文档介绍：无功补偿与谐波治理技术
报告人:许强
全国电压电流等级和频率标准化技术委员会委员
中国电工技术学会电力电子学会理事
报告日期:2009年4月
一、功率因数为什么会变低?什么是无功功率?
我们知道,通常我们所
用的交流电压是50Hz的正
弦波,在电压的两端接上
负载就会产生电流,如我
们在220伏(或380V)的
电源上接一个电灯,电灯
中流过电流,灯就亮了。
当负载是电阻时,电压波
形的相位与电流波形的相
位完全相同,即电压波形
与电流波形重叠在一起。
这时电网送出的功率也与
消耗的功率相等。
而现实生活中电阻负载使用
的较少,大多数负载都有一定
的电感,如变压器、电动机、
洗衣机、冰箱、空调等都是带
有电感性的负载,这样就使电
压波形的相位与电流波形的相
位不能重叠,电流的波形(红
色)就会比电压波形(蓝色)
迟后△T的时间,△T时间越
大,功率因数越低,消耗的无
功功率也越大。那么电网送出
的功率(视在功率)也与消耗
的功率(有功功率)就不再相
等了,电网送出的功率是如下
表达式:
电网送出的功率(视在功率)=实际消耗的功率(有功功率)+无功功率
什么是无功功率:
无功功率决不是无用功率,它是另外一种能量消耗的表达形
式,如电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而
带动机械运动,电动机的旋转磁场就是靠从电源取得无功功
率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一
次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此没有无功功
率的话,电动机不会转动,变压器不会变压等。因此在正
常情况下,用电设备不但从电网中取得有功功率,同时还需
要从电网中取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应
求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,
那么这些用电设备就不能维持在额定情况下的工作。能反映
无功功率被使用的指标是用电的功率因数,即COSØ。
二、功率因数低的危害
无功功率不足时,对供、用电产生一定的不良影响
主要表现在以下几个方面:
1) 降低发电机有功功率的输出;
2) 降低了输、变电设备的供电能力;
3) 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加;
4) 造成设备运行时电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥;
要充分认识得问题是,从发电机和高压输电线供给的无功功
率,远远不能满足用电设备的要求,为了保证电气设备运行的
效率和降低费用(对无功功率电力部门也按计量收费),应加
相应的无功功率补偿。
举例:
变压器容量为 250kVA,,变压器
已出满功率175kVA,其他容量被无功占用。现在要增加
60kW的电动机。如果不采取措施的话,变压器的容量不
够用,需更换变压器。采取的解决方案就是提高功率因
数,在该变压器二次侧对现有设备进行补偿,补偿后功
,这样变压器的有
,在原来的
175kW的基础上再加60kW的电动机也只有235kW,因此提
高功率因数就解决了变压器的输出能力。
功率因数补偿容量的计算:
Q--需要补偿的无功容量; P-- 实际有功总容量; η-- 平均使用率;
αβ--补偿后需要达到的功率因数; -- 补偿前的功率因数;
电能质量问题
50~60年代(变压器、电动机)
70~80年代(变压器、电动机、SCR应用)
90年代到21世纪(先进的工艺流程、先进的设备)产生了我们意
想不到的电能质量问题
IGBT出现
晶闸管时代功率集成器件
1970 1980 1990 1995 至今
全控型器件
迅速发展
谐波产生及分析:(无电抗器)
i
¾整流、变频器装置等 e1 M
C
3相负载主要产生5,7,11,13次谐波电流 e2
e3
谐波电流是谐波频谱
S=23kVA THDI=124% 81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100
50
0
H5 H7
H1
H23
H11 H19 H21
H13 H17
谐波产生及分析:(有电抗器)
L1 i
e1
¾整流、变频器装置等 L2 C
e2 Z
3相负载主要产生5,7,11,13次谐波电流 L3
e3
谐波电流是谐波频谱
S=122kVA THDI=30% 28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100
80
60
40
20
0
H1 H5 H7
H19
H17