动态无功补偿基础知识

共15页，第1页动态无功功率补偿基础知识一、什么叫无功？电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功，无功功率表达式如下：式中无功量的单位为Var（乏），线电压的单位为V（伏），视在电流I单位为A（安）。二、无功及分类1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度，如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等；2、容性无功：电流矢量超前电压矢量90度，如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等；3、基波无功：与电源频率相等的无功；4、谐波无功：与电源频率不相等的无功。三、什么是无功补偿？1、无功补偿：指根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。2、无功功率有那些危害：——无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆。四、什么是动态无功补偿？1、动态无功补偿根据电网中动态变化的无功量实时快速地进行补偿。2、为什么要进行无功功率补偿——是为了减小供配电线路中往复交换的无功功率，提高供配电线路的利用率。五、进行就地动补的意义是什么？——是能将用电设备至发电厂全程供配电设备、线路、都得到补偿，降损节能效果显著，特别是低压线路及变压器的损耗大幅度降低，企业和用户直接受益。六、就地动补的有功节能是什么？——减小供配电设备线路损耗，变压器损耗等一切无功电流引起的发热功率。这部分损耗功率Ps可由下式表达：Ps=i2rΣ式中i为视在电流，rΣ为供配电设备线路电阻和。七、使用就地动补后线路损耗的节能比sinUIQQQ共15页，第2页——补偿后视在电流的平方与补偿前视在电流的平方之比。即：I22rΣ：I12rΣ式中I1为补偿前视在电流，I2为补偿后视在电流，rΣ为供配电设备线路电阻之和八、动补与静补的主要区别及优点——静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命。——动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有稳定电网电压功能，提高电网质量，无触点零电流投切技术增加了电容器使用寿命，同时具备治理谐波的功能。九、什么是谐波？1、谐波——指电网中非基波（50Hz中国）的其他频率的电流或电压，如高次谐波，谐波亦属于无功类别。2、谐波的危害——谐波是供配电系统中的公害，可造成供配电线路，用电设备发热，产生趋肤效应，使电气设备、电动机产生机械振荡。干扰无线电设备不能正常运行。电网中谐波量过大，可引起电网振荡，造成电网颠覆的严重事故。十、高次谐波1、三相六脉波整流电路有哪些高次谐波——三相整流设备含有5、7、11、13等次（6n±1）的高次谐波，含量为基波的1/5，1/7，1/11，1/13…1/（6n±1）高次谐波含量为：即2、六相十二脉波整流电路有哪些高次谐波——六相十二脉波整流电路含有：11、13、23、25…（12n±1）次高次谐波，高次谐波电流含量是：即十一、TFC系列动补的主要特点1、用于低压电网，靠近负载，采用TFC（晶闸管开关滤波器）动态无功功率补偿技术，晶闸管以10ms速度直接将滤波器投入电网，实现了低成本、高效益。2、采用计算机数字化控制技术，对三相对称或非对称供配电线路中的无功功率进行实时、动态跟踪补偿，使功率因数始终保持在0.90以上。在电网电压高低不同时采用不同的补偿算法以确保不发生欠补偿和过补偿。过补偿会引起电网电压升高。3、本技术可以抵销三相非对称负载引起的零序电流和负序电流，补偿后，三相非对称负载和本装置对电网等效于三相对称负载。4、本装置的微机故障自诊断系统可以对多种故障进行处理，如过电流、过电压、电源271251)()(nn1216121312111)()(nn121121共15页，第3页缺相和相序错等，容错运行技术的应用，提高了补偿装置在无人值守下的运行可靠性。5、本装置的投切时间为10ms，系统动态响应30ms。滤波器投入电网和退出电网均在电流过零点，入网电流为正弦，确保二进制编码码投切方式对电网不产生冲击电流，保证晶闸管安全工作，延长补偿电容器运行寿命。十二、TFC系列动补治理谐波的指标1、治理五次谐波量50%以上；2、非标准设计，可以对各次谐波进行治理，达到国家标准。3、适用场合——适用于如：冶金、化工、船舶，造纸等工矿企业，及居民生活小区，商业区域。十三、TFC系列动补补偿量计算公式——补偿前和补偿后负载容量不变的情况下：变压器容量为S，补偿前功率因数为cosφ1，补偿后功率因数要求提高到cosφ2，那么补偿容量为——补偿前和补偿后满负载容量的情况下：变压器容量为S，补偿前功率因数为cosφ1，补偿后功率因数要求提高到cosφ2那么补偿容量为十四、计算方法1、无功功率的计算方法式中为视在功率，为功率因数角。2、线路损耗的计算公式PS=I2rΣ式中I为视在电流rΣ为供配电设备线路内阻和。3、变压器的损耗的计算公式PB=rBI2式中I为视在电流，rB为变压器内阻。4、谐振频率的计算公式5、变压器阻抗的计算公式式中n为谐波次数，ω0为电网角频率，LB为变压器漏感，U2为变压器二次线电压，UK为变压器阻抗压降比，S为变压器容量。1cos11cos1cos22121SQ21sinsinSQ)sin(cos1SQ)1(cos3LCf21SUnULnZkBB1003220共15页，第4页6、滤波器阻抗的计算公式式中n为谐波次数，δ为感性无功于容性无功容量之比，ω0为电网角频率。十五、计算补偿电容的容量1、如何计算安装TP-TFC动补装置后的增容容量？2、如何计算安装TP-TFC动补装置后的节电量？例：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当前变压器满负荷运行时的功率因数cos=0.75，现在需要安装TP-TFC动补装置，要求将功率因数提高到0.95那么补偿装置的容量值多大？在负荷不变的前提下安装TP-TFC，动补装置后的增容量为多少？若电网传输及负载压降按5%计算，其每小时的节电量为多少？解：补偿装置容量=安装TP-TFC动补装置前的视在电流=安装TP-TFC动补装置前的有功电流=安装TP-TFC动补装置后视在电流降低=安装TP-TFC动补装置后的增容量=增容比=每小时的节电量(度)十六、动态无功功率补偿装置的功能1、补偿负载产生的基波无功功率2、抑制和滤除负载产生的谐波无功功率3、稳定电源电压4、解决三相不平衡负载的平衡化问题详解：1、补偿负载产生的基波无功功率①、感应异步交流电动机的功率因数：cos=0.9~0.6②、在中、轻载运行时，cos=0.8~0.4③、在起、制动过程中，cos=0.4~0.2例：北京造纸厂打浆机的电动机功率为180KW，软起动时，电动机的电流达到1500A，而采用动态无功功率补偿装置后，电动机的起动电流为400A，并且网压跌落由ΔU=60V下降为ΔU=3V④、变流装置（SCR）的功率因数：cosΦ≈cosαα为整流角CnnZ0231var)(3501000)]95.0sin(cos)75.0[sin(cos11K)(144334.01000A)(108275.01443A)(30495.0/10821443A)(2114.03304KVA%21%1001000/21111100013%5400304共15页，第5页⑤、当αmax=300时，功率因数：cosΦ≈cosα=0.866Q=50%S⑥、当α=600时，功率因数：cosΦ≈cosα=0.5Q=87%S⑦、当起动或低速咬钢时，α≈800，功率因数:cosΦ≈cosα=0.17；Q=98%S例：在轧钢车间使用变流装置，采用动态无功功率补偿装置（2.4MVAR）后，在整个轧钢过程中，功率因数始终保持在0.95以上。2、抑制和滤除负载产生的谐波无功功率①、谐波无功功率主要由非线性负载产生A、变流装置（SCR）产生谐波无功，理论证明：三相全控桥整流逆变装置，六只晶闸管对称触发时产生6N±1次谐波，幅值为B、十二相变流装置产生12N±1次谐波，幅值为变流器采用多重化技术。变流器是电力系统的主要谐波源。采用多重化、多电平控制是减小变流器谐波的有效方法。众所周知，对三相桥式整流电路理论上所产生的特征谐波次数为N=6K±1，K=1、2、3、……。存在5、7、11、13……次谐波，若采用12相、24相、36相等多相整流的多重化结构。将整流变压器二次侧绕阻构成星、角接线，使相位差30°、15°……，可使高次谐波含量大大减小。C、谐波次数N=PK±1，P为整流相数，K=1、2、3、……。附：各类多相整流器产生的谐波次数3、稳定电源电压4、解决三相不平衡负载的平衡化问题A、根据不平衡三相负载理论：三相负载电流由三相平衡的正序电流和三相不平衡的负序电流及零序电流组成。（无零线的系统无零序电流）B、如果系统无零序电流，通常将解决三相不平衡负载的平衡化问题归结为消除三相不平衡负载的负序电流。C、理论证明：三相负载电流Ia、Ib、Ic中如果没有无功电流，并且零序电流为零，负序电流必然为零，即三相电流对称。那么三相不平衡负载的平衡化问题就转为各相无功电流的补偿问题。D、无功功率补偿装置具由从变压器输出由功电流小的相抽取一定的由功电流，送到有功电流大的相上去的作用，使变压器输出个各相对负载只输送161N整流相数注入电网的谐波次数65、7、11、13、17、19、23、25……1211、13、23、25、35……2423、25……3635、37……·由右表可见，增加变流器的相数可有效地消除低次谐波，整流相数越多，所产生的谐波分量越少。目前在轧钢机和电冶金、电解整流电源工程中多数采用12相、24相整流技术，对特大容量的也采用36相、48相整流。·交流电弧炉非对称产生偶次谐波。共15页，第6页有功电流，其幅值为原负载总有功电流的三分之一。E、例如；玻璃行业、晶体制造、三相供电单相使用等都是三相不平衡负载，都可以选取无功功率补偿装置解决平衡化问题。（举例，成都二零八厂负载严重非对称）十七、动态无功功率补偿的意义1、降低供配电系统的损耗2、提高供配电系统的利用率（增容）3、稳定供配电系统的网压4、动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用详解：1、降低供配电系统的损耗——供配电系统的损耗于供配电系统通过的总电流的平方成正比，系统总电流下降到0.707，损耗将下降50%。例：一台315KVA的供电变压器，高峰负荷时，电流达到额定值，功率因数cos1=0.7，如果通过无功功率补偿将功率因数提高到cos2=0.93问：A、改善功率因数以后，电能损耗下降的百分数为多少？BS为多少？C、变压器及线路每年减少损失为多少？解：A、将功率因数cos1提高到cos2，那么最大电流将由I1下降到I2，因为负荷有功功率不变；损耗于电流平方成正比，故其下降值为：即I2=I1×B、因为负荷有功功率不变∴S1·cos1=S2·cos2即S2=S1△S=S1-S2=315=78（KVA）C、变压器额定输出时，自身损耗在3%~5%左右，那么变压器每年减少损耗为；365×24×315×4%×43.35%=47848（KW.h）根据华北电管局统计资料，线损耗一般为5%，那么线路每年减少损耗为：365×24×315×0.75%×43.35%=41867（KW.h）注：动态无功功率补偿装置的有功节能只是降低了补偿点至发电机之间的供配电的损耗。所以高压网侧的无功补偿不能减少低压阀侧的损耗，亦不能使低压供电变压器的利用率提高，根据最佳补偿理论，就地动态无功功率补偿节能效果最为显著。2、提高供配电系统的利用率（增容）①、由于供配电系统中无功功率的存在，使得功配电系统利用率下降至cosφ；21coscos%35.43%100212221I