【《电力系统中无功补偿方面的基本原理及作用综述》4600字】

电力系统中无功补偿方面的基本原理及作用综述目录TOC\o"1-3"\h\u19948电力系统中无功补偿方面的基本原理及作用综述 1132691.1无功补偿方面的基本理论 1273941.2无功补偿技术的安排方式 5296811.3无功补偿方法的相关研究 6210401.3.1无功补偿容量的确定 6325071.3.2并联电容器组的接线方式 71.1无功补偿方面的基本理论提到无功补偿，我们都会想起无功功率。那么什么是无功功率啦？无功功率可以分为感性无功功率和容性无功功率，其中前者是电感线圈中潜藏磁场能的元件，当这种元件的线圈上加上交流电以后，磁场能源就会随着交流电的交变而发生改变。但是这种改变不会产生电路功率消耗，在电路中只存在能量的往返交换。而对于后者来说，它是电力系统电容器存储的电场能元件，当这种原件的极板间加上交变电以后，电场能源也会随着交流电的改变而改变，此种电路中也只存在电源能量和电容电场能量之间的往返转换，不存在能量的损耗。但是如果存在电感中的能源与电容中的能源往返转换，那么就会导致电路产生损耗，从而影响电网的可靠性。介绍了无功功率，我们就会想到与其相关的“功率因数cosφ”，那么什么是功率因数啦？功率因数cosφ是有功功率P与视在功率S的比值，即cosφ我们都知道，电路一旦确定下来，那么电路中的电感元件和电容元件就存在时时刻刻的能量交换。即电感元件释放出一定的能量，电容元件吸收相同的能量，达到确定的动态平衡。此种情况的发生是必然的，导致线路中的能量损耗也是必然的，所以，我们应该利用投入电容或电感的方式来补偿或者降低电网功率的变化，现目前出现的补偿方式也是多种多样，但都以电容补偿为主。此外，调整同步电动机的输入和改变变压器变比等方式也可以调整无功功率，进而达到改变电压的目的。下面结合公式对无功补偿的作用做简要的分析阐述：首先，我们知道无功功率对应的是电网中的电压质量，对于输电线路来说，线路末端一般都存在着电压降低的情况，那么改变电力线路的无功功率是改变电压质量的重要手段。在现如今的电路网络中，这样的电压调整也是十分常见的，在某些特定的地区，它的地位甚至是必须的。那么假定的去把线路中的电流设置为有功电流Ia和无功电流I∆U=3(IaR+式（2-1）中：R表示线路总电阻，单位：ΩP表示有功功率，单位：KWQ表示无功功率，单位：KvarU表示线路的额定电压，单位：KVXl由此可见，想要提高功率因数，可以减少线路中的流动的无功功率Q。同时，我们也能看出当系统中有功功率不发生变化，且线路中的R和均为一个额定值时，减小无功功率Q，将会使得电网的电压损失减小，也就是说，通过这个办法能够提高电压的质量。下面我在结合图1来分析下电力系统中无功补偿的理论过程：同样，我们假定电网在正常情况下运行，并设定电网的感性无功功率为Q，而无功补偿设备补偿的无功功率为QC，那么此时负载从电网中吸取的无功为Q图1无功补偿原理图∆S=∆P+j∆Q=P由以上说明可知，在使用了无功补偿装置对电网的无功功率进行调整以后，输电网络传输的无功功率随之降低，由于此时电网传输的基本都是有功功率了，所以输电线路的电能损耗也就相应的降低了[5]。根据电压损耗计算：∆U=PR+(Q−Qc)XU根据式2-3可知，当我们利用无功补偿装置对电网采取无功补偿以后，减小了线路的无功功率Q，使得电网输电过程中，线路电压变化量△U降低，这样就使得电网在传输过程中线路上的电压损耗降低，提高电路电压的供电质量。根据功率三角形我们能够得到有功功率P和视在功率S的关系式为：P=Scosφ由上式公式可见，在电力系统中，假设电网输出的有功功率是一个定值P，那么功率因数高的输电线路中，需要电网传输的功率就会越小。接下来，我们分析一下并联电容器无功补偿的作用和基本原理。其实，在实际的电力系统中，我们遇到的负载大部分都是感性负载，例如变压器和异步电动机等，其中主要以异步电动机为主导。那么我们就对含有异步电动机的等效电路做简化得到一个只含有电阻R和电感L串联的电路，则根据电力系统相关公式可以得到：cosφ=R如果在R、L串联电路中进行并联电容补偿的话，那么就会改变电网的电网的功率因数，提高供电质量。下面我通过图2来简要说明一下，如图，根据电路KCL定律可以得到I=I图2并联电容补偿示意图图3欠补偿情况图4过补偿情况对于电压补偿可分为过补偿、欠补偿。如图1.3所示是电力系统欠补偿情况，此时并联电容U和电流I的相位差减小了，也就是说二者之间的家教变小了，这种情况导致功率因数cosφ提高，从而改变电力系统中的电压质量。如图1.4所示是电力系统过补偿情况，此时并联的电容过大，导致了并联电容U和电流I的相位差变大了，使得电流I超前电压U，使得电网中个设备电压升高，超过额定值，同时这种情况的无功功率过高，也会引起电网的损耗增加，导致变压器线圈等的温度提升严重，使得用电设备的寿命降低。根据有功电流与无功电流的相关定义，结合图5可知，电力系统中并联电容补偿器对电网的感性负载提供所需要的无功功率。图5无功功率装置工作原理图如上图5所示，在电力系统中，用电负荷所需要的电流为I(t)，当我们在用电负荷侧采用无功补偿装置后，我们可以看到补偿后电流发生变化，假设补偿的电流为II(t)=其中：Ic(t)等于无功电流线路上仅流过有功电流I综上，电力系统无功补偿的基本原理介绍完毕，且能够达到电网经济性要求。1.2无功补偿技术的安排方式在电力系统中，无功补偿技术的安排方式多种多样，每一种安排方式都会对应一直设备投切模式。接下来就电网中按照安装位置的不同对电网中的无功补偿方式进行一一介绍。集中补偿方式：这种补偿方式一般用于电压等级属于中等的情况，即6～10KV，它是在中压母线上直接并联容性补偿器的电压补偿方式。这种补偿方式适用于某些企业用电和某些地方性变电所，它可以减少线路的无功损耗，降低电网投入成本，提高经济性，提高电网供电质量。但该种补偿方式有存在一些缺点，它没办法去补偿用户方配电线路的无功功率。分散补偿方式：这种补偿方式一般可以装设在电网功率因数比较低的地方，例如一些企业生产车间或者是现目前的农村变电站、配电所等地方。相对于集中补偿方式来说，它不但有相同的优点，而且其设备补偿的效果更佳的明显。就地补偿方式：这种补偿方式也是我们电网现在最常用的补偿方式，我们都知道电网电压的补偿基本原则是：分成分区调整，无功功率就地补偿。同时，该种补偿方式主要适用于补偿单个设备所需要的的无功功率。对于装设地点，它一般装设在有电感性的用电设备旁边，实现实时补偿。这种补偿方式兼顾前面两周补偿方式的优点，同时，它还能改变设备的电压质量。综上所述，虽然无功补偿能够减少线路的损耗，提高电压质量，但是这种节能模式只是减小了电压功率补偿点到发电机这一段线路的输电损耗，而不会改变补偿点相对于发电机方向的供电损耗，因此若想要使得电网的损耗降到最低，结合三种补偿方式的研究，根据最佳的补偿理论选择，就地补偿的节能效果是最佳，最为显著的。当然，在不同的场合和不同的电网调节地点，我们对电网的要求并不是一样的，因此我们采用了多种补偿方式相结合的方式对电网进行无功功率调整，达到更好的调节效果,对于以上的每一种电力系统无功补偿方式来说，它们都有自己的优缺点。1.3无功补偿方法的相关研究1.3.1无功补偿容量的确定在电力系统中，根据不同的电力需求，我们可采用不同的方法来确定电容补偿的容量大小，大致可以分为：系统功率因数cosφ的提高、电力线路损耗的降低、系统运行电压的提高等方面[16]。（1）系统功率因数cosφ的提高首先，设电力系统中设备所需的有功为Ppj，补偿前功率因数为cosφ1、补偿后的功率因数为cosφ2，则根据电力系统中的功率三角形公式，用电设备的补偿容量QQc在经过三角函数变换公式对上述公式进行变形得到：Qc根据公式2-8利用MATLAB仿真出曲线如图6所示图6MATLAB补偿仿真图根据上图很明显能够看出，补偿容量Qc与功率因数cosφ之间存在一种曲面关系，可以看出在QcP（2）电力线路损耗的降低对于线路损耗，设补偿前的总电流为I1，补偿后的总电流为I2；设电力系统中有功电流补偿前为Ir1，补偿后的有功电流为∆P则经过无功补偿后线路损耗为：∆P则补偿后线损降低的百分值为：∆P%=∆P系统运行电压的提高由于电力线路中电压降落的存在，电力线路的末端电压会降低，造成损耗。那么设无功补偿前，线路首、末段电压为别为U1、U2则有：U2=对线路进行无功补偿后，无功功率改变量为QC，线路的末端电压升高为UU2根据以上两个式子可以得出线路末端电压变化量U为：∆U=U则无功补偿容量为：QC=在以上所以式子中：P表示的是有功功率Q表示的是无功功率R表示的是为线路电阻X表示的是线路电抗1.3.2并联电容器组的接线方式电容器的接线方式主要有△接线盒Y接线方式两种，其他接线形式还有双△接线、双Y接线和Y、△结合接线等方式。每种接线方式都有各自的优缺点，应针对不同的场合和不同的电力规划采用不同的电容补偿接线方式。这里主要介绍△接线和Y接线方式。△接线方式此种接线方式使得补偿电容器直接承受相间电压，若在某一时刻发生单相电容器击穿故障时，会导致电网形成两相短路，产生较大的短路电流，严重时会导致电力系统瘫痪、设备损坏等情况。因此，它一般只被用于380V的配电系统中，其接线方式如图7所示。图7△接线方式Y形接线方式：此种接线方式使得补偿电容器组的结构相对简单且经济，同时这种接线方法由于没有中性