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河北工程大学水电学院毕业设计课题：无功电容补偿专业：发电厂及电力系统院系：动力系班级：发电一班学号：@#￥%……姓名：#####指导老师：####2011年5月28日河北工程大学水电学院-1-目录前言…………………………………………………………………6静止无功补偿技术的现状及其发展趋……………………………61.静止无功补偿的历史…………………………………………………62.晶闸管投切电容器（TSC）控制方式…………………………………63.投切方式………………………………………………………………74.补偿策略………………………………………………………………75.发展趋势………………………………………………………………7一、无功补偿的意义………………………………………………81.无功功率的产生和影响………………………………………………82.无功补偿的作用………………………………………………………93.影响功率因数的主要因素……………………………………………94.无功补偿的一般方法…………………………………………………95.采取适当措施，设法提高系统自然功率因数………………………106.无功电源………………………………………………………………107.无功补偿的意义………………………………………………………118.结束语…………………………………………………………………12二、电力系统谐波的基本特性和测量……………………………121.配网中的谐波源………………………………………………………132.谐波在配网中的危害…………………………………………………14河北工程大学水电学院-2-3.配电网谐波治理的对策………………………………………………144.结论……………………………………………………………………14三、电压无功控制和九区域控制策略…………………………151.电压无功控制的原理…………………………………………………152.九区域控制策略………………………………………………………16四、无功功率补偿装置的分类……………………………………16无功补偿装置：…………………………………………………………17无功补偿装置分类方式：…………………………………………………17A.按投切方式分类:……………………………………………………171.延时投切方式…………………………………………………………172.瞬时投切方式…………………………………………………………173.混合投切方式…………………………………………………………184.无功功率补偿装置的应用………………………………………………18B.无功功率补偿控制器…………………………………………………191.功率因数型控制器……………………………………………………192.无功功率（无功电流）型控制器……………………………………203.用于动态补偿的控制器………………………………………………20滤波补偿系统………………………………………………………………20五、无功功率补偿的计算方法………………………………………211、概述……………………………………………………………………212、供电系统各种元件电抗的计算………………………………………21a、系统电抗的计算………………………………………………………22河北工程大学水电学院-3-b、变压器电抗的计算……………………………………………………22c、电抗器电抗的计算…………………………………………………22d、架空线路及电缆线路电抗值的计算…………………………………223、短路容量和短路电流计算……………………………………………234、计算实例………………………………………………………………235、结论……………………………………………………………………25六、无功功率补偿MTSC装置…………………………………………251.无功功率补偿原理与实现方法………………………………………252.现有补偿装置存在的问题及解决方法………………………………253.动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现……………………273.1采集传输参数………………………………………………………273.2采集传输控制参数…………………………………………………283.3采集传输控制系统方块图及各部分的作用………………………283.3.1传感器部分………………………………………………………283.3.2电量采集控制器…………………………………………………283.3.3采集传输集中控制器……………………………………………283.3.4动态功率因数补偿控制器………………………………………293.3.5电力电容器组及可控硅开关组件………………………………294.结论……………………………………………………………………29七、高通和低通滤波器对谐波检测电路检测……………………291.一种基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法…………………302.采用HPF的谐波电流检测电路………………………………………31河北工程大学水电学院-4-3.采用LPF的谐波电流检测电路…………………………………………314.仿真电路的建立及其仿真研究…………………………………………325.结束语……………………………………………………………………35八、无源谐波滤除装置…………………………………………………351.无源并联滤波器………………………………………………………352.无源串联滤波器………………………………………………………363.有源谐波滤除装置………………………………………………………37九、选择低压无功功率补偿装置……………………………………………37如何选择低压无功功率补偿装置…………………………………………37十、输配电网的无功补偿………………………………………………381．输电网的无功补偿……………………………………………………382．电抗器补偿……………………………………………………………383．串连电容补偿…………………………………………………………384．中间同步或静止补偿……………………………………………………385．配电网的无功补偿………………………………………………………396．相位补偿(亦称功率因数补偿)…………………………………………39十一、电网电压调整……………………………………………………391．利用地区发电厂或枢纽变电所进行中心调压…………………………392．调压变压器调压………………………………………………………393．无功补偿调压…………………………………………………………394．串联电容补偿调压………………………………………………………39A.电容器无功功率补偿的应用……………………………………………41河北工程大学水电学院-5-B.电容器无功功率补偿…………………………………………………41电力电容器的补偿功能……………………………………………………41自愈式低压并联电力电容器的结构特点…………………………………41河北工程大学水电学院-6-前言静止无功补偿技术的现状及其发展趋无功功率补偿是保持电网高质量运行的一种主要手段，也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。电网中无功不平衡主要有两方面的原因：一方面是输送部门传送的三相电的质量不高，一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的原因综合起来导致了无功的大量存在。在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行控制。1.静止无功补偿的历史将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法，在国内外获得了广泛的应用。并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电动机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电动机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐补静止无功补偿装置所取代。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器型的。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点，但其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位，于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。2.晶闸管投切电容器（TSC）控制方式根据控制物理量的不同可分为功率因数控制、无功功率控制和多参量综合控制。功率因数控制是指根据预先设定的整定功率因数cosφ，由检测到的电网实际功率因数控制所需的补偿电容容量。电容器组投入后，只有当cosφmin＜cosφ0＜cosφmax，且电压不超过允许值时，能运行于稳定区。无功功率控制是指根据测得的电压、电流和功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，然后在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量（下限值），则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行要相应的投切。从控制策略来看，采用功率因数控制直接明了，但轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿；而采用无功功率控制，由于检测和控制目标都是同一物理量，技术上合理，但检测难度稍大。但仅根据某一物理量进行控制都有其不足，现阶段广泛采用多参量综合控制，即以功率因数控制为基础，以无功功率控制避免投切振荡，电网电压上限值和负载电流下限值作为控制电容器组投切的约束条件，实现电容器组的智能综合控制。高效率微处理芯片的使用为实现多变量综合控制提供了可能性。比较合理的补偿应做到最大限度地利用补偿设备提高电网的功率因数、不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。3.投切方式河北工程大学水电学院-7-20世纪70年代的补偿柜都是采用机械式交流接触器，至今仍有沿用。但由于接触器三相触头不能分别进行控制，要通则几乎一起接通，要断则几乎一起断开，无法选择最合适相位角投入和切除电容，这样会产生不同的冲击电流。由于冲击电流大，限制了一次投入的电容值，不得不把一次投入的电容值化整为零，分几次投入，这将降低补偿的准确性和减慢响应的速度，而且常会引起接触器触头烧焊现象，使接触器断不开，影响正常工作，实际使用时不得不对触头经常进行维护和更换，这影响了整个装置工作的可靠性和工作寿命，也降低了工作的准确性和动作响应速度。现在普遍采用单片机控制大功率晶闸管来投切电容，由于具有过零检测、过零触发的优点，响应速度快，合闸涌流小，无操作过电压，无电弧重燃，从而基本上解决了以往投切时交流接触器经常拉弧至于烧结而损坏的不良情况。开关器件可选择晶闸管和二极管反并联，也可选择两个晶闸管反并联方式。采用晶闸管与二极管反并联方式，只要电容器在电源峰值时投入，晶闸管在电流过零时自动切断，无论电容器的投或切，都不会产生冲击电流和过电压，控制简便，电容器无需放电即可重新投入，从而实现电容器的频繁投切，但晶闸管承受的最大反向电压为电源电压峰值的两倍。而采取两个晶闸管反并联方式，在晶闸管关断时，如果电容器残压能迅速放掉，那晶闸管所承受的最大反向电压为电源电压的峰值。两种方式相比，晶闸管反并联方式可靠性更高，即使损坏一个晶闸管，也不会导致电容器误投入，响应速度也比晶闸管和二极管反并联方式快，但投资较大，控制更复杂