低壓動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)漠厴I(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：低壓動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 韓玉倩 系 別： 機(jī)械與電氣工程系 專業(yè)年級： 2008級本科四班 指導(dǎo)教師： 朱玉華 2012年 5 月 19 日摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)負(fù)荷的增加對電能質(zhì)量的要求越來越高和無功功率的需求也日益增加，無功補(bǔ)償是電能質(zhì)量的重要保證。無功功率在電網(wǎng)中傳輸會造成網(wǎng)絡(luò)損耗以及受電端電壓下降，使電能利用率大大降低且嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。在低壓供電系統(tǒng)中，低壓無功補(bǔ)償裝置的功能是向感性負(fù)載設(shè)備就近提供無功功率。由于用電設(shè)備中感性負(fù)載設(shè)備用電量占整個用電量的三分之二以上，顯然針對感性負(fù)載提供無功功率對于降低線損，降低供電

2、設(shè)備容量，改善供電線路的功率因數(shù)以及穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓起到至關(guān)重要的作用。文章介紹了有關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)母拍睢⒁饬x，闡述了國內(nèi)外無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，及其一些基礎(chǔ)知識，并介紹了基于TSC的無功補(bǔ)償器，最后介紹了無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展前景。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；功率因數(shù)；TSC；發(fā)展前景ABSTRACTWith the rapid development of modern industry， electric power system load increases to the electric power quality requirements of the more and more high an

3、d reactive power demand is increasing， the reactive power compensation is the important guarantee of power energy quality Transmission of reactive power in electric network will cause the network loss and step-down voltage, make the energy utilization rate greatly reduced and the serious influence t

4、he quality of power supply. In the low voltage power supply system， low voltage reactive compensation device is the function of the inductive load equipment near to provide reactive power Because the electric equipment to the perceptual load of the total power consumption equipment of power consumpt

5、ion of the two-thirds apparently targeted perceptual load provide reactive power for reducing the line loss， reduces the power supply equipment capacity and improve the power factor of power lines and power system voltage stability of play a crucial role This paper introduces about the reactive powe

6、r compensation of the concept， significance， expounds the reactive power compensation at home and abroad and the present status and development trend， and some basic knowledge， and introduces the reactive power compensation based on TSC is finally introduces the development prospect of the reactive

7、power compensation Keywords：Reactive power compensation，Power factor， Switched Capacitor，prospects for development 目 錄前言5 第一章 緒論 6 1.1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x 6 1.2無功補(bǔ)償問題 71.3低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)谋匾?7第二章 無功功率 92.1無功功率概念 92.2無功補(bǔ)償?shù)姆椒?11 無功補(bǔ)償裝置的分類 112.2.2無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況 12并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒?122.3無功補(bǔ)償容量的確定 16第三章 無功功率與功率因數(shù) 183.1功率因數(shù) 183.2影響功

8、率因數(shù)的因素 193.3提高功率因數(shù)的意義 20提高功率因數(shù)的意義 20提高功率因數(shù)和無功補(bǔ)償 203.4 無功補(bǔ)償?shù)男б?1 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支21 提高設(shè)備的利用率21 降低系統(tǒng)的能耗22 改善電壓質(zhì)量22第四章 基于TSC的無功補(bǔ)償 234.1晶閘管投切電容器23 概述23 晶閘管閥23 補(bǔ)償電容器23 過零觸發(fā)244.2 TSC主接線 244.3 TSC的檢測系統(tǒng)274.4 TSC的控制系統(tǒng)274.5 TSC的應(yīng)用現(xiàn)狀、問題與解決方案 28第五章 無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展 31第六章 結(jié)論 35參考文獻(xiàn)36致謝37前 言無功補(bǔ)償在低壓電網(wǎng)中的配比及作用是維持電流順暢的重要條件因素，也是提高電網(wǎng)工作

9、效能的核心因子。供電過程中注意無功補(bǔ)償?shù)暮侠磉\(yùn)用,可以獲得最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。功率因數(shù)是供電系統(tǒng)重要的參數(shù)，用戶功率因數(shù)的高低直接關(guān)系到電力電網(wǎng)中的功率損耗，關(guān)系到節(jié)約電能和整個供電區(qū)域供電的質(zhì)量，同時也影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此功率因數(shù)的提高，已成為電力系統(tǒng)中的重要課題。功率因數(shù)不高的主要原因是近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的跨躍式發(fā)展，電力負(fù)荷的快速增長對無功功率的需求也大幅度上升，無功補(bǔ)償為改善電壓質(zhì)量起著重要作用。同時， 隨著粗放型經(jīng)濟(jì)向高科技、高技術(shù)轉(zhuǎn)變， 對電能質(zhì)量的要求也顯著提高， 而配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電孤爐以及各種電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用。由于這些設(shè)備或負(fù)荷具有非線性、沖擊性

10、和不平衡的用電特性， 對供電質(zhì)量造成嚴(yán)重污染， 對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行形成了嚴(yán)重危害， 特別嚴(yán)重的是諧波極易造成系統(tǒng)發(fā)生某次諧波的諧振， 使系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓， 危及系統(tǒng)和設(shè)備安全運(yùn)行。而無功補(bǔ)償?shù)闹饕b置并聯(lián)電容器組對諧波起著放大作用。因此，有源濾波已受到各方的重視。一般情況下，電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)所發(fā)的無功功率和輸電線的功率不足以滿足負(fù)荷的無功需求和系統(tǒng)中無功的損耗，并且為了減少有功損失和電壓降落，不希望大量的無功功率在網(wǎng)絡(luò)中流動。所以在負(fù)荷中心需要加裝無功功率電源，以實(shí)現(xiàn)無功功率的就地供應(yīng)、分區(qū)平衡的原則。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)中大量使用各種開關(guān)器件，在用電設(shè)備和電網(wǎng)之間有著大量的無功

11、功率的往復(fù)交換，同時產(chǎn)生大量的諧波，使供電品質(zhì)下降，諧波使電能的生產(chǎn)，傳輸和利用效率降低，使電氣設(shè)備過熱，產(chǎn)生震動和噪聲，電器過壓燒毀，更為危險的是諧波引起繼電保護(hù)和自動控制裝置誤操作，造成更大的電氣損壞。國內(nèi)用于動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破?，與國外同類產(chǎn)品相比有較大的差距，一是在動態(tài)響應(yīng)時間上較慢，動態(tài)響應(yīng)時間重復(fù)性不好；二是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護(hù)成本高、造成設(shè)備整體投資費(fèi)用高。另外，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)也尚未達(dá)到，這方面有待于發(fā)展。第一章 緒 論1.1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x隨著我國經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來越快，工業(yè)企業(yè)數(shù)量發(fā)展迅速，人民生活水平不斷提高，這導(dǎo)致電力負(fù)荷

12、的增長速度迅猛，相比較而言，發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量和輸配電能力顯得不足，致使全國的多數(shù)省份出現(xiàn)供電緊張的“電荒”情況，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和一些用電負(fù)荷較大的大中型城市。更有甚者部分省、市的用電高峰期出現(xiàn)了采取拉閘限電以保證電網(wǎng)正常運(yùn)行，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也給人民群眾的日常生活帶來極大不便。在各種不同的工礦企業(yè)以及人民日常生活的用電中，都不同程度的存在著功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象。如工礦企業(yè)建設(shè)時供電容量都較大，如果企業(yè)沒有滿負(fù)荷運(yùn)行就會出現(xiàn)功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷主要分為感應(yīng)電動機(jī)、變壓器、感應(yīng)電爐與電弧爐、電焊機(jī)和電焊變壓器、整流設(shè)備等，這些用電設(shè)備在消耗有功功率的同時都會消耗大量的

13、無功功率，造成電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。就我國來說，電動機(jī)所耗的電能占整個工業(yè)用電的6070。根據(jù)上海市的統(tǒng)計(jì)資料，僅風(fēng)機(jī)、水泵兩項(xiàng)就占工業(yè)用電的40左右，加之其他種類的電動機(jī)負(fù)載，整個電動機(jī)的耗電量超過全部工業(yè)用電的60以上。大量的感性負(fù)載的使用使得電網(wǎng)必須提供足夠的無功容量來滿足負(fù)載要求，否則會造成電網(wǎng)電壓降低，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降的不良后果。感性負(fù)荷分布的不規(guī)律性也要求電網(wǎng)根據(jù)負(fù)荷情況合理分配無功，否則容易形成大量無功功率在電網(wǎng)的流動，降低電網(wǎng)容量，使得電網(wǎng)線路損耗增加，同時也增加了供電成本，影響電力系統(tǒng)供電的經(jīng)濟(jì)性，尤其是在我國的農(nóng)網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)，變電站數(shù)量少，供電線路覆蓋面積大，長距離供電成為一種

14、普遍的現(xiàn)象，過低的功率因數(shù)使得線路損耗增大，供電網(wǎng)末端電壓下降較大，這也間接的提高了供電成本。解決上述問題的一個簡單而行之有效的辦法就是對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。電力系統(tǒng)無功功率主要來源就是采用各種無功補(bǔ)償設(shè)備，本著盡可能就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t在各個環(huán)節(jié)對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無功補(bǔ)償設(shè)備越來越智能化，帶有微處理器控制器的智能無功補(bǔ)償設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，本課題就是在這種背景下提出來的。試圖就高性能、多功能的智能低壓無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行有益的探討。1.2 無功補(bǔ)償問題無功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低

15、能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電力系統(tǒng)生產(chǎn)和消費(fèi)的電能分“有功電力”和“無功電力”兩種。有功電力是實(shí)際做功的電力，無功電力是不做功的電力，在數(shù)值上等于無功功率與時間的乘積。無功功率主要是電動機(jī)、變壓器等用電設(shè)備工作時建立交變磁場用的，并非“無用”或“可有可無”。無功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率，它與電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量有重大的關(guān)系。大量的感性負(fù)荷和電網(wǎng)中的無功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電網(wǎng)中無功不平衡主要有兩方面的原因：一方面是輸送部門傳送的三相電的質(zhì)量不高，一方

16、面是用戶的電氣性能不夠好。在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個最重要的指標(biāo)。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一就是對電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制?，F(xiàn)如今大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，自然功率因數(shù)較低，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時，還需由電源輸送的無功功率。功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過合理采用無功補(bǔ)償技術(shù)，可以減少無功功率在電網(wǎng)中的流動。為了減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，提高企業(yè)無功功率補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，無功補(bǔ)償應(yīng)遵循就地補(bǔ)償，就地平衡的原則。借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提

17、高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。1.3 低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)谋匾?無功補(bǔ)償是穩(wěn)定低壓的必然選擇 ，電壓的穩(wěn)定是電網(wǎng)輸送過程中的重要條件,也是電力輸送質(zhì)量不可缺少的方面。 無功補(bǔ)償有利于降低系統(tǒng)的能耗 ，我們可根據(jù)P= IUCOS的計(jì)算公式來測算無功補(bǔ)償降低電力系統(tǒng)能耗的作用情況。根據(jù)I1/I2= cos2/cos1來計(jì)算,線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為:P%=(1-I2/I1)100%=(1-cos1/ cos2)100% ,也就是說當(dāng)功率因數(shù)從0.75提高到0.90時，由上式可求得有功損耗將降低25%40%。這是意想不到的效果。 無功補(bǔ)償是企業(yè)開支節(jié)流的有效途徑 ，根據(jù)國家電價制度,

18、對不同企業(yè)的功率因數(shù)有不同的要求，并按照不同的數(shù)值進(jìn)行梯度收費(fèi)。對此，很多企業(yè)特別注重對機(jī)器設(shè)備的節(jié)能保養(yǎng)，以便減少開支。無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用則可達(dá)到上述要求，能夠幫助企業(yè)減少在正常開機(jī)后的損耗，節(jié)約成本。 無功補(bǔ)償能夠穩(wěn)定電壓 ，根據(jù)電壓損耗的計(jì)算公式可知，變壓器的電壓幾乎全為輸送的無功功率Q產(chǎn)生的，無功功率Q在電壓穩(wěn)定中具有不可替代的作用。對此,若在輸電過程中，盡量地減少無功功率Q，則不僅能夠保持電壓的穩(wěn)定，還能夠保證大型電動機(jī)的順利起動。第二章 無功功率2.1 無功功率概念無功功率的概念是與交流電和非純阻性負(fù)載聯(lián)系在一起的。在直流系統(tǒng)或者純阻性負(fù)載的系統(tǒng)中不存在無功功率的概念，也就不存在無功補(bǔ)

19、償問題。在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)能、光能、熱能)的電功率，有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率，無功功率的符號用Q表示，單位為乏或千乏。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就

20、是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。(2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

21、(4)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置的道理。在正弦交流電路中，如果負(fù)載是線性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。 U 圖2-1 無源一端口網(wǎng)絡(luò)對于如圖21所示的內(nèi)部不含有獨(dú)立電源，僅含電阻、電感和電容等無源元件的端口，設(shè)電路中正弦交流電壓為 （2-1）端口等效負(fù)載為，則流過負(fù)載電路中的電流為 （2-2） 當(dāng)負(fù)載不是純阻性時，流過負(fù)載的電流就會和電壓有一個相角差值，即此

22、時電流表示為 （2-3）此時電路的有功功率就是其平均功率，即： （2-4）則 （2-5） 可以看出，有功功率不再是電壓和電流的有效值乘積，還要乘以二者夾角的余弦值。電路的無功功率定義為： （2-6） 無功電流分量的產(chǎn)生是由于系統(tǒng)中含有電感性或電容性的負(fù)載而產(chǎn)生的，該電流用于建立磁場或靜電場，存儲于電感或電容中，并往返于電源與電感或電容之間，并不會像有功功率那樣被消耗掉。電路中將電壓u和電流i的有效值乘積定義為視在功率，即： （2-7）視在功率只是電壓有效值和電流有效值的乘積，它并不能準(zhǔn)確反映能量交換和消耗的強(qiáng)度，并且在一般電路中，視在功率并不遵守能量守恒定律。從上式（25）（26）（27）可以

23、看出，無功功率、有功功率、視在功率在數(shù)值時上滿足如下關(guān)系：在正弦波網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)負(fù)載為感性時，線路電壓相位會超前線路的電流相位，即0。無功功率Q0，我們說網(wǎng)絡(luò)“吸收”感性無功功率，也可以說是“發(fā)出”容性無功功率；當(dāng)負(fù)載為容性時，線路電壓相位會滯后線路的電流相位，即此時0，無功功率Q0，我們說網(wǎng)絡(luò)“吸收”容性無功功率，也可以說是“發(fā)出”感性無功功率。無功功率的“發(fā)出”和“吸收”不同于有功功率的發(fā)出和吸收，這只是一種習(xí)慣說法而已。2.2 無功補(bǔ)償?shù)姆椒?無功功率補(bǔ)償?shù)姆诸悷o功補(bǔ)償有很多種類：從補(bǔ)償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨?fù)荷補(bǔ)償與線路補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性補(bǔ)償與容性補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃?/p>

24、串聯(lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償。 串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的阻抗參數(shù)，歐美一些國家普遍采用串聯(lián)補(bǔ)償來提高輸電線的傳輸能力。而我國大多采取并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞絹硌a(bǔ)償系統(tǒng)無功，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的電壓參數(shù)。并聯(lián)補(bǔ)償按補(bǔ)償對象不同可分為系統(tǒng)補(bǔ)償和負(fù)荷補(bǔ)償兩大類。 系統(tǒng)補(bǔ)償通常指對交流輸配電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，目的是維持電網(wǎng)樞紐點(diǎn)處的電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大線路的輸送能力以及優(yōu)化無功潮流、降低線損等。負(fù)荷補(bǔ)償通常是指在靠近負(fù)荷處對單個或一組負(fù)荷的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，目的是提高負(fù)荷的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，減少或消除由沖擊性負(fù)荷、不對稱負(fù)荷、非線性負(fù)荷等引起的電壓波動、電壓閃變、三相電壓不平衡及電壓和電流波形畸

25、變等危害。負(fù)荷補(bǔ)償可分為靜態(tài)補(bǔ)償和動態(tài)補(bǔ)償。靜態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)三相負(fù)荷的平衡化原理，通過在負(fù)荷點(diǎn)串、并入無功導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，把三相不對稱負(fù)荷補(bǔ)償成對供電系統(tǒng)來說是三相對稱的。該方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制簡單、造價低，缺點(diǎn)是對工業(yè)電弧爐、電焊機(jī)等動態(tài)負(fù)荷難以達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。真正意義上的不對稱負(fù)荷動態(tài)補(bǔ)償是從1977 年提出分相控制的靜止無功補(bǔ)償器的方法后開始的。分相控制的SVC能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，通過調(diào)整可控硅觸發(fā)角來改變SVC的各相補(bǔ)償度，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)荷負(fù)序分量和調(diào)整負(fù)荷功率因數(shù)的目的。因此，該方法一提出就受到了普遍關(guān)注。無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展概況早期的無功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。同

26、步調(diào)相機(jī)是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī)，在過勵磁或欠勵磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自二三十年代以來，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)無功功率控制中一度發(fā)揮著重要作用，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行過程中的損耗和噪聲都比較大，維護(hù)復(fù)雜，且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率控制的要求，目前在現(xiàn)場僅有少量使用。并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)點(diǎn)，按電容器安裝的位置不同，通常有三種補(bǔ)償方式：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、就地補(bǔ)償。一，集中補(bǔ)償電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總降壓變電所的610kV 母線上，用來提高整個變電所的功率因數(shù)，保障供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡，可減少高壓

27、線路的無功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。二，分組補(bǔ)償是將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或終端配電所高壓或低壓母線上，這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅補(bǔ)償容量和范圍相對小些，但補(bǔ)償效果比較明顯，采用比較普遍。三，就地補(bǔ)償是將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動機(jī)或電感用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小型設(shè)備十分適用。若能將這三種補(bǔ)償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局，一定可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。并聯(lián)電容器的缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定無功，且容易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，但是并聯(lián)電容器在其它方面的優(yōu)勢突出，因此到目前為止仍

28、是我國主要的無功補(bǔ)償方式。并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒ㄋ^并聯(lián)容性補(bǔ)償就是指在線路中接入并聯(lián)連接的設(shè)備，用于向線路中提供容性的無功電流。由于容性無功電流超前電壓90，而感性無功電流滯后電壓90，因此容性無功電流可以抵消感性無功電流。又由于電網(wǎng)中的負(fù)荷絕大多數(shù)是感性負(fù)荷，因此在電網(wǎng)中用于負(fù)荷補(bǔ)償?shù)难b置絕大部分是并聯(lián)容性補(bǔ)償。從另一個角度去看，我們可以將無功補(bǔ)償裝置看成是發(fā)無功電流的設(shè)備，負(fù)荷是吸收無功電流的設(shè)備，無功補(bǔ)償裝置所發(fā)的無功電流用于供應(yīng)負(fù)荷吸收的無功電流。因此，總是將無功補(bǔ)償裝置安裝在負(fù)荷的上端（電源端）。在完全補(bǔ)償?shù)那闆r下（上端功率因數(shù)=1），無功電流只在無功補(bǔ)償裝置與負(fù)荷之間的線路中存在，在

29、無功補(bǔ)償裝置以上的線路中沒有無功電流。（1）同步調(diào)相機(jī)調(diào)相機(jī)的基本原理與同步發(fā)電機(jī)沒有區(qū)別，它只輸出無功電流。因?yàn)椴话l(fā)電，因此不需要原動機(jī)拖動，沒有啟動電機(jī)的調(diào)相機(jī)也沒有軸伸，實(shí)質(zhì)就是相當(dāng)于一臺在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。調(diào)相機(jī)是電網(wǎng)中最早使用的無功補(bǔ)償裝置。當(dāng)增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增大。當(dāng)減少激磁電流時，其輸出的容性無功電流減少。當(dāng)激磁電流減少到一定程度時，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補(bǔ)調(diào)相機(jī)的損耗。當(dāng)激磁電流進(jìn)一步減少時，輸出感性無功電流。調(diào)相機(jī)容量大、對諧波不敏感，并且具有當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點(diǎn)，因此調(diào)相機(jī)對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用

30、。由于調(diào)相機(jī)的價格高，效率低，運(yùn)行成本高，因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視，一些人主張重新啟用調(diào)相機(jī)。（2）并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是目前最主要的無功補(bǔ)償方法。其主要特點(diǎn)是價格低，效率高，運(yùn)行成本低，在保護(hù)完善的情況下可靠性也很高。在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補(bǔ)償裝置。自動無功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負(fù)荷情況。并聯(lián)電容器的最主要缺點(diǎn)是其對諧波的敏感性。當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時，電容器的電流會急劇增大，還會與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件

31、，在電網(wǎng)電壓下降時其輸出的無功電流也下降，因此不利于電網(wǎng)的無功安全。（3）SVCSVC的全稱是靜止式無功補(bǔ)償裝置，靜止兩個字是與同步調(diào)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個子類：機(jī)械投切電容器（MSC）機(jī)械投切電抗器（MSR）自飽和電抗器（SR）晶閘管控制電抗器（TCR）晶閘管投切電容器（TSC）晶閘管投切電抗器（TSR）自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）根據(jù)以上這些子類，我們可以看出：除調(diào)相機(jī)之外，用電感或電容進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难b置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)“SVC”字樣，其原因不外乎兩條：其一是作者自己并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不

32、懂的字母組合故弄玄虛。對于TSC我們另文敘述，這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器（TCR）和自飽和電抗器（SR）。(1) 具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置(SR)這種裝置是最早的一種靜止無功補(bǔ)償裝置，早在1967 年，這種裝置就在英國制成。飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵芯的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大小?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制繞組中的工作電流來控制鐵芯的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無功電流的大小。但是這種裝置中選用的飽和電抗器造價高，約為一般電抗

33、器的4倍，且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態(tài)，鐵芯損耗大，比并聯(lián)電抗器大23 倍，另外這種裝置有振動和噪聲，調(diào)整時間長、動態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。（2）這種裝置是利用晶閘管的相位控制來調(diào)整電抗器的電流，從而達(dá)到調(diào)整無功功率的目的。TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用晶閘管控制的電抗器，通常將電抗器的容量設(shè)計(jì)成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無功電流可以變化。當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，因此整套裝置的補(bǔ)償量最大。當(dāng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時，電抗器的感性電流就會抵消一部

34、分電容器電流，因此補(bǔ)償量減少，導(dǎo)通角越大，電抗器的電流越大，補(bǔ)償量就越小。當(dāng)晶閘管全通時，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時補(bǔ)償量為0。在TCR中，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角小于90時，電抗器的電流非正弦含有諧波成分，因此必須將固定電容器組設(shè)計(jì)成濾波器形式或者配備另外的濾波器。其單相原理圖如圖11 所示。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，此電路的有效移相范圍為9001800。當(dāng)觸發(fā)角= 900時，晶閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角=1800，此時電抗器吸收的無功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式： （） （2-8）可知，增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，

35、這樣就會減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效果。 U(t)t）SCR L 圖 2-1 TCR型補(bǔ)償器原理TCR 型動態(tài)補(bǔ)償方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：從0到最大功率連續(xù)可調(diào)；可以根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況分相調(diào)節(jié)；電路簡單，便于操作維護(hù)。不可避免的也具有一些缺點(diǎn)：在運(yùn)行中會產(chǎn)生諧波；占地面積大；電容、電抗器和晶閘管容量都是按系統(tǒng)最大沖擊無功功率來配備，設(shè)備投資大；從實(shí)際情況看，跟蹤補(bǔ)償裝置大部分時間處于零或低無功功率補(bǔ)償狀態(tài)，最大功率運(yùn)行能耗大。單獨(dú)的TCR 只能吸收無功功率，不能發(fā)出無功功率，為了解決此問題，通常將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成

36、無功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器元件的不同，又可分為TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器(TCR+FC)和TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器(TCR+MSC)。這種具有TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快、靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。（3）STATCOMSTATCOM是一種使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關(guān)控制電流的裝置。其基本工作原理是： 通過對系統(tǒng)電參數(shù)的檢測，預(yù)測出一個與電源電壓同相位的幅度適當(dāng)?shù)恼译娏鞑ㄐ?。?dāng)系統(tǒng)瞬時電流大于預(yù)測電流的時候，STATCOM將大于預(yù)測電流的部分吸收進(jìn)來，儲存在內(nèi)部的儲能電容器中。當(dāng)系統(tǒng)瞬時電流

37、小于預(yù)測電流的時候，STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來，填補(bǔ)小于預(yù)測電流的部分，從而使得補(bǔ)償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。 根據(jù)STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實(shí)現(xiàn)真正的動態(tài)補(bǔ)償，不僅可以應(yīng)用在感性負(fù)荷場合，還可以應(yīng)用在容性負(fù)荷的場合。并且可以進(jìn)行諧波濾除，起到濾波器的作用。但是實(shí)際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達(dá)到理論要求，而且由于開關(guān)操作頻率不夠高等原因，還會向電網(wǎng)輸出諧波。STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實(shí)際應(yīng)用價值。2.3無功補(bǔ)償容量的確定無功補(bǔ)償裝置的用途就是為電網(wǎng)補(bǔ)償無功功率，但是對電網(wǎng)的無

38、功補(bǔ)償容量不是隨意的，需要根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況來確定，因此確定無功補(bǔ)償容量成為必不可少的步驟。確定無功補(bǔ)償容量最直接的方法就是從提高功率因數(shù)的需要來確定補(bǔ)償容量。如果補(bǔ)償線路有功功率為P1，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為cos1，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為cos2，則補(bǔ)償容量可以用下述公式計(jì)算： （2-9）上式中表示線路中需要的補(bǔ)償容量。對于補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos2的設(shè)定要適當(dāng)，通常設(shè)為0.91.0之間的某個合適的值，該值不宣設(shè)的過高。例如對于一個有功功率為100kw功率因數(shù)為075的待補(bǔ)償線路，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9，按照式210計(jì)算所得的補(bǔ)償容量為39.8kvar，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.0，計(jì)算所得的補(bǔ)償

39、容量則為882lkvar，可以看出，在超過0.9的高功率因數(shù)下進(jìn)行無功補(bǔ)償其效益將顯著下降。所以可能的情況下可以將補(bǔ)償后功率因數(shù)適當(dāng)設(shè)置的低些。對于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償方式來說，電力電容器組額定容量與其接線方式有關(guān)。對于三相電路，電容器容量為： （2-10）上式中 表示電容器容量kvar f表示交流電網(wǎng)頻率，f=50HZ U表示相電壓 KV C為單相電容器電容值F對于三相三角形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓，而對于三相星形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓的倍，對于同樣的電容器組三角形接線的無功出力是星形接線的3倍，這也是將并聯(lián)電容器組以三角形連接并聯(lián)于電網(wǎng)的原因。 第三章 無功功率與功率因數(shù)3.1 功率

40、因數(shù)功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個具有代表性的重要指標(biāo)之一，通常使用COS表示。一個供電設(shè)備的供電容量通常是用視在功率表示，字面意思就是我們所能看到的功率，即表見功率，但不是真實(shí)功率，它的真實(shí)功率是由視在功率和功率因數(shù)的乘積決定的。所以說功率因數(shù)是一個非常重要的供電指標(biāo)，而視在功率是由有功功率的平方與無功功率的平方和，開跟號得到的。視在功率確定后，有功功率分量高就稱為功率因數(shù)高，有功功率分量低就稱為功率因數(shù)低，有功功率和無功功率都是靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的，然而用電設(shè)備所需要的功率會因設(shè)備的感性和容性不同而不同，當(dāng)用電設(shè)備是感性時，用電設(shè)備的電壓會超前電流90；當(dāng)用電設(shè)備

41、是容性時，電流超前電壓90，兩個分量將在一條直線上，但方向相反，用電設(shè)備中感性的居多，所以這就需要一個容性的負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償了。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角的余弦來表COS示。COS稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為： (3-1) (3-2) COS功率因數(shù)；P有功功率，kW；Q無功功率,kvar；S視在功率,kVA；U用電設(shè)備的額定電壓,V；I用電設(shè)備的運(yùn)行電流,A。功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、

42、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。(1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補(bǔ)償設(shè)備時的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負(fù)荷(電動機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低，都小于1。(2)瞬時功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計(jì)算公式為： (3-3) 3.2影響功率因數(shù)的因素功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功

43、率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P 一定時，如減少無功功率Q ，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q =0 時，則其功率因數(shù)1 。因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備 。異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)

44、行或長其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響 。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無

45、功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果3.3提高功率因數(shù)的意義 提高功率因數(shù)的意義由以上論述可以看出，要使發(fā)電廠和供電所更有效利用資源進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和傳輸，就必須合理的進(jìn)行有功功率和無功功率的分配，在無功功率配置合理的情況下，盡量的多發(fā)有功，減少無功功率的輸出。那就要提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。當(dāng)供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大即功率因數(shù)的降低，就會引起：系統(tǒng)中輸送的總電流增大，使電氣元件，如變壓器、電抗器、導(dǎo)線等容量增大，從而擴(kuò)大了企業(yè)投資；由于無功功率增大，造成輸電電流增大，從而也會增大供電設(shè)備的有功損耗；因?yàn)橄到y(tǒng)中的總電流增大，所以電壓損失增大，造成調(diào)壓困難；對發(fā)電機(jī)來說，轉(zhuǎn)

46、子溫度升高，發(fā)電機(jī)達(dá)不到預(yù)期出力；由于系統(tǒng)電流增大，系統(tǒng)電壓降低，會造成其他設(shè)備不能正常出力。所以，我們必須提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。3.3.2提高功率因數(shù)和無功補(bǔ)償企業(yè)的感性負(fù)荷大部分是異步電動機(jī)，運(yùn)行時要消耗一定的無功功率，使得電動機(jī)和輸電線路的電流增大，如果給電動機(jī)增加就地補(bǔ)償電容，不但可以使線路及配電裝置的輸送電流減小，而且還可以減少有功損耗，減少初期的投資容量。下面給出異步電動機(jī)的無功補(bǔ)償計(jì)算公式，以供大家參考：設(shè)補(bǔ)償前電動機(jī)的無功功率為Q1，補(bǔ)償電容器后的無功功率為Q2，則補(bǔ)償電容器的無功功率為: Qc=Q1-Q2=P1(tan1-tan2) (3-4) P1、P2為電動機(jī)運(yùn)行時輸入

47、/輸出的有功功率；1、2為電容器補(bǔ)償前后的功率因數(shù)角。補(bǔ)償前的功率因數(shù)：cos1=(cose)1/k， （3-5）式中cose為電動機(jī)額定負(fù)載時的功率因數(shù)，可從產(chǎn)品目錄中查得，k為電機(jī)定子電流負(fù)載率，k=I1/Ie，其中I1為電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)測定子電流（A），Ie為電機(jī)的額定電流（A）。補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不經(jīng)濟(jì)。 3.4 無功補(bǔ)償?shù)男б嬖诂F(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.700.85 之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%90%,如果把功

48、率因數(shù)提高到0.95 左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，提高電力系統(tǒng)有功輸送容量和供電能力，降低輸電線路因輸送無功功率造成的輸送線路損耗，節(jié)省投資，在有限的輸電網(wǎng)絡(luò)中最大可能地為用戶輸送更多地有功電能等幾個方面。 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。 提高設(shè)備的利

49、用率。對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。 降低系統(tǒng)的能耗補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOS，由于COS提高，補(bǔ)償后的電壓U2 稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析

50、問題方便，可認(rèn)為U2U1 從而導(dǎo)出I1COS1=I2COS2。即I1/I2= COS2/ COS1,這樣線損 P 減少的百分?jǐn)?shù)為：P%= (1-I22/I12)100%=（1- COS21/ COS22）100% （3-6）當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85 提高到0.95 時，由(3-6)式可求得有功損耗將降低20%45%。以廣東省中山供電局李銓怡的文章“低壓無功補(bǔ)償?shù)木C合經(jīng)濟(jì)效益”中所寫數(shù)據(jù)為例，按中山供電局電網(wǎng)的供電量，根據(jù)有代表性的五個1lOkV變電站無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能計(jì)算，在l0kv系統(tǒng)裝設(shè)10000kvar集中補(bǔ)償，可在llOkV網(wǎng)絡(luò)中獲得年節(jié)電60萬kwh電之利。如果在380v低壓系統(tǒng)中裝

51、設(shè)同樣多的無功補(bǔ)償，則在110kv及以下電網(wǎng)中，年節(jié)電量達(dá)80萬kwh。這就等于給地方系統(tǒng)節(jié)省80萬元電力建設(shè)資金。也就是說，每降損1kwh，可節(jié)省電力建設(shè)費(fèi)1元。而給新用戶輸送的80萬kwh年電量，不需增加運(yùn)行費(fèi),可以看出，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。 改善電壓質(zhì)量以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則：電壓損失U 為：U=（PR+QX）/Ue10-3(KV) 。兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負(fù)荷P 產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的。配電線路：X=（24）R，U 大部分為輸送無功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的。變壓器：X=（510）R， QX/Ue=(510) PR/ Ue 。變壓器U 幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q 產(chǎn)生的，可以看出，若減少無功功率 Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機(jī)的起動。因此，無功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對于無功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個輔助作用。第四章 基于TSC的無功補(bǔ)償4.1 晶閘管投切電容器 概述 晶閘管投切電容器(thyristor switched capacitor，TSC)是一種利用晶閘管作為無觸點(diǎn)開關(guān)的無功補(bǔ)償裝置，它根據(jù)晶閘管能夠精確觸發(fā)的特性，快速平穩(wěn)地投入