文档介绍：电力系统的无功补偿技术
谢运祥
华南理工大学电力学院
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功率因数的概念
有功功率、无功功率与功率因数
电源
输电线
M
电力用户
降压
变压器
PG+jQG
有功功率(kW):用于做功和发热损耗的那部分电能。例如: 转换成机械能、热能、光能等;方向:电源至负载。
一个周期的平均功率大于零。
无功功率(kVar):用于电路内电场与磁场交换的那部分电能。方向:上半周期从电源至负载,下半周期从负载至电源。
一个周期的平均功率等于零。
交流发电机
输出的功率
(视在功率:容量)
(kVA)
电能形成(电源)
电能转换(负载)
升压
变压器
ΔP+j ΔQ
PL+jQL
2
功率因数的概念
S
j
功率因数:有功功率出力在设备容量中所占的比重。
cosj =P/S 0≤cosj≤
功率三角形
S2=P2+Q2
j Scos
Q
j Ssin
P
P →S 或 cos j→
节电:
Q →0
Q=Ssin j
P=Scos j
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自然功率因数
25%
50%
75%
负荷
空载
满载
配电变压器
-
-
-
-
感应电动机
-
-
-
电焊设备
锻压设备
工业电热
-
-
-
金属加工
铸钢铸铁
家用电器
-
-
-
提升、皮带
水泵风机
照明电器
负荷自然功率因数:无功补偿前负荷的功率因数
cosj =P/S
典型负荷功率因数表:
4
-
实际功率因数
0
月电费减收%
实际功率因数
15
10
月电费增收%
功率因数与电费调整
(%)
总电费=(高峰电度电费+ 平段电度电费+ 低谷电度电费+ 基本电费)
×(1±功率因数奖惩率)+ 城市建设附加费
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无功补偿原理
P+jQ
PL+jQL
系统
-jQC
IC
Zl=Rl+jXl
ZL
V2
Zc
无功补偿原理图:
负载
IL
功率平衡:
P + jQ = PL+ jQL–jQC=PL+ j(QL–QC)
P = PL
I
Q = QL–QC
Q
cos j = cos tg-1( ——)
当QL= QC时:
P
V1
P = PL
Q = 0
{
cos j =
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无功补偿原理
功率损耗:
电压损耗:
当Q=0时,ΔP=ΔPmin
当Q=0时,ΔV=ΔVmin
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传统无功补偿装置存在的主要问题
机械型无功补偿装置:
★采用交流接触器或空气开关投切电容器。
★结构简单、价格便宜。
★不能选择投切时刻、不能动态投切、产生过电流和过电压、影响供电质量、损坏电气设备、降低产品质量。
电力电子型无功补偿装置:
★电压过零或固定时刻触发晶闸管投切电容器。
★速度比传统装置快、不产生电弧。
★补偿装置价格较高、需要充放电回路、不能动态投切、不能避免过电流和过电压、晶闸管易损坏、供电质量下降。
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传统无功补偿装置存在的主要问题
存在安全性不高、实时性不强、使用寿命短、补偿效果差等问题
――安全性不高
传统的无功补偿装置在投、切电容器的过程中产生暂态过电压和过电流,
一般情况下:
。
这种过电压和过电流将冲击电网,破坏电压质量,损坏网上电气设备的绝缘性能、缩短使用寿命,甚至导致继电保护和自动装置误动,电容器组爆炸等事故,危害配电网的安全运行。
――实时性不强
为了减少对电容器的损坏,电容器组必须待放电基本完毕后再投入(大
约3分钟),因而不能实时动态投切电容器。
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传统无功补偿装置存在的主要问题
――使用寿命短
电容器损坏的主要原因是过电压和谐波过电流,而过电压危害最大。据资料介绍,,其使用寿命缩短五分之三。连续运行的自动投切电容器装置的电容器一般使用1年左右就开始损坏。
――补偿效果差
由于投、切电容器产生过电