无功补偿技术的应用研究09142

远程与继续教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目： 无功补偿技术的应用研究学习中心： 沈阳直属学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2015 年 秋 季 学 号： 150031209041 学 生： 周胜文 指导教师： 姚晓妹 完成日期： 2017 年 07 月 21 日 无功补偿技术的应用研究I内容摘要无功补偿技术可以降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，延长设备使用寿命，因此需要开展相关研究，不断提升无功补偿技术在电气自动化中的应用成果。本文分析对比无功补偿技术的国内外发展现状，根据无功补偿相关的基本理论知识，阐述了电力系统无功补偿的基本原理和基本方法及其在电力系统中的功能。分析了目前无功补偿技术在电气自动化中的应用情况，并归纳了应用中存在的主要问题，且给出具体的解决措施。同时分析总结了无功补偿技术应用的主要实现途径，并阐明无功补偿技术在电气自动化领域的应用策略。关键词：电气自动化；无功补偿技术；实现途径；应用策略无功补偿技术的应用研究II目 录内容摘要 I1 绪论 11.1 研究背景与意义 11.2 无功补偿的发展现状 21.2.1 无功补偿的发展 21.2.2 国内外研究现状 21.3 主要研究任务 32 无功补偿概念介绍及原理分析 42.1 无功功率 42.1.1 无功功率简介 42.1.2 无功功率的物理意义 42.1.3 无功功率的影响以及谐波的危害 52.2 功率因素 62.2.1 自然功率因数 62.2.2 功率因数的影响因素 62.2.3 提高功率因数的主要方法 62.3 无功补偿 72.3.1 无功补偿的基本概念 72.3.2 无功补偿与电压损失和功率损失的关系 82.3.3 无功补偿方式 92.3.4 无功补偿的意义 103 电气自动化中的无功补偿技术的应用及不足 123.1 电气自动化中无功补偿技术的应用 123.2 电气自动化中无功补偿技术应用中存在的问题 123.3 进一步提高无功补偿技术应用的措施 124 无功补偿技术应用的实现途径和应用策略 144.1 实现无功补偿技术应用的途径 14无功补偿技术的应用研究III4.2 无功补偿技术的应用策略 154.2.1 运用并联混合有源滤波器对低压电网补偿 154.2.2 开辟无功补偿技术在电气自动化系统中新的应用方向 164.2.3 努力解决无功补偿应用过程中存在的主要问题 16结论 17参考文献 18无功补偿技术的应用研究11 绪论 1.1 研究背景与意义当今，随着社会的变化和发展，人们除了满足物质上的需要以外，还需要尽量丰富精神生活，这就需要更多的水电方面的支持，造成电力编制所承受的负荷也逐渐变得越来越重。尤其是近些年来，电力负荷快速增长和发电厂装机容量和输电线路容量不足，导致全国部分地区电力供应质量相对很差，导致人们的日常生活受到很大的影响。但在当今科学技术飞速发展的今天，电力市场政策的开放使得广大人民对供电质量的要求也一天比一天高。因此，不管是在电力生产或者企业各个领域，电力系统的经济都值得被关注。那么，为了确保电力系统的经济运行，通过什么方法使系统的运行，有功功率，无功功率损耗减小，不影响供电企业和电力用户的电力质量，这是电力系统的目标。系统消耗能量有很多原因。例如，在配电系统中，储存了更多的感性负载，并且在传输过程中将会丢失许多无功功率，并且系统的能量消耗将被降低。当的数值达到一定程度时，系统的有功和无功损耗将发生很大变化，会增加很cos多，这将导致电力质量的下降。电力质量下降不仅是造成住宅电压不稳定性如此简单，严重的时候会对工农业的生产等形成比较大的影响，甚至会给各种航空等领域的科学研究带来麻烦，使经济发展缓慢。电厂通过各种发电方式的进行电能的输送，在变电站，输电线路和各种电力设备中，都会造成电力损失。通过相关知识的研究，我们可以理解，配电网结构的合理布局在提高电力质量和降低消耗方面发挥着关键作用。降低能耗最有效的措施之一就是无功补偿。运输三相电的用户电质问题、性能问题、电气配置落后等问题都会引起电网无功功率失衡。在电力系统中，通过两个方面衡量电能质量，一个是电压和另一个是频率。为了获得满足要求的电能质量，有必要确保电压和频率不超过规定的范围。在系统中，有功功率影响频率和无功功率，换句话说，可以在控制有功功率和无功功率的前提下实现合格的频率和电压。控制电压的最佳方法是补偿系统中的无功功率。赔偿方式是多种多样的，但最有效和最不受影响的是过度赔偿。合理选择补偿能力和补偿方式，可以有效地使系统电压合并在有效范围内，降低浮动电压，降低系统损耗，实现经济运行目标。在电力系统中，无功功率与系统经济运行和电力质量的支持之间存在密切的关系。如果在输送电力的体系中无功功率不足，就会造成网络电压会下降，消耗增加，有功功率将会下降，影响电网频率，损害电力质量。但系统无功配电不合无功补偿技术的应用研究2理，将形成一条输电线路损耗变得越来越多的电力投资。 缺乏无功功率和无功补偿分配等问题也随之产生，无功补偿是改善经济运行体系的主要途径。无功补偿技术得到了越来越多的关注，因此，对配电网的实际情况进行无功补充和优化设备钻井具有重大现实意义和可行性。1.2 无功补偿的发展现状1.2.1 无功补偿的发展无功补偿全称无功功率补偿，是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的技术。无功补偿装置首先是从国外兴起的，从 1980 年初到 1990 年末，无功补偿装置开始慢慢发展起来，首先是较慢的机械开关，然后发展成为切换速度快，甚至是晶闸管控制装置。一开始，无功补偿装置主要是无源装置，补偿方法是在传输线上并联或串联系统总线中的电容器或电抗器的一定容量，改变网络参数，从而改变无功功率并减少网络有效损失但该设备在短时间内不能改变系统电压波动。因此，自 20 世纪 70 年代以来，SCR 反应器（TCR），晶闸管开关电容器（TSC）混合器和两个（TCR + TSC）组成的静态无功补偿器（SVC）的重要形式的大型控制系统已经迅速发展。随着许多功率型全控电力电子设备的出现，无功补偿技术的发展速度越来越快。由于电容器本身的局限性，分流电容器的无功补偿装置的进一步发展也受到限制，发展前景堪忧。在无功补偿过程中，无功功率应传输到电网，无功功率全部由电容器产生。它是机械无功开关装置或晶闸管无功补偿装置。但是电容器本身作为与输入形式分类相匹配的存储元件很难以各种方式断路，因此只能将无功电流调整到固定范围，以实现连续的无功补偿。接下来，无功补偿的发展趋势将转变为无功功率和谐波的综合补偿。1.2.2 国内外研究现状首先，无功补偿是将电容器或电抗器与公共开关开关组合在一起，以补偿系统的无功功率，提高无功功率分配，减少损耗。然而，原来的开关将产生很大的冲击电流，这可能导致电弧，这将影响电气设备的使用寿命，并且补偿结果不是特别令人满意。但随着科技的发展，早期的无功补偿装置逐渐使运动越来越好，动态无功补偿装置已经被替代。无功补偿技术的应用研究3不管国内还是国外，从上世纪 50 年代初开始，都开始研究无功补偿装置。对于广大居民的用户和各种小型工厂等低压电源用户，补偿措施纳入电网并联电容器，由无功功率产生的无功补偿系统无功，无降低线路损耗，提高电源质量目标。与大企业的电力相比，只有通过并联电容器对系统的无功功率不足以进行无功补偿，经过一系列研究发现，采用同步电机励磁方式改变无功补偿方式可以实现效果好当然，时代的更新必须伴随着各种技术和设备的升级。与无功补偿技术相比，国内外专家不时学习，在大量研究的基础上，效果也非常显着。基于模糊理论和神经网络的现代并联无功功率控制为配电系统无功补偿提供了完美的补偿方法和补偿效果。最近有很多国内外专家学者对电力总结经验和学习经验进行了研究，并提出了基于新理论和新的电力方式的大量无功功率控制系统，并已成为部分的研究成果应用于生产。例如，晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管开关电容器（TSC）和混合 TCR + TSC 器件或晶闸管控制电抗器和固定电抗器（FC）或机械开关电容器（MSC）混合使用装置。这些都可以应用于国内电力系统实际补偿装置中使用最广泛的 SVC，已成为配电系统无功补偿，降低能耗，提高电力质量，维持电力的重要技术措施还包括对电网电压进行维持保护。1.3 主要研究任务本文分析对比无功补偿技术的国内外发展现状，根据无功补偿的基本理论、无功功率的相关理论知识，阐述了电力系统无功补偿的基本原理和基本方法及其在电力系统中的功能，解释无功补偿的必要性。分析目前无功补偿技术在电气自动化中的应用情况，并归纳了应用中的主要问题，给出具体的解决措施。分析总结无功补偿技术应用的主要实现途径，并阐明无功补偿技术在电气自动化领域的应用策略。无功补偿技术的应用研究42 无功补偿概念介绍及原理分析2.1 无功功率无功补偿即无功功率补偿无功补偿全称无功功率补偿，是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的技术，首先介绍无功功率。2.1.1 无功功率简介在电网中，共分为两种供电方式。其中一个是有功功率，另一个是无功功率。有功功率为电力设备的正常运行提供电力，并将电能转换为其他形式的电能。无功功率的表述相对来说比较抽象，通常它被用在电场的电场和磁场中，用于创建和支持电气设备中的磁场的电力。其实这本书“无功功率”并不是无用的电力，而是其能量转换的能量形式有所限制，不能转化为机械能，热量等。所有电磁配置的线圈，产生磁场，都有必要失去无功功率。由于这种电源在外部不工作，所以称为“无功功率”，在供电系统中，除有源电源外，还需要无功供电，这两种电源必须同时存在，否则都不能正常工作。无功功率是非常重要的物理量。在正弦稳态电路中，存在无功功率系统的能量交换，但是不损耗功率，可以测量能量的变换幅度;在非正弦电路中，学校有两种无功功率定义。第一个是经典无功功率理论。根据布德亚努的定义，在傅里叶级数和频域分析的基础上阐述了无功功率。二是基于 Fryze 的定义，采用时域分析方法。与前者不同，傅立业系列不需要分解，其出现是定义无功功率的新方法。无功功率的符号用 Q 表示，单位有乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。2.1.2 无功功率的物理意义在具有电感器和电容器的 AC 电路中，电感器的电场和电容器的电场在环路的一部分中从电源吸收能量，而另一部分时间将能量返回到电源。在能量吸收和回归的整个过程中，平均功率为零，但这并不意味着能量之间不存在交换。实际上，功率和电感之间或电源和电容器之间存在能量，而且过程中的最大能量交换称为无功耗。“这个解释表明，无功功率的物理意义是能量的交换，主要是在交流电源和负载之间。无功补偿技术的应用研究52.1.3 无功功率的影响以及谐波的危害（1）无功功率的影响：电流和视在功率增加的基本原因是系统中无功功率的增加。因此，发电机，变压器，输配电线路和其他电气设备的容量增加。同时，各种生产零件的尺寸和测量精度将会变大，对生产和生活将产生很大的影响。（2）无功功率的增加导致线路总电流的增加，使各种电气设备和输电线路的损耗增加。（3）无功功率的增加将导致电路和变压器之间的电压降的增加，并且电压降的增加将不可避免地带来一些不良影响。在无功无功负载中，较大的电压降将导致系统的电压波动，这将大大降低供电质量，给供电企业带来一些损失。谐波的危害：不管是高压的电力使用居民还是绝大多数居民使用的电力，我们希望得到更稳定的电压，严格来说，电压应该具有固定的幅度和恒定的频率。但是如果谐波出现在稳定的电压下，对电压和整个电网的质量影响很大。 谐波的存在无疑是公共电网的一种污染。这种污染对系统部分的影响就像垃圾对人们生活的影响。后果是严重的，不能忽视。近几十年来，随着电网各种电气设备的不断更新，谐波的影响逐渐扩大，引起了人们的关注。为此，有关专家对和谐进行了一系列的讨论，取得了一定的成果。谐波对电力系统的危害包括以下几个方面：（1）由于电力系统存在谐波造成的额外损耗使得发电效率，传输效率和电气设备利用率下降。更重要的是，通过系统中性线的大量高次谐波将导致线路加热过度损失，甚至发生火灾。（2）谐波的存在将影响各种电气设施的正常实施。例如，电机的额外损耗，运行期间的异常振动和噪音，变压器的局部过热以及功率电容器。电力电缆等设备的绝缘老化也与谐波有关。（3）并联谐振和串联谐振是彼此熟悉的，但谐波通过谐振回路时，破坏力会被放大，使得上述危害大大增加，甚至造成严重事故。（4）在继电保护中，谐波可能导致各种保护装置的错误动作，继电保护装置的保护装置由于谐波而不由线路故障引起的甚至损坏设备;一定影响电表的功率测量精度将是谐波。（5）谐波会对附近的通信系统产生一些干扰，轻微的干扰会产生噪音，对通信有一定的影响。当谐波影响严重时，会导致通信工作无法继续。 无功补偿技术的应用研究62.2 功率因素2.2.1 自然功率因数在功率三角形中，有功功率 P 与表观功率 S 的比值称为功率因数，其计算公式为： , 。电流的电压与相位差之和等于 。UISP3/coscosI 在电力系统的运转时， 的大小显示了电源所输出的视在功率被系统有效使用cos的程度，利用率越高越好，即 越大越好。我们用减少无功的方法来增大比值，这样一来就会有更多的视在功率供应有功功率，以此来提高电能传输的功率。 2.2.