電線路電容會(huì)產(chǎn)生大量的無功功率， 各級(jí)電壓輸電線路的容性充電功率的數(shù)值如表 3.1 所示。</p><p>

68、　　由表 3.1 可知，在超高壓和一些中低壓電網(wǎng)中，其容性充電功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，絕不可忽視。為了使輸電線路電壓維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)必然需要降低，這樣將會(huì)使電力系統(tǒng)的功率極限減小，運(yùn)行功角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定水平下降。</p><p>　　為了改善上述情況， 在一定的運(yùn)行情況下， 在超高壓輸電線路受端裝設(shè)并聯(lián)電抗器以吸收輸電線路電容所產(chǎn)生的無功功率， 稱為并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。這樣，輸電線路首端發(fā)電機(jī)就可以在較

69、低或滯后功率因數(shù)下運(yùn)行， 發(fā)電機(jī)電勢(shì)可以得到提高， 因而電力系統(tǒng)的</p><p><b>　　- 12 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　功率極限也會(huì)增大，運(yùn)行功角減小，從而使靜態(tài)穩(wěn)定性得到提高。歸納起來，安裝并聯(lián)電抗器有如下好處：</p><p>　?。?）提高了電網(wǎng)運(yùn)

70、行的經(jīng)濟(jì)性。由于投切電抗器可對(duì)線路的無功功率潮流進(jìn)行調(diào)控，故減少了無功功率流動(dòng)所造成的有功損耗，有利于降低線路損失。</p><p>　?。?）改善了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。由于運(yùn)行電壓趨于正常，相應(yīng)地降低了操作過電壓和工頻暫態(tài)過電壓的幅值，因而減少了過電壓事故的幾率。</p><p>　?。?）有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和線路的送電能力，有利于網(wǎng)絡(luò)的并列運(yùn)行。由于減少線路的無功功率輸送量，從而可以輸

71、送更多的有功功率。</p><p>　?。?）有利于消除同步發(fā)電機(jī)帶空載長(zhǎng)線路時(shí)可能出現(xiàn)的自勵(lì)磁諧振。</p><p>　?。?）有利于潛供電弧的消滅和裝設(shè)單相快速自動(dòng)重合閘。</p><p>　　當(dāng)并聯(lián)電抗器主要用以補(bǔ)償輸電線路的容性充電功率時(shí)，其容量可按式 3.12 進(jìn)行計(jì)</p><p><b>　　算：</b>

72、;</p><p>　　并聯(lián)電抗器按相數(shù)分有單相和三相兩種，三相電抗器比 3 臺(tái)單相電抗器的價(jià)格約便</p><p>　　20%～ 25%。按其本體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分，有干式空心和油浸鐵心式兩種。</p><p>　　串聯(lián)電抗補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用， 理論上，串聯(lián)電抗器可以補(bǔ)償所串接</p><p>　　線路的容抗， 減少線路容性無

73、功功率流動(dòng)，抑制該線路的末端電壓升高。串聯(lián)電抗器用于線路無功功率補(bǔ)償?shù)脑?、接線方式、容量確定方法與串聯(lián)電容器相同。</p><p>　　但是，串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的主要作用不是穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓，改善功率因數(shù)， 而是降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻率、抑制諧波和諧波濾波等。</p><p>　?。?）降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻率，便于選擇配套設(shè)備和保護(hù)電容器。根</p>&l

74、t;p>　　GB50227 標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)將涌流限制在電容器額定電流的 10 倍以下，為了不發(fā)生諧波放大（諧波牽引），要求串聯(lián)電抗器的伏安特性盡量為線性。網(wǎng)絡(luò)諧波較小時(shí)，采用限制</p><p><b>　　- 13 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　涌流的電抗器；電抗率在 0.1%－1%左右即

75、：可將涌流限制在額定電流的 10 倍以下，以減少電抗器的有功損耗，而且電抗器的體積小、占地面積小、便于安裝在電容器柜內(nèi)。采用這種電抗器是即經(jīng)濟(jì)，又節(jié)能。</p><p>　?。?）串聯(lián)濾波電抗器，電抗器阻抗與電容器容抗全調(diào)諧后，組成某次諧波的交流濾波器。濾去某次高次諧波，而降低母線上該次諧波的電壓值，使線路上不存在高次諧波電流，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。</p><p>　?。?）抑制諧波的電抗

76、器，先決條件是需要清楚電網(wǎng)的諧波情況，查清周圍用電戶有無大型整流設(shè)備、 電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設(shè)備，有無性能不良好的高壓變壓器及高壓電機(jī)， 盡可能實(shí)測(cè)一下電網(wǎng)諧波的實(shí)際量值， 再根據(jù)實(shí)際諧波量來配置適當(dāng)?shù)碾娍?lt;/p><p>　　器。鐵芯電抗器電抗線性度不好，有噪聲，空芯電抗器運(yùn)行無噪聲， 線性度好，損耗小。</p><p>　?。?）由于設(shè)置了串聯(lián)電抗器，減少了系統(tǒng)向并聯(lián)電容器裝置或

77、電容器裝置向系統(tǒng)提供短路電流值。</p><p>　?。?）可減少電容器組向故障電容器組的放電電流，保護(hù)電力電容器。</p><p>　?。?）可減少電容器組的涌流，有利于接觸器滅弧，降低操作過電壓的幅值。</p><p>　?。?）減小了由于操作并聯(lián)電容器組引起的過電壓幅值， 有利于電網(wǎng)的過電壓保護(hù)。串聯(lián)電抗器按結(jié)構(gòu)可分為： 油浸式鐵芯電抗器、 干式鐵芯電抗器、

78、干式空芯電抗器、</p><p>　　干式半芯電抗器、干式磁屏蔽電抗器；按用途可分為：限流電抗器、抑制諧波電抗器、濾波電抗器。</p><p>　　3.1.3同步調(diào)相機(jī)</p><p>　　運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，但不帶機(jī)械負(fù)載，只向電力系統(tǒng)提供無功功率的同步電機(jī)， 稱同步調(diào)相機(jī)。</p><p>　　同步調(diào)相機(jī)能在過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給感性無

79、功功率，起無功電源的作用； 在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)， 從系統(tǒng)吸取感性無功功率，起無功負(fù)荷的作用。裝有自動(dòng)勵(lì)磁裝置的同</p><p>　　步調(diào)相機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率。同步調(diào)相機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的</p><p>　　空隙比一般同步電動(dòng)機(jī)小得多， 軸的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，強(qiáng)度要求也較低。由于同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)型裝置，容量較大的同步調(diào)相機(jī)常采用氫氣冷卻，另外，有功功率損耗較大、效率<

80、/p><p>　　低、投資大、維護(hù)困難、噪聲大，和動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。但同步調(diào)相機(jī)也有其自身的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）調(diào)相機(jī)可以隨著系統(tǒng)負(fù)荷的變化，均勻調(diào)整電壓，使電網(wǎng)電壓保持規(guī)定的水平。電容器只能分成若干個(gè)小組，進(jìn)行階梯式的調(diào)壓。</p><p><b>　　- 14 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢

81、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　?。?）調(diào)相機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)無功的需要，調(diào)節(jié)勵(lì)磁運(yùn)行，過勵(lì)磁時(shí)可以做到發(fā)出其</p><p>　　額定 100%的無功功率，欠勵(lì)磁時(shí)還可以吸收其額定的 50%的無功功率。電容器只能發(fā)出無功，不能吸收無功。</p><p>　　（3）調(diào)相機(jī)可以安裝強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓劇烈降低，調(diào)相機(jī)可以強(qiáng)行勵(lì)磁， 保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而

82、提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電容器輸出無功功</p><p>　　率與運(yùn)行電壓的平方成正比， 電壓降低，輸出的無功將急劇下降， 比如，當(dāng)電壓下降 10%，變?yōu)?0.9U e 時(shí)，電容器輸出的無功功率變?yōu)?0.81Q，即其輸出的無功功率將下降 19%，所以，電容器此時(shí)不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。</p><p>　　3.2 現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的分析與選擇</p><p>

83、　　3.2.1飽和電抗器型補(bǔ)償裝置</p><p>　　飽和電抗器型的補(bǔ)償裝置是利用飽和電抗器偏磁原理工作地， 按照控制方式可以分為可控飽和電抗器和自飽和電抗器。</p><p>　　可控飽和電抗器（ MCR — Controlled SaturatedReactor）輸出感性電流大小取決于可</p><p>　　控硅觸發(fā)角 α， α越小，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，輸出

84、的感性電流越大。所以通過改變晶</p><p>　　閘管的觸發(fā)角來改變直流勵(lì)磁電流的大小，進(jìn)而改變鐵心的飽和程度，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)電</p><p>　　抗器的無功功率容量的目的。</p><p><b>　　i d</b></p><p>　　圖 3.4單相可控電抗器的結(jié)構(gòu)</p><p>　

85、　單相可控電抗器的結(jié)構(gòu)原理如圖3.4 所示。電抗器有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主鐵心1、2</p><p><b>　　- 15 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　和兩個(gè)旁軛組成。 每個(gè)鐵心上繞有總匝數(shù)為N 的上、下兩個(gè)繞組， 每個(gè)繞組各有一個(gè)抽</p><p>　　頭分別與晶閘

86、管V1、V2 相連，抽頭比 δ= N 2 ，而 N = N1 + N2 ，不同鐵心上的上下兩個(gè)</p><p><b>　　N</b></p><p>　　繞組交叉順連后并聯(lián)接至電網(wǎng)，續(xù)流二極管VD 跨接在兩個(gè)繞組交叉處，繞組的直流環(huán)</p><p>　　iD 受控于晶閘管觸發(fā)角 α的大小，通過調(diào)整 α的大小，就可以達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)電抗器容量

87、的目的。</p><p><b>　　QSQF</b></p><p><b>　　Wg</b></p><p><b>　　QL</b></p><p><b>　　WK</b></p><p><b>　　QC<

88、;/b></p><p>　　圖 3.5可控飽和電抗器SVC原理圖</p><p>　　可控飽和電抗器的原理圖如圖 3.5 所示，它主要包括飽和電抗器、電容器組（兼作濾波器）和調(diào)節(jié)器（由直流電源和控制單元組成）三部分。</p><p>　　三相飽和電抗器的工作繞組連接在電網(wǎng)上，改變飽和電抗器控制繞組WK 電流的大</p><p>

89、　　小，就可以改變工作繞組的感抗Wg ，從而改變無功功率 QL 的值，以補(bǔ)償負(fù)載無功功率</p><p>　　的沖擊。如當(dāng)負(fù)載無功功率QF 突然增大時(shí)，使控制回路的電流減小，飽和電抗器的X L</p><p>　　增大，從而使電抗器吸收的無功功率QF 減小。這樣，負(fù)載無功功率的恒定部分由電容</p><p>　　器補(bǔ)償，而變動(dòng)部分由飽和電抗器調(diào)節(jié)， 以保證

90、電網(wǎng)輸入無功功率 QS = QF + (QL - QC )保持恒定。</p><p>　　可控飽和電抗器型 SVC 調(diào)節(jié)器的原理框圖如圖 3.6 所示。圖中 T 為控制電流的整流變壓器，系統(tǒng)的電壓經(jīng)電壓互感器 TV 取得，與給定值同時(shí)送入電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較放大，然后送入電流調(diào)節(jié)器。此外，從可控整流器輸出端取出控制電流的信號(hào)，經(jīng)變換</p><p>　　后，反饋到電流調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較后輸入觸發(fā)

91、系統(tǒng)使觸發(fā)脈沖移相，進(jìn)一步控制飽和電抗器的飽和程度，從而影響滯后無功功率的吸收，以保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　以快速響應(yīng)的磁飽和式可控電抗器和并聯(lián)電容器組成的補(bǔ)償元件， 配以相應(yīng)的快速無功功率檢測(cè)環(huán)節(jié)組成的無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)， 可以保證補(bǔ)償?shù)目焖傩浴?準(zhǔn)確性和合理性，能夠快速補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率， 使功率因數(shù)保持較高水平。 但是這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗器的 4 倍，并且電抗器的硅鋼片長(zhǎng)期

92、處于飽和狀態(tài)， 鐵心損耗大，</p><p><b>　　- 16 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　TVT</b></p><p>　　比并聯(lián)電抗器大 2～ 3 倍，另外這種裝置還有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗

93、器的 SVC 目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。</p><p>　　自飽和電抗器（ SSR— Self SaturatedReactor）在結(jié)構(gòu)上與變壓器基本相似，由于它</p><p>　　在額定電壓時(shí)鐵心需工作于飽和狀態(tài)，磁通密度較高，鐵心截面積較普通變壓器小，所</p><p>　　以單位容量的損耗大， 且散熱較難，制作要求較高。飽和電抗器

94、在工作狀態(tài)下所產(chǎn)生的</p><p>　　諧波分量， 采用三相雙曲星形自飽和電抗器和三—三柱自飽和電抗器來消除。普通三相</p><p>　　結(jié)構(gòu)的自飽和電抗器， 由于其非線性特性，將產(chǎn)生大量的諧波，不僅使電抗器因諧波過</p><p>　　熱難以運(yùn)行，而且“污染”了供電電能質(zhì)量。實(shí)際的自飽和電抗器裝置用的自飽和電抗</p><p>　　器

95、具有諧波補(bǔ)償性能， 它利用特殊的結(jié)構(gòu)和接線方式抑制了因飽和所產(chǎn)生的諧波。目前</p><p>　　主要用的二—三柱式和三—三柱式飽和電抗器。</p><p>　　二—三柱式飽和電抗器繞組接線如圖3.7 所示，它有六個(gè)鐵心，繞組采用三相雙曲</p><p>　　折接法，帶有二個(gè)回流鐵心柱，每個(gè)鐵心柱上有兩個(gè)繞組，左曲折星形和右曲折星形相</p>&l

96、t;p>　　位相差 30°，這種結(jié)構(gòu)利用磁勢(shì)的疊加消除10 次以下的諧波。</p><p>　　三—三柱式飽和電抗器繞組接線如圖3.8 所示，其繞組也是采用雙星形曲折連接法，</p><p>　　它有一個(gè)輔助電抗器， 九個(gè)鐵心柱， 裝有 15 個(gè)工作繞組和連成三角形的9 個(gè)輔助繞組。</p><p>　　輔助飽和電抗器有三個(gè)心柱， 裝有六個(gè)繞組

97、，其中一套繞組連成星形，另一繞組連成三角形，星形繞組與主飽和電抗器的輔助繞組相接。 這種電抗器可保證高次諧波的最低水</p><p><b>　　- 17 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　平，不用輔助電抗器可補(bǔ)償 19 次以下諧波，用輔助飽和電抗器可補(bǔ)償 33 次以下諧波，而且在系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱時(shí)

98、也能提供較好的補(bǔ)償。</p><p><b>　　abc</b></p><p>　　圖 3.7三—三柱式飽和電抗器圖 3.8三—三柱式飽和電抗器</p><p>　　自飽和電抗器也是一種動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償器，其基本原理結(jié)構(gòu)如圖3.9 所示。</p><p><b>　　1</b><

99、/p><p><b>　　T 2</b></p><p><b>　　L PUL</b></p><p><b>　　SRU</b></p><p><b>　　CP</b></p><p><b>　　CSM</

100、b></p><p><b>　　U C</b></p><p>　　圖 3.9自飽和電抗器接線原理圖</p><p>　　自飽和電抗器型SVC 是利用自飽和電抗器的鐵心飽和特性原理來實(shí)現(xiàn)無功電流的</p><p>　　調(diào)節(jié)作用的， 使滯后相位的無功功率隨端電壓的升降而增減。 它的基本元件是一個(gè)具有很強(qiáng)的非線性

101、磁化特性的鐵心， 它還有由自飽和電抗器和串聯(lián)電容器 （或稱斜率校正電</p><p>　　容器）組成的回路具有的穩(wěn)壓特性，故能維持連接母線的電壓水平。考慮到電抗器的電</p><p>　　L 在改變過程中與 CS 有可能出現(xiàn)串聯(lián)諧振，引起過電壓。為了抑制過電壓，設(shè)置振蕩阻尼電阻 M 以抑制振蕩。由于響應(yīng)速度快，故能對(duì)接于同一母線上的沖擊負(fù)荷引起</p><p>&l

102、t;b>　　- 18 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　的電壓波動(dòng)起補(bǔ)償作用。與其并聯(lián)的電容器組一般構(gòu)成濾波器，除校正功率因數(shù)外， 還吸收諧波。</p><p>　　由于這種自飽和電抗器是在高度磁飽和狀態(tài)運(yùn)行的， 電抗器呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電抗基本上是繞組的漏抗， 因此時(shí)間常數(shù)很小，響應(yīng)很快。自飽和電抗器還有抑

103、制三相不平衡的能力，這是因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)電壓相趨于不平衡時(shí)， 自飽和電抗器型三相也呈現(xiàn)不同的飽和程度，</p><p>　　電壓高的相，將自然吸收較多的感性無功功率，這樣就有了使三相趨于平衡的作用。 綜合起來，自飽和電抗器型 SVC 具有快速、可靠、過載能力強(qiáng)、產(chǎn)生諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、 制造容易等優(yōu)點(diǎn)，它可以補(bǔ)償無功功率沖擊引起的電壓波動(dòng)，改善電壓波形，提高功率因數(shù)。</p><p>

104、;　　自飽和電抗器的損耗要比晶閘管控制電抗器裝置大些， 主要是鐵心的單位損耗遠(yuǎn)比普通電抗器高， 但是設(shè)計(jì)時(shí)可以采用降低銅損來彌補(bǔ)。 自飽和電抗器的典型損耗為其容量的 0.7%～1.0%。</p><p>　　由于自飽和電抗器是由基于傳統(tǒng)技術(shù)的無源元件構(gòu)成的， 它們具有無需維護(hù)和過負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)越性， 因而在交流系統(tǒng)中用于穩(wěn)定電壓以及降低短時(shí)過電壓， 在工業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)中用于抑制急劇的無功功率波動(dòng)造成的電壓波動(dòng)和閃變，

105、 在高壓直流輸電系統(tǒng)中用</p><p>　　于降低由于換流裝置閉鎖引起的動(dòng)態(tài)和短時(shí)過電壓。此外，配合并聯(lián)電容器的調(diào)節(jié)， 可以較好地控制交流側(cè)電壓。</p><p>　　3.2.2靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置</p><p>　　靜止無功功率補(bǔ)償裝置（ SVC —Static Var Compensator）是指其輸出隨電力系統(tǒng)特</p><p>　　

106、定的控制參數(shù)而變化的并聯(lián)連接的靜止無功功率發(fā)生裝置或無功功率吸收裝置。這里的</p><p>　　“靜止 ” 是專指 SVC 沒有運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)部件。與同步調(diào)相機(jī)相比較，SVC 是完全靜止的</p><p>　　設(shè)備。但它的補(bǔ)償過程是動(dòng)態(tài)的，即可根據(jù)系統(tǒng)無功功率的需求或電壓的變化自動(dòng)跟蹤</p><p>　　補(bǔ)償。 SVC 的一個(gè)重要特征是主要依靠晶閘管等電力電子

107、器件完成調(diào)節(jié)或投切功能，它</p><p>　　可以頻繁地調(diào)節(jié)和投切，其動(dòng)作速度是毫秒級(jí)的，遠(yuǎn)比機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作速度要快。</p><p>　　SVC 的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無功功率， 并通過發(fā)出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。因此 SVC 的顯著特點(diǎn)是能快速、平滑調(diào)節(jié)容性或感</p><p>　　性無功功率， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 靜止無功功率補(bǔ)

108、償系統(tǒng)中的各種無功功率補(bǔ)償器都是用無</p><p>　　功功率器件（電容器和電抗器）產(chǎn)生無功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流，這</p><p>　　種調(diào)節(jié)可以采用連續(xù)調(diào)節(jié)或投切的方法進(jìn)行。它有兩大特點(diǎn)：一是靜止型，其主要部件</p><p>　　是無轉(zhuǎn)動(dòng)部分； 二是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其反應(yīng)速度很快，能及時(shí)跟蹤無功功率快速變化做出變</p><

109、p>　　化，達(dá)到所設(shè)計(jì)的各種控制目標(biāo)。和傳統(tǒng)的電容器及同步調(diào)相機(jī)相比，SVC 具有響應(yīng)速</p><p>　　度快、調(diào)節(jié)性能好、運(yùn)行損耗和維護(hù)費(fèi)用低， 并且可作為多方面應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。所以，SVC</p><p><b>　　- 19 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>

110、　　被廣泛使用，而且頗具發(fā)展?jié)摿?。但是，與傳統(tǒng)的電容器及同步調(diào)相機(jī)相比，它的唯一缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)制造相對(duì)比較復(fù)雜。</p><p>　　靜止無功功率補(bǔ)償裝置一般由可以快速動(dòng)作的晶閘管控制， 目前使用較為廣泛的有晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器和晶閘管控制的高阻抗變壓器。</p><p>　　晶閘管控制電抗器（ TCR—Thyristor Controlled Reactor）的單相原理圖如圖

111、3.10 所</p><p>　　示，其基本結(jié)構(gòu)就是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，再與交流電源 u 相連，而且 TCR 多連接成三角形。這里需要說明的是，為了能承受實(shí)際線路上的高電壓和大</p><p>　　電流，應(yīng)該允許有若干個(gè)晶閘管串聯(lián)后組成一個(gè)等效的晶閘管。 這樣的電路并入到電網(wǎng)中就相當(dāng)于電感性負(fù)載的交流調(diào)壓器電路， 即此時(shí)電路可視為交流調(diào)壓器帶純電感負(fù)載的情況。為確保兩晶閘

112、管 V1、V2 在正負(fù)半周內(nèi)可靠、 對(duì)稱導(dǎo)通， 避免偶次諧波和直流分量，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 圖 3.10 中的兩個(gè)晶閘管分別按照單相半波交流開關(guān)運(yùn)行。改變晶閘管的控制角 α，流經(jīng)電抗器的電流波形將發(fā)生變化而使電流波形中的基波</p><p>　　3.10 TCR單相原理圖</p><p>　　3.11 為該回路電壓和電流的波形。 每一電流波形對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的控制角 α，α的&l

113、t;/p><p>　　間的觸發(fā)角是不允許的，因?yàn)樗鼈儗a(chǎn)生含有直流分量的不對(duì)稱電流。</p><p>　　設(shè)導(dǎo)通角為 θ，它與 α的關(guān)系為 θ= 2(π- α)，減小 θ則電流中基波分量減小，這相</p><p>　　當(dāng)于增大電抗器的感抗，減小基波無功功率。</p><p>　　u = 2U sin? t ，則控制角 α= 90°時(shí)，電

114、抗器（ L）呈純電感性， 流過電抗器的電流波形滯后電源電壓 90°，晶閘管為全導(dǎo)通，導(dǎo)通角 θ=180°，此時(shí)電流波形連續(xù)且為</p><p>　　一正弦波，如圖3.11（b）所示，用式 3.14 表示為：</p><p>　　式中， U 為電源電壓有效值，XL = ωL為電抗器的基頻電抗。</p><p><b>　　- 20

115、 -</b></p><p>　　蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　α> 90°的電抗器的電流波形</p><p>　　3.11 不同晶閘管移相控制角 α下的電抗器的電流波形</p><p>　　由于純電感負(fù)載的功率因數(shù)角 ? = 90°，故在 0°≤α≤90°范

116、圍內(nèi)雙向晶閘管處于失控狀態(tài)，已不能通過 α變化來改變 I L 大小。</p><p>　　α> 90°，電流波形為間斷脈沖波，如圖 3.11（ c）所示。電感中電流 i L 將受到控制，即隨著 α角的增大，電感電流基波分量 I L1 相應(yīng)減小，諧波分量增加，使電抗器的</p><p><b>　　U</b></p><p>