无功补偿及电网测试

无功补偿及电网测试攀钢信息工程技术有限公司自动化分公司设计调试部清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023问题什么是无功功率，它是怎样产生的？无功功率为什么要进行补偿？怎么补偿？目前无功补偿方面有哪些主要的技术和产品？怎么进行无功补偿装置的设计和选型？电网测试的目的是什么？其内容包括哪些方面？我公司目前进行电网测试的手段主要有哪些？清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023第一部分

无功补偿技术清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023任意一两端无源网络如图所示。设电压和电流分别为则瞬时功率pr在一周期内的平均值为px在一周期内的平均值为0。Pr即为电路消耗的有功功率，用P表示；px这一部分电流不消耗有功功率，但它要占用电源的视在功率，即电源的发电能力，其幅值为，该值定义为电路的无功功率Q。对于感性负载而言，这一部分电流是在电源与负载中的电感之间交换，用于建立磁场，储存于电感中；而对于容性负载，它在电源与电容之间交换，用于建立电场，储存于电容中。

1.交流电路的无功功率清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20232.无功功率的计算有功功率是一个平均值，无功功率是一个交换功率的幅值。在电路中将u（t）与I（t）的有效值之积定义为视在功率S，S=UI=P2+Q2P=ScosФQ=SsinФ功率因数PF=cosФ=P/S感性无功符号为正，或者说感性负荷吸收无功功率。容性无功符号为负，或者说容性负荷供给无功功率。功率三角形：清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20233.无功功率对电网的影响无功功率在电力网元件之间流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网的电压质量，增加电网的线损率。清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20233.1无功负荷对电压损耗的影响清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20233.2无功负荷对电力网线损的影响清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20234.无功补偿无功功率不能远距离输送有功功率损耗电压损耗因此：需要就地设置除发电机外的其它无功电源以满足系统电压要求，称：无功补偿清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.无功补偿的原理补偿前：Q，S，cosφ补偿容量：Qc补偿后：Q’，S’，cosφ’清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20236.无功补偿的必要性工矿企业大量应用三项异步电动机，由于该种电机的特性，其额定功率因数不超过0.89，且随着负载的降低，电动机的功率因数也随之下降。一般工矿企业的功率因数为0.65——0.84。这样就有大量的无功功率（无功电流）在企业内部电网中流动，造成的有功损耗是非常大的，也增加了电网、变压器的负荷。所以应采取措施，改善企业中异步电动机的功率因数，节约电能。补偿低压无功负荷，不但可以减轻上一级电网的补偿压力，而且可以提高配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，降低线损。

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20237.无功补偿的意义1）提高发供电设备效率无功补偿后，可使补偿点以前的输配电线路和变压器中通过的无功电流减少，从而使线路和变压器的供电能力增加。2）降低有功损耗

3）提高供电电压质量

4）减少用电贴费

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.无功补偿技术分类无功补偿技术包括同步调相机、静电电容器（滤波器）、机械触点开关投切电容器、静止无功补偿装置、有源滤波器等。

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.1同步调相机同步调相机就是空载运行的同步电动机，通过改变励磁电流的大小，可以控制它从电网中吸收无功功率或是输出无功功率。它可以连续、快速地调整无功出力，对于保持与维护电力系统无功静态稳定的作用好。但是它价格较贵，有功损耗大，噪音大，运行与维护费用高，而且它没有能力去稳定冲击性无功功率的变动，更没有能力消除高次谐波电流。

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.2静电电容器清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.3机械触点开关投切电容器电容器组投入瞬间有冲击电流，会产生暂态过电压和过电流现象，投切时有火花，而且当系统中有谐波存在时容易造成过谐振，对电容器的运行寿命很不利，不能频繁投切。清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.4静止无功补偿器（SVC）是指凡是能够以无机械传动部件而达到提供无功出力的装置，它是由电容器和晶闸管等部件组合而成的

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.5有源滤波器向系统中注入与谐波源产生的谐波幅值相同单相位相反的谐波电流或电压使用可关断的电力电子元件造价高电压型有源滤波器带直流储能电容器采用电压源逆变器(VSI).电流型有源滤波器直流侧采用电抗器采用电流型逆变器(CSI).清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20239.静止无功补偿器分类1）

可控饱和电抗器式静补装置CSR2）

自饱和电抗器式静补装置SSR3）

晶闸管控制电抗器式静补装置TCR4）

晶闸管投切电容器式静补装置TSC5）

晶闸管控制电抗器和投切电容器的混合式静补装置其中TCR和TSC响应速度快、损耗小、控制灵活，可靠性高，在全世界得到了广泛的应用。清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,202310.SVC技术所包含的类型晶闸管控制SVC的结构型式(a)TCR(b)TSC(c)TSR(d)TCR/TSC(e)TCT清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,202311.TCR装置的典型接线和特性TCR装置典型应用线路带电容器的TCR输出特性清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,202312.TSC装置的典型接线和特性TSC型静补装置基本电路图TSC输出特性主回路中串联电抗器的作用：抑制浪涌电流滤除系统中的部分谐波清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,202313.补偿容量计算（1）已知：视在功率S（变压器容量）目前功率因数PF补偿后要达到的功率因数：PF’补偿容量QC：清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,202314.补偿容量计算（2）已知：有功功率S（负荷功率）目前功率因数PF补偿后要达到的功率因数：PF’补偿容量QC：清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023第二部分

电网测试清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023电能质量：公用电网供应到用户受电端的电能品质的优劣程度。通常用电压质量和频率质量来衡量。衡量指标：供电频率允许偏差供电电压允许偏差供电电压波动和闪变供电三相电压允许不平衡度供电电压正弦波形畸变率1.电能质量清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023非线性负荷谐波源闪变源各种瞬变过程不同的变流装置2.电能质量问题的根源清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20233.电能质量问题的分类（1）电压质量问题：影响用户设备正常运行的不理想的系统电压闪变瞬时过电压、跌落谐波、畸变各相电压不平衡等电流质量问题：电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变流入电网的谐波电流无功、不平衡负荷电流低频负荷变化造成的闪烁等

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20234.电能质量问题的分类（2）稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷以及噪声等；动态电能质量问题通常以频谱和暂态持续时间为特征，分脉冲暂态和振荡暂态两大类。

主要体现为电压质量问题电压跌落占其中很大的比例几种动态电压质量问题的示意图波形

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.电力系统中的电能质量问题电力系统元件存在的电能质量问题用电负荷存在的电能质量问题清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.1.电力系统元件存在的电能质量问题电力系统元件存在的电能质量问题发电机产生的谐波变压器励磁电流产生的谐波直流输电产生的谐波输电线路对谐波的放大作用变电站并联电容器补偿装置对谐波的影响大的谐波用户产生的谐波没有得到很好的治理（特别是电气化铁道）大量小用户和民用负荷产生的谐波不经治理直接注入系统系统变电站的补偿电容器串联电抗器参数的选择不合理

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.2.用电负荷存在的电能质量问题——产生谐波的负荷产生谐波的负荷

各类采用直流或交流变流器传动的轧钢机、轧管机、压延机负荷；采用整流器供电的直流电弧炉负荷；采用交流供电的交流电弧炉负荷；整流供电的电解负荷；电气化铁道机车负荷；城市的地铁、电车；各类交直流电源；各类电焊机、缝焊机负荷；计算机、电视机、日光灯、充电器等

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.3.用电负荷存在的电能质量问题——引起无功冲击和电压波动的负荷引起无功冲击和电压波动的负荷各类采用直流或交流变流器传动的轧钢机、轧管机、压延机负荷；采用整流器供电的直流电弧炉负荷；采用交流供电的交流电弧炉负荷；各类电焊机、缝焊机负荷；频繁启动的电动机负荷清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20235.4.用电负荷存在的电能质量问题——产生电压闪变的负荷产生电压闪变的负荷交流供电的交流电弧炉直流供电的直流电弧炉电焊机

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20236.典型非线性负荷的电能质量特性整流电源与直流传动清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023交流电弧炉负荷无功冲击特性谐波特性电压闪变特性负序特性运行特性电炉额定运行工况下一相断电流，只有两相电极有电流；一相电极处于正常运行，另两相电极发生短路。实测表明，电弧炉运行过程中产生的负序电流可达其额定电流的40%左右

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023直流电弧炉无功冲击特性谐波特性电压闪变特性负序特性运行特性三相负荷基本平衡，负序电流减少；谐波分量减少；随着整流器相数的增加，谐波的频谱向高次方向移动；产生的无功功率冲击略为同容量交流电弧炉的50%；直流电弧比交流电弧更加稳定，因此，直流电弧炉引起的电压闪变较小

清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,2023循环变流器（交交变频器）负荷无功冲击特性谐波特性运行特性清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20237.电网电能质量测试手段测试方法：以一定的采样频率记录一段时间电压、电流数据软件分析得出结论清华大学电机系电力系统研究所 Sunday,February5,20238.测试工具电力录波仪：型号：H8861通道数：32最大测试电压：DC500V最大测试电流：AC500A最高