无功讲课 PPT课件

1 欢迎各位领导 专家 无功配置与损耗 二O一O年四月 湖南省电力公司试验研究院 陈剑 目录 一 无功损耗基本原理 二 无功的表现形式 三 无功优化 四 电容器串抗配置 五 无功存在的问题 无功损耗的基本原理 复功率 输电线路 无功损耗的基本原理 变压器 短路损耗 空载损耗 在变压器额定负荷下 变压器电抗中损耗的无功功率就等于短路电压标么值乘以额定功率 电纳中损耗的无功功率则等于空载电流标么值乘以额定功率 6 电力系统常规概念 在变压器中无功功率损耗远大于有功功率损耗 高压电气网络线路的电抗远大于电阻 线路上的电压降落主要取决于线路上流动的无功大小 变压器带负荷时电压降落主要取决于变压器电抗 无功的表现形式 1 发电机及励磁系统 2 电网中的无功 无功补偿电容器组 无功吸收电抗器 3 谐波4 负序5 其他 发电机及励磁系统 发电机发出有功的同时发出无功 或吸收无功 无功的调节依靠励磁系统进行调节 以实现对电压的调节 电网中的无功 无功补偿电容器组 无功吸收电抗器 无功补偿 电容器组无功吸收 电抗器无功动态调节 高压线路的充电功率 电缆的充电功率 谐波与无功 谐波波形畸变程度一般用谐波含有率 谐波含量 总畸变率来衡量畸变波形 用傅立叶级数分解为不同频率的正弦波形 基波 各次谐波 瞬时值 谐波功率的流动方向 非线性负荷引起电流的畸变传导方向 非线性负荷 线路系统电压为正弦波形的交流电非线性负荷吸收正弦波形的交流电流 发出非正弦波形的交流电流 谐波 无功的定义 在含有谐波的环境中 式中包含了各次谐波电压与其它不同次谐波电流的乘积 因为谐波电压和谐波电流的频率不同 由三角函数的正交性可知 对应的瞬时功率在一个周期内的平均值为零 所以畸变功率也具有无功的特征 应该是非正弦电路中无功的一个重要组成部分 谐波 一般情况下 系统的短路容量远大于用户的负荷容量 使得电压总畸变率远小于电流总畸变率 电压以正弦波电压为主 与谐波电流的乘积则主要表现为无功 谐波无功如何补偿 滤波 无源滤波 有源滤波 无功发生器等等 负序电流 负序电压含量小不做功以无功的形式表现出来 无功优化 无功优化 目标 实现 P最小措施 减少无功流动 无功的就地补偿实现方法 潮流法约束条件 电压合格 电压稳定裕度 电容器开关投切次数 有载分接头调节档位等等 无功优化具备条件 EMS系统WAMS系统 广域测量系统 相角测量装置 其他信息采集系统 无功优化实现 离线无功优化计算在线无功优化计算在线线损计算根据计算结果 采用专家分析 进行实时调整 四 电容器串抗配置 电力系统的主要无功电源 并联电容器补偿装置接入系统后 其容抗与系统的感抗即构成具有某一固有频率的电容器电感谐振回路 为防止该谐振回路与系统发生并联谐振 在采用并联电容器进行补偿时 应进行校核计算 电容器组接入系统后的等值电路 系统支路谐波电流为 电容支路谐波电流为 式中 系统基波电抗 串联电抗器基波电抗 并联电容器基波容抗 谐波次数 谐波源注入回路的谐波电流 电容器组接入电网后 应满足两个条件 电容器支路总电流不允许超过额定电流1 3倍 进入系统的谐波电流不允许放大 即不能大于未投入电容器组前进入系统的谐波电流值 计算结果分析 在系统中 主要谐波是3 5 7次谐波 根据串联谐振或滤波器的要求 满足则可以滤除n次谐波 各次谐波与电抗率的关系 即 但n 3时 但n 5时 但n 7时 满足上述电抗率配置的电容器组对各次谐波达到最好的滤波效果 装设6 的电抗率 主要滤除5次谐波 装设6 的电抗率的电容器组对3次谐波的状态 代入式 计算得 6 电抗率分析结论 从理论计算结果说明 采用6 电抗率的电容器组必然会引起3次谐波的放大 如果满足方式 下 电容支路电流小于额定电流的1 3倍 还可以运行 但如果达到方式 的条件 则不能运行 因此采用6 电抗率的电容器组接入系统 且系统又含有较大的3次谐波源时 必须进行电容器组的分组校核计算以躲开谐振点或装设专用的3次滤波器以滤除3次谐波 12 电抗率 对于装设12 的电抗率来说 3次谐波满足则3次及以上的所有次谐波都满足方式 的正常方式运行 不会引起3次及以上各次谐波的放大 系统变电站的推荐配置方案 以下举一个系统典型的220kV变电站为例进行说明 该变电站的电容器组通用配置为7200kVA 4 对应额定电压11kV 则计算的每组电容器容抗为Xx 13 89 主变为120 120 60MVA U12 12 97 U23 7 93 U13 23 04 限流电抗器U 6 则计算的标么值Xx 0 1808 XS 对于3000MVA短路容量的系统 XS 100 3000 0 0333欧 Xx 0 2141 对于配置6 电抗率的电容器组 对应3次谐波的计算为 则投一组电容器组的值为 1 103 在发生谐振区域 该电容器组不能运行 投二组电容器组的值为 0 5515 也在发生谐振区域 该电容器组不能运行 投三组电容器组的值为 0 3677 则处于第 中运行方式内 如果满足电容支路电流小于额定电流的1 3倍 可以运行 对于采用两组12 电抗率的电容器组和两组6 电抗率的电容器组应用上面的例子再进行计算 先投一组12 的电容器组值为0 241 正常运行 投二组12 的电容器组值为0 126 正常运行 投二组12 的电容器组加投一组6 的电容器组值为 7 137 系统支路谐波放大 不能运行 结论 在实际系统中 由于变压器的Y Y 接线方式 对于三相平衡的3次及3的整数倍次谐波是无法在 侧流通 但由于电铁负荷是三相不平衡负荷 其3次谐波还是能够注入到电容器侧 多次现场测试的数据也表明 电铁侧的3次谐波能够注入到电容器侧 根据以上的分析 我们推荐 对于3次谐波含量高的系统变电站 特别是供带现京广电气化铁路的系统变电站 推荐采用12 电抗率的电容器组 如果考虑到无功容量的损失 需要采用6 或1 电抗率的电容器组 则要进行分组容量的配置计算 合理安排电容器的投切 以避免谐波放大 对安装于系统变电站的所有电容器组 按照设计的要求 都要进行各次谐波的分组容量校验 以躲过谐波放大带 五 无功现状及存在的问题 无功现状及存在的问题 重主网轻配网高压网与低压网 城网与农网之间的无功补偿分布不合理 使一部分网络的无功补偿较充足 一部分网络无功补偿的缺口仍然较大 从目前全网的无功补偿分析220千伏及以上高压网的无功较为充裕 无功容量能满足近几年负荷增长的需要 在近期的一般负荷方式下还一度出现无功过剩造成高压网络的电压长期偏高 使大部分220千伏变电站所装电容器的投入率低 而10千伏及以下网络和农网的无功补偿缺口大 无功严重不足 迫使无功从220千伏网大量往下一级流动 同时各地区与地区之间无功的补偿分布也很不平衡 一部分地区网的无功较为充裕 如长沙 株洲等地区 一部分地区无功缺大 如衡阳 常德 湘西自治州 永州等地区 造成无功充裕的地区无功补偿设备投入率低 而无功不足的地区的无功又需大量由上一级电网或邻网送入 由于无功在网络中大量流动 造成电网的损耗增加 无功现状及存在的问题 部分网络对电压的调控手段仍然不高 主要反映在以下几方面 一是少数网络的有载调压变比例仍然较低 在电网负荷变化引起电压变化时无法对电压及时进行有效调整 目前有载调压变压器比例仍然较低的地区是常德 邵阳 怀化地区等 二是带自动控制电压和无功投切的变电站的比例不高 目前全网除长沙 株洲 湘潭等地区的无功电压自动控制装置占的比例较大外 其余邵阳 衡阳 娄底 郴州等地区均很少 有的地区甚至是空白 三是装有有载调压变压器及无功自动投切装置的变电站的装置投