低压无功功率补偿装置毕业论文

毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：低压无功功率补偿装置 作者所在系部： 电子与控制工程学院 作者所在专业： 电气自动化技术专业 作者所在班级： 00000 作 者 姓 名 ： 林某某 作 者 学 号 ： 20143024203 指导教师姓名： 王某某 完 成 时 间 ： 2017 年 6 月 1 日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文北华航天工业学院电子工程系毕业设计（论文）任务书姓 名： 林木森 专 业： 电气自动化技术 班 级： 14242学号： 20143024203指导教师： 王宏宇 职 称： 教授 完成时间： 2017 年 6 月 1 日毕业设计（论文）题目：低压无功功率补偿装置设计目标：集无功补偿与电网监测于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据。技术要求：1 具备过压、欠压、缺相、谐波超限、过载、断路等保护功能。2 补偿效果良好，可以提高功率因数。3 具备电压监测、负荷监测、谐波监测功能。4 不会产生谐波注入，可靠性高。所需仪器设备：计算机一台、Auto CAD 软件 ，Altium Designer、天正电气成果验收形式：原理图参考文献：模拟电子技术基础 、 数字电子技术基础 、 电子系统设计 、 供配电技术 、 电力电子技术1 5 周-6 周 立题论证 3 9 周-13 周 仿真调试时间安排 2 7 周-8 周 方案设计 4 14 周-16 周 成果验收指导教师： 教研室主任： 系主任：北华航天工业学院毕业论文I中文摘要本课题研究以低压电网无功补偿改造为背景，研究低压无功功率补偿装置，该装置以实时的电网监测数据为依据，采用动态补偿的方式，投切、分段时按国家有关规定限制涌流，补偿断电源功率因数不低于 0.95，自动补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量。装置采用 PQC100 系列无功功率自动补偿控制器，取样物理量为无功电流，交流采样抗电网高次谐波干扰，提取基波电力参数控制投切电力电容器来提高功率因数。电容器接触器则采用 CJ19-63/21 系列，该接触器带有抑制涌流装置，能有效的减少合闸涌流对电容的冲击和抑制开断时的过电压。关键字：无功补偿，低压, 控制器，接触器，电力电容器北华航天工业学院毕业论文II目 录中文摘要.目录.第 1 章 绪论.11.1 研究背景.11.2 无功补偿的发展状况.31.3 本文的研究内容.3第 2 章 无功补偿的原理.42.1 无功补偿的原理.42.1.1 无功功率.42.1.2 功率因数.42.1.3 无功补偿.42.2 无功补偿的作用.52.2.1 提高电压质量.52.2.2 提高变压器的利用率，减少投资.62.2.3 减少用户电费支出.62.2.4 提高电力网传输能力.62.3 低压电网中的几种无功补偿方式.72.4 补偿容量的计算.82.5 低压无功补偿装置的选择应注意的问题.92.5.1 控制器的选型.92.5.2 电容器投切开关的选型.102.5.3 电容器的选型.11第 3 章 低压成套无功功率补偿装置的工艺 .123.1 低压无功补偿装置的原理图.133.2 低压无功补偿装置的主要元器件.143.2.1 工艺检验准.143.2.2 元器件及其测 .16总结.20参考文献.21致谢.22北华航天工业学院毕业论文1第 1 章 绪论1.1 研究背景目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的 70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为 。70.cos在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。从我国电网功率因数和补偿深度来看，我国与世界发达国家有不小差距。因此大力推广无功补偿技术是非常必要的，并且从以下数据，我们也能看出发展无功补偿所能带来的巨大经济效益。2007 年 ，我国年总发电量为 32559 亿千瓦时，统计线损率为 8.77%，但是这个数字没有包含相当大的 110 千伏、35 千伏、10 千伏的输电线损及 0.38 千伏的低压电网线损。据报道，估计实际的统计线损率约为 15%，即 2007 年全国年线损量约为 4800 亿千瓦时。设全国的理论线损与统计线损相一致，其中可变线损约占理论总线损的 80%，则年可变线损电量约为 3900 亿千瓦时。设当前全国电力网总负荷的当前功率因数 ，采用无功功率补偿后，把电力网总负荷的功率因数提高85.0cos到 ，则每年可以降低线损约为 390 亿千瓦时，按 0.5 元每千瓦时计，价9.cs值约为 195 亿元。设 2007 年全国电网的最大负荷利用小时数为 5000 小时，则电网的最大负荷约为 2 亿千瓦，当用无功功率补偿法把功率因数 ,提高到85.0cos，全国电网需总补偿容量约为 0.58 亿千瓦。当前无功功率补偿装置设备5.0cos主要为电力电容器，设无功补偿设备每千瓦的平均综合造价为 50 元，则全国无功补偿装置的总投资约为 29 亿元。应当指出，节省 240 亿千瓦时约相当于一座 400 万千瓦火电厂的年发电量，而建一座 400 万千瓦的火电厂需综合费用约为 300 亿元，同时每年需燃烧煤约为 1200 万吨，每年产生 , 等有害物质约为 600 万吨。由2COS此可见，产生相同的电力，无功补偿的费用约为新建电厂费用 10%，而且无功补偿设备的费用仅需两个月的无功功率补偿的将损节电费用即可全部收回。综上所述 ，无功补偿不仅具有如上所述的节省投资、节省电力、节省燃煤及污染等作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。1.2 无功补偿的发展状况 国家在大力倡导建立节约型社会，从国家到地方已明确的下达了各种节能指标。节能、节电事业正在蓬勃的发展，这是一股强大的潮流。在所有电力节能产品中，北华航天工业学院毕业论文2首先要提到的就是无功补偿装置，这也是唯一在供电政策以及电力法中提到的节能措施。作为节能降耗的生力军，无功补偿装置在我国有着巨大的潜在市场。2009 年，一系列的经济振兴计划给电力电子行业带来了很多机会，主要供方和用方两方面。供方主要是对用户的补贴上，另外，在这个政策的拉动下，企业也降低了成本压力。无功补偿装置在节能降耗领域，趋势是一直向好的。首先是企业降低成本的需求，另一个是外部环境的压力，地方政府的政绩和节能降耗的水平已经挂钩，国家和地方政府补贴能达到 30以上。近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。随着电力工业的快速发展和技术进步，以及节能降损管理的加强等，引发了许多领域对无功补偿的需求。2006-2008 年市场对无功补偿装置的需求量达到 240 亿元左右；其中动态无功补偿装置的需求量三年分别达到 1.07 亿元、2.35 亿元、4.88 亿元。动态无功补偿设备的成长空间巨大，成长前景看好。2006-2008 年，谐波治理设备市场需求规模分别为 1.79 亿元、4.48 亿元和 12.52 亿元，此市场的成长空间很大，未来几年中国电能质量谐波治理设备市场仍将保持高速的增长，并有广阔的市场发展空间。2006-2009 年，是国内电力滤波器和无功补偿装置的大力发展阶段，但受到金融危机的影响，国内对电网建设的投资增速减缓，因此国内谐波治理设备和无功补偿装置市场增速减缓。随着国内经济的逐步复苏，国内对电网建设的投资将逐步增长，2009-2012 年谐波治理设备和动态无功补偿装置市场将保持高速而平稳的增长。预计到 2012 年，仅以动态消谐补偿综合电力成套设备市场需求规模来看，我国销售额将达到 505 亿元。2006-2012 年的市场规模复合增长率为 115%左右。在“十二五”期间甚至更长的时间内，可以期待电力需求以 10左右的速度稳步增长。2008 年我国共新增发电装机容量 7943 万千瓦，全国发电装机容量达 79272万千瓦，同比增长 10.34%。全国发电量增长 5.18%，用电量增长 5.23%。未来几年对电力的需求将稳定增长，年增长率在 10左右。近 20 年来，世界各地（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）发生的由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国的高度重视。持续了短短 72 小时的 8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失和社会影响，这次事故提醒人们，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场环境下，必须制定统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。在我国也曾多次发生电压崩溃事故，如 1993年和 1996 年南方电网的几次事故，这些事故都促使人们采取各种措施以维持电网稳定。早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不北华航天工业学院毕业论文3断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展锲机。无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面：1是作为投切电容器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短(PS 级)，所以能够选择电容的投切角度，实现零电压投切，避免了涌流的产生，提高了电容器使用的可靠性和电力系统的稳定性。现代并联电容器补偿装置中的输出回路就引进了该项技术。2是作为无功输出的调节开关。由于电力电子器件的高开关频率，使其能够方便地控制电容器电流的导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。静止型无功补偿器是其中的代表。3是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出，起到补偿负载无功的作用。经常用的是静止调相机和有源滤波器。1.3 本文的研究内容当前，在农网、城网改造建设中都需要无功补偿装置，无功补偿更广泛地应用于工矿、医疗、科研、企业、油田、煤矿、港口、居民小区、公用设施等需要低压无功快速补偿的电力用户。采用电力电容器进行无功补偿是节能降损、改善电网电压质量最方便、最经济有效的方法之一，这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。北华航天工业学院毕业论文4第 2 章 无功补偿的原理2.1 无功补偿的原理2.1.1 无功功率电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。 2.1.2 功率因数实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦 cos 称为功率因数，又称力率。它是有功功率与视在功率之比。三相功率因数的计算公式为：（式 2-1）式中：cos功率因数P有功功率，KWQ无功功率，KvarS视在功率，KVA功率因数通常分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数三种。在三相对称电路中，各相电压、电流为对称，功率因数也相同。那么三相电路总的功率因数就等于各相的功率因数。2.1.3 无功补偿电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系如图 2-122cosQPS北华航天工业学院毕业论文5图 2-1 由式 cos=P/S 可知，在一定的有功功率下，功率因数 cos 越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。2.2 无功补偿的作用线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的 80%85% 。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%20% 。我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为 2%3%，而我国在 2006年的线损统计为 7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。在用户或靠近用户的变电站装设自动投入的并联电容器，以平衡无功功率，限制无功功率在电网中传送，可减少电网的无功损耗，同时还可提高有功功率的输送量。无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功