功率因素及无功补偿

功率因素及无功补偿（精选九篇）

功率因素及无功补偿 篇1

关键词：低压,无功功率补偿控制,谐波抑制

0 引言

对于用电过程中的无功功率导致的功率损耗, 电网系统应该提供足够的无功补偿负荷, 以保证电网工作电压更加稳定, 提高电网电能的质量。对于低压配电电网系统, 通常采用电容器组作为无功补偿装置。随着近代自动化控制技术的高速发展, 对配电系统的供电质量要求越来越高, 市场需要研发更先进的无功补偿控制解决方案, 以满足现代用电设备对低压配电系统的供电需求。另外, 现在低压配电中谐波成分越来越多, 而谐波对配电系统和用电设备会产生较大危害, 因此必须充分重视对配电系统中谐波的抑制处理, 目前常见谐波抑制方案都是和电容补偿方案结合在一起实施的。

1 传统低压无功补偿的控制方法

传统低压无功补偿的控制系统主要由电容器组、串联电抗器和投切元件等组合而成, 其工作原理:低压无功补偿控制器发出指令, 通过投切元件控制电容器组的工作状态, 以提高电网系统的功率, 降低电网功率的损耗和提高变压器的利用率。

传统低压无功补偿装置的控制算法是一种单一控制方法, 主要是以功率因数为控制目标, 通过监测到的电网实际功率因数来控制所设计的补偿电容容量。但是, 这种控制策略很容易造成反复振荡的现象, 尤其当电网负载过大时, 实际的补偿速度和补偿效果都不是很好, 可能与系统发生谐振。

传统补偿方式主要适用于三相负载基本平衡、补偿速度和效果要求不高的低压配电电网。

2 低压无功补偿控制新方法

目前国内使用比较广泛的新无功补偿控制器是以无功功率作为控制指标的, 这种无功补偿控制器可以直接根据电网负荷的大小进行控制。由于这种控制方法的检测目标和控制目标是同一物理量, 因此更加合理和有效, 但是, 这种电网无功补偿控制器对精度和实时性要求较高, 并且控制过程也很复杂。

新低压无功补偿控制系统以优化投切控制器硬件为控制平台, 由信号检测模块、中央处理器和外设模块等部分组成。中央处理器是整个控制装置的工作核心, 分别与信号检测模块和外设模块相连。

新的低压无功补偿控制方法结合了功率因数控制和模糊控制两种控制方式的优点, 工作原理:功率因数控制模块以检测电网系统的功率因数为主要判据, 进而控制电容器组的工作状况;通过模糊控制模块进行模糊计算而得出实际需要的无功补偿控制量, 得到的数据是这种控制模型的主要依据;控制系统对电容器组发出控制指令。

3 低压无功功率补偿主要方式

(1) 按补偿安装位置划分为:就地补偿、集中补偿和分散补偿。

(2) 按补偿电容器是否三相同时投切可划分:三相共补补偿、三相分补补偿和混合补偿。

三相共补补偿更加适合使用于三相负载比较平衡的情况, 具有成本较低的特点, 因而有很好的经济性。

三相分补补偿主要使用于三相不平衡的负载情况。对三相严重不平衡负载, 如采取三相共补方式补偿, 取某相电流来检测功率因数, 并以此来投切电容器, 会造成有的相过补或有的相欠补, 无功补偿不准确, 变压器容量不能充分利用。

混合补偿是指采用电容器组进行连接而形成的一种补偿方式, 是一种更加合理、经济和有效的无功功率补偿方式。

(3) 按是否实时跟踪补偿可划分为:静态补偿和动态补偿。

静态补偿是指补偿电容器不随无功功率波动而实时跟踪投切, 且人为设置延时投切的补偿方式。用电设备频繁投切时, 供电系统中无功功率也随之变化, 造成电容器和投切元件受到冲击次数太多, 降低其使用寿命。采取人为延时, 可以使功率因数相对稳定在设定的区间内, 再投切电容器。其投切元件采用接触器即可, 补偿装置造价低, 维护方便, 因此目前通常都采用静态补偿装置。

动态补偿是指补偿电容器随无功功率波动而实时跟踪投切, 为达到快速检测及快速投切要求, 采用电子检测和晶闸管投切方式, 从信号检测到投切一般在20ms内完成。其优点:降低大功率冲击负载引发的电压波动和电压闪变, 利于电压稳定, 减轻对电容器的冲击, 延长电容器的寿命;由于实时补偿, 电网输送的无功功率一直处于最低水平, 减少线路的功率损耗。

4 低压配电系统中谐波抑制方案

4.1谐波对电容补偿装置等用电设备的危害

目前低压电网中, 整流设备、计算机设备、逆变设备、变频设备及气体放灯等产生谐波的设备日益增多, 使低压配电系统中谐波含量日益增高, 在某些低压系统上实际测量表明, 有些系统的谐波含量高达40%以上。

在工频频率下, 电容器的容抗远大于系统感抗, 不会产生谐振, 但在高次谐波下, 系统感抗大幅增加而容抗减少, 就可能产生并联谐振或串联谐振, 会使谐波电流放大, 叠加到电容器的基波电流上, 从而造成电容器回路电流增加、电容器温度升高, 降低电容器的使用寿命或损坏电容器, 情况严重时会发生电容器爆炸。

谐波会对配电系统中很多方面都产生较大危害, 例如:谐波加速电力电缆的老化而使其容易被击穿;影响继电保护自动装置动作的准确性;对通讯线路和控制信号造成电磁干扰及射频干扰;谐波电流会使变压器的铜耗增加, 产生机械震动、噪声和谐波过电压, 特别是3次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器, 会在其绕组中形成环流, 使绕组过热。

民用建筑配电系统中, 三次谐波在N线积累, 极易造成N线超负荷运行, 而埋下火灾隐患。因此目前许多新建建筑都要求N线和相线的截面相同, 并配置相应的保护装置。

4.2谐波抑制方案

目前谐波抑制方案主要有无源谐波滤波器和有源谐波调节器两类。

无源谐波滤波器一般由电容器、电抗器和电阻器组合而成, 除起滤波作用外, 还兼有无功补偿作用。其结构简单, 投资少, 运行可靠性高及维护方便;缺点是当系统结构或参数发生变化时, 滤波器可能使谐波放大, 另外此类滤波对负序谐波等不能综合治理。

有源谐波调节器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流, 由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流, 从而使电网电流只含基本分量。此类滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿且补偿特性不受电网阻抗参数的影响。随现代大功率电力电子器件技术的快速发展, 市场已出现不少采用脉冲宽度调制 (PWM) 技术的有源滤波调节装置。

5 结语

现代电网中, 各类非线性负载越来越多, 影响电网供电质量的不利因素越来越复杂, 而新的高科技的用电设备对电网供电质量及电磁兼容环境提出更高更新的要求。因此对于各低压供电系统, 应分析其负载具体情况, 制定合理经济的无功补偿方案及谐波抑制方案。

参考文献

[1]王连符, 肖峻.低压电网抗谐波无功自动补偿装置的选择[J].机电设备, 2006, (5)

[2]陈俊, 李刚, 曾博.低压无功补偿优化投切控制新方法研究[J].广西电力, 2013, 36 (4) :9-12

[3]贺元珍.低压无功功率补偿控制及元件的发展[J].湖南水利水电, 2012, (5) :66-68

[4]汪海宁, 苏建徽, 张国荣.具有无功功率补偿和谐波抑制的光伏并网功率调节器控制研究[J].太阳能学报, 2013, 27 (6) :541-544

功率因素及无功补偿 篇2

太阳能光伏组件25年期产品质量及功率补偿责任保险条款

总则

（四）政府有关当局的没收、征用、毁坏；

（五）核反应、核辐射、放射性或其他任何形式的污染；

（六）地震、雷击、火灾、爆炸、暴雨、洪水、台风等自然灾害和意外事故；

（七）权利人不按使用说明或用户手册违规操作；

（八）产品的自然消耗或磨损；

（九）产品召回；

（十）运输或仓储过程中外来原因；

（十一）设计错误；

（十二）安装不当；

（十三）因组件以外的光伏系统发生的问题；

（十四）组件的不当使用、测试或实验；

（十五）组件在超出规定以外的高压/低压、载荷、温度下发生的损坏；

（十六）因污染或因沙、泥土、苔藓或生锈，以及其他因化学反应等导致的缺陷或者功率损失；（十七）美观上的缺陷，包含但不限于抓痕、刮痕及生锈；（十八）因事故，如外部的非故意的事故造成的损坏；

（十九）任何因权利人/被保险人没有及时申报缺陷和/或任何时候应进行的维护没有进行而导致的损失；（二十）任何时候，当组件零部件供应商等

（三）罚款、惩罚性赔款；

（四）因保险事故造成的一切间接损失。

因或核实损失情况的，保险人对无法确定或核实的部分不承担赔偿责任。

（四）组件遭受损失后，如果有残余价值，应由双方协商处理。如折归被保险人，由双方协商确定其价值，并在保险赔款中扣除。

功率因素及无功补偿 篇3

关键词：无功功率补偿；电力工程；配电网

引言：随着经济的发展居民对电力供应的需求也在加大，这也使得电力工程配电网在运行的过程中存在着一些难以忽略的问题，而在其中无功功率的补偿就是较为严重的问题之一。电力工程配电网在运行的过程中，其所存在的感性负荷量是十分大量的，而这也在一定的程度上增加了无功功率，而无功功率的增加又使得电能的耗损越来越严重，不仅影响到了电力企业的经济效益，还对社会电能可持续发展造成了一定的影响。但是，要如何才能做好无功功率的补偿呢？笔者就这问题，在基于无功功率补偿对电力工程配电网的影响和应用进行了以下的分析。

1.无功功率补偿的意义

1.1无功功率补偿技术的含义

无功功率补偿其本质意义就是在电力的供电系统当中提高电网功率因数，同时，在一定程度上降低电能的损耗、提高供电的质量。在我国很多小型的电力系统当中，无功功率补偿技术的使用，能调整其三相不平衡的电流；但是，在我国较大型的电力系统中，无功功率补偿技术的使用就能起到调整电网电压、加大电网运行的可靠性的作用。

1.2无功补偿的工作方法

电力系统的供电功率可以分为两种，有功功率和无功功率。进行无功补偿的方式主要是通过安装无功补偿的装置来实现的，其实现降低无功功率的方法主要就是通过所装置的设备与电路中的用电设备以及配电变压器相互抵消无功功率。它主要的目的就是为了使容性功率负荷装置与感性功率负荷装置连接在同一电路上，使能量能够在不同的负荷中进行交换，从而使得容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷需要的无功功率。

2.无功功率对电力工程配电网的影响

无功功率对电力工程的影响其具体主要表现为以下几点：（1）无功功率影响了电力工程配电网的供电能力。（2）无功功率影响了发电设备的功率输出能力，在一定的程度上降低了发电设备中的功率输出能力。（3）无功功率的使用使得电力工程配电网的损失也得到了相应的增加。（4）无功功率在一定程度上对发电机有功功率的影响，使其运转功率因数降低，从而影响了居民用电的正常使用。就此我们可以看出，在电力工程配电网中对无功功率进行补偿是十分重要的。

3.无功功率补偿在电力工程配电网的应用

3.1在对无功功率补偿进行选择时，要选择合适的方式

在电力工程配电网中，无功功率补偿方式主要有利用配电变压器进行补偿、利用配电线路达到无功功率的补偿、采取随机方式进行无功功率补偿、利用变电所进行集中的无功功率补偿、利用低压进行集中无功功率补偿等。但是要想使得无功功率在电网运行中得到有效的降低，则必须需要针对性的选择，只有选择了合理且适合的无功功率补偿方式，才能有效的降低电网中电能的耗损。

3.2无功功率补偿中明确补偿的容量

在电力工程配电网中中，如果想明确的知道无功功率补偿的容量，则可以应用以下的几种方法：一是根据配电网运行电压的大小来进行确定补偿的容量，其计算的公式是Q=z所需电压值×所需的电压值/配电网线路阻抗值。二是根据配电因素来进行确定补偿的容量，在这其中功率因素应该满足于用电居民的实际需求。三是根据变压器的容量来进行确定补偿的容量。四是根据线路损耗的降低率来确定进行补偿的容量。

3.3选择正确的无功功率补偿装置

在电力工程配电网中，要想选择合适的无功功率补偿装置，就需要考虑不同的电压需求、选择的补偿装置的特性等因素，只有明确了这些因素后才能选择正确的无功功率补偿装置。在我国电力工程配电网中就有着三种最常用的无功功率补偿装置，低压装置、中压装置、高压装置。在这其中，低压装置相对于高压和中压装置，使用率更加的广泛，其通常安装在单台低压电动机侧或者是电力工程配电网变压器中的低压侧，低压装置不仅能对电动机启动、停止时进行功率的补偿，还能对宾馆、车间、高层建筑等进去功率补偿：在这三项装置中中压装置是通过干式自愈型并联电容器对中压进行补偿，该设备的电容元件因其是用金属薄膜卷制作而成、再加上其元件外部是通过树脂封灌而成使得其有着绝缘空气的特性，这能使得电压装置在面对空气的侵蚀时起到一定的防护作用：而高压装置其主要是应用在高压配电的网络中，安装该装置的主要目的就是为了降低主變压器无功功率的耗损、改善配电网中的功率因数，从而提高输出电能的质量，为广大用电户带去给稳定更安全的电能，其安装的位置一般是10kv变电站中的主变压器旁边。

结语：总而言之，电力工程配电网在运行的过程中，随着无功电流流动的大量性，其带来的影响不仅是电网中线路的损耗，更严重的是会影响到供电的质量从而影响到电网稳定的运行，同时也给用电户造成了严重的影响和损失。因此，如何有效的对无功功率进行补偿，是首要关注的问题，只有加强了无功功率对电力工程配电网的补偿，才能降低电网线路的损耗，给用电户带去更加可靠稳定的供电。

功率因素及无功补偿 篇4

在电网中电功率分为两种:一种是有功功率, 另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率, 也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能) 的电功率。而无功功率, 它是用于电路内电场与磁场, 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备, 要建立磁场, 就要消耗无功功率。由于它对外不做功, 才被称之为“无功”。

连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率, 还需要一定的无功功率, 电机和变压器中的磁场靠无功电流维持, 输电线中的电感也消耗无功, 电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。因此无功功率决不是无用功率, 没有无功功率, 电动机就不会转动, 变压器也不能变压, 交流接触器不会吸合。在正常情况下如果电网中的无功功率供不应求, 用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场, 那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作, 用电设备的端电压就要下降, 从而影响用电设备的正常运行, 在无功严重不足时, 甚至为导致系统电压崩溃。

虽然无功功率在电网中必不可少, 发挥着重要的作用, 但它也对电网会带来不利的影响。

(1) 由于视在功率由有功功率和无功功率组成, 而电流则是视在功率成正比, 因此当有功功率不变时, 无功功率的增加, 就导致视在功率的增加及电流的增大, 从而使发电机、变压器、电动机和导线等电气设备容量的增加。

(2) 在电网中无功功率的传输, 将造成输电线路及变压器损耗的增加, 降低系统的经济效益。

(3) 降低发电机有功功率的输出

(4) 在电网中无功功率的传输, 将变压器及线路的电压降增大, 使供电网电压产波动。

2 无功功率补偿的作用及原则

正是因为无功功率不足及无功功率在电网中传输带来的一系列问题, 无功功率补偿的作用就是要尽量减少无功功率对电网的影响。它的主要作用如下。

(1) 提高供电系统及负载的功率因数降低输电线路及用电设备的容量和负荷减少功率消耗, 从而提高电工设备的利用率。

(2) 减少电网中传输电流的无功分量, 从而减少电力网络的损耗。

(3) 稳定电网的电压, 改善电能质量, 提高了电力系统的抗干扰能力, 增加输电系统的稳定性, 。

从无功功率补偿的作用和原理可以知道, 电网中无功补偿的核心就是要提供足够无功的同时减少无功功率在电网中的传输, 因此在我国的《电力系统电压和无功电力技术导则》中规定, 电网无功功率补偿的总原则是:全面规划, 合理布局, 分散补偿, 就地平衡。

3 配网中无功功率补偿的措施及方案

随着电网容量的日益增大, 尤其在农网改造后, 农村镇级电网得到根本的改善, 对电网无功要求也与日增加。网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用降低了网络传输能力, 并引起损耗增加。因此, 在配网中合理合适地进行无功补偿, 不仅能降低线损率, 更能提高电能质量, 实现供电企业对人民的承诺。

考虑到变电站侧高压电容器组投退这种集中补偿方式对10k V配电网的降损不起作用, 本文暂不介绍分析。配电网无功补偿常见的有三种方案, 分别配电变低压补偿、配电线路补偿和用户设备分散补偿。下面就每一种方案进行简要介绍分析:

3.1 配电变低压补偿

配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法, 其目的是提高专用变用户功率因数, 实现无功的就地平衡, 降低配电网损耗和改善用户电压质量。这种方案最主要的优点是补偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散, 因此补偿工程的投资较大, 运行维护工作量大。所在目前这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切。

但这种方案的缺点是在配电系统里面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变, 由于其通常安装在户外的杆架上, 实现低压无功集中补偿则是不现实的:难于维护、控制和管理, 且容易造成生产安全隐患。所以这种方案难于实施。

3.2 配电线路补偿

由于配电变低压补偿难于应用在公用变上, 而大量公用变要消耗无功, 这将造成大量的功率需要通过变电站侧进行补偿, 导致配网上无功功率大量流动, 增加配网的线损。而配电线路补偿就可以通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿, 以提高配电网功率因数。这种方案的缺点是补偿容量较难确定, 太大将会导致配电线路在轻载时出现过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限, 太多数电容器同杆架设, 既不安全, 也不利于电容器散热;

3.3 用户设备分散补偿

随着现在城乡经济的快速发展, 低压用户对无功需求也日渐增大, 直接对用户末端进行无功补偿经济效果最佳, 综合性能最强。经统计, 在10k V以下电网的无功消耗总量中, 变压器消耗占30%左右, 低压用电设备消耗占65%以上。由此可见, 在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。这种方案的优点是能减小电压损失, 改善电压质量, 进而改善用电设备启动和运行条件;释放系统能量, 提高线路供电能力。但由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在负荷较轻时出现闲置, 设备利用率不高。

4 结语

在配电网进行合理合适无功补偿, 做好无功优化, 提高功率因素及电能质量, 是我们供电企业建设节约型小康社会的一项重要措施。本文介绍了无功功率的意义及无功补偿在电网中的重要作用, 并简要分析了三种配电网的无功补偿方案, 指出其优缺点, 认为应综合考虑各类因素, 结合使用, 发挥各种方案的长处, 真正做到配网无功最优化。

摘要：本文介绍了无功功率的意义及无功补偿在电网中的重要作用, 并简要分析了三种配电网的无功补偿方案, 指出其优缺点, 从而优化配网无功补偿的应用。

关键词：配电网,无功功率,无功补偿

参考文献

[1]戴晓亮.无功补偿技术在配电网中的应用[J].电网技术, 1999, 23 (6) :11～14.

[2]卢熙普.浅析配网无功补偿[J].广西电业, 2007, 10、11 (总第91、92期) :127～129.

功率因素及无功补偿 篇5

笔者从进入吕合煤业从事电工工作的那天起, 就一直被功率因数低、线损率高的老大难问题所困扰。而在此之前, 听说已有许多同事由于无法长期忍受功率因数低的罚款而纷纷申请调离了电工岗位。那时, 笔者对功率因数这个概念尚知之甚少, 更不懂得如何才能提高功率因数, 当时的电力主管部门也没有对无功补偿进行深入细致的研究和探讨, 而是采取了对用电负荷进行拉合闸的制度———每天派出专人, 对生产工作面实行白天合闸、晚上拉闸, 对外转供用电实行白天拉闸、晚上合闸。就这样, 日复一日, 年复一年, 时间长达数年之久, 非但没有使功率因数提高, 还影响了生产的正常秩序, 影响了企业同周边村民的关系, 执行拉合闸制度的员工更是苦不堪言。在此期间, 也曾进行过电容器组的集中补偿, 但由于线路过长、负荷较散等方面的原因, 对提高功率因数起得作用不大, 一直没能达到0.9的标准。自从我公司于2009年进行电网升压改造、大量使用了成套的电力电容器补偿装置后, 这一局面才有了根本性的改变。回想这一经历, 虽然觉得很无奈, 但它却反映了一个时期由于技术条件和人员素质方面的原因, 给企业带来不小损失的真实状况, 值得我们深深地进行反思。下面, 笔者将把我公司在无功功率补偿方面进行曲折探索的经验得失, 结合自己对无功补偿相关知识的认识写下来, 以便能使我们在今后的工作中少走弯路, 避免一些不必要的损失, 同时希望给同行提供一个可借鉴的实例。

1 我公司早期在提高功率因数方面的做法

1.1 拉合闸制度

我公司的电源供给是楚雄州电力公司吕合变电站, 电网电压6 k V, 线路全长4 000多m, 由于导线截面过细, 线损相当严重;加之我公司是一个有40多年历史的老企业, 用电设备都是些淘汰的产品, 功率因数极低。这一时期的电力技术人员没有从这一实际出发, 没有从根本上找功率因数低的原因, 而是盲目地采取了没有科学依据的限电措施, 不仅没有使功率因数提高, 每月照样是大额的罚款, 还要为此支付拉合闸人员的工资, 还因为频繁的拉合闸而频繁更换高压开关, 从而增加了用户的负担和管电人员的维护工作量, 真可说是得不偿失。

1.2 电容器补偿的尝试

在坚持拉合闸制度的同时, 也曾进行过电容器补偿的有益尝试。主要方法是并联电容器的个别补偿和集中补偿: (1) 对3台高压电铲和生产工作面的用电负荷进行个别补偿, 分别在这些用电设备的负荷侧并联了电容器组进行无功功率的补偿。刚开始投入运行时, 功率因数有了一定的提高, 但运行了一年之后, 这些设备就被彻底地淘汰了。主要原因是由于维护管理不善, 加之生产工作面移动性强, 振动又大, 粉尘污染严重, 导致控制设备和电容器损坏严重。实践证明此补偿方式不可行, 就只能放弃。 (2) 在6 k V供电线路负荷较集中的地方安装了电容器组进行高压补偿。由于供电线路过长, 导线截面又普遍偏小, 虽然这一补偿方式一直持续到电网升压改造之前, 但线损依然很大, 功率因数也一直没有达到0.9以上。

1.3 自我总结

无功功率补偿是一门专业性较强的技术, 在进行安装设计时必须掌握无功补偿的相关知识和原理, 并进行认真细致的论证和探讨, 不能随意而为, 更不能盲目地进行。否则, 不仅影响企业的生产秩序, 还会给企业带来不小的经济损失和负面影响。

2 无功功率补偿的基本概念

在电力系统中, 除输送有功功率外, 还要输送无功功率。用户中绝大多数用电设备, 如感应电动机、变压器和电焊机等, 它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场。另外, 如架空线路、各种感应器具、仪表等也消耗一部分无功功率。除发电机产生无功电源外, 线路电容也产生一部分电源, 但这些电源往往不能满足电网对无功功率的需要。无功功率不足会造成用电设备得不到充分利用, 电能损耗增加, 从而限制了线路的输电能力。从另一方面来说, 无功功率不足将直接导致用户功率因数降低, 对于我公司来说, 功率因数低于0.9时, 将被电力部门惩罚。因此, 用补偿办法解决电网无功功率不足的问题, 是保证电力系统和设备安全经济运行的重要措施。

3 电力电容器的补偿原理

对于一个企业来说, 要提高全厂的功率因数, 常常采用在厂变电所配电线路上并联电容器的方法。在电感性负载两端并联适当容量的电容器后会使电源供给的总电流大大减少, 它比负载上的电流还要小。这是因为电容支路的无功电流和电感支路的无功电流相位相反, 即当线圈中的磁场要消失而向电源送回电流时, 电容器恰好需要充电电流, 因此线圈中的大部分无功电流就不用送回电源, 而直接送给电容器便可。反之, 当电容器的电场要消失而要向电源送回电流时, 线圈正好需要无功电流建立磁场, 于是电容器的电流也就不用送回电源, 直接送给线圈就行了。这样一来, 电源只要供给有功电流和少量的无功电流即可。这时, 线圈所取用的电流仍不变, 线路上的总电流却减少了。由于并联了电容器, 总电流与电压间的相位差减小, 于是功率因数得到了提高。

采用并联电容器的方法来补偿无功功率, 从而提高功率因数, 降低线损, 改善电压质量, 目前应用较为广泛。当前, 并联电容器都是现成的成套设备, 运输、安装、维护都很方便, 在控制上采用的都是自动控制, 能适时根据用户负载的变化而进行投切, 有效防止了欠补或过补现象的发生。

4 电力电容器补偿的特点

(1) 优点:无旋转部件, 不需专人维护管理, 安装简单;可以做到自动投切, 按需要增减补偿量;有功功率损耗小等。

(2) 缺点:电力电容器电压特性不好, 电压波动对其影响较大;寿命短, 损坏后不易修复;补偿电容器的运行管理困难及电容器安全运行的问题未受到重视等。

不管怎样, 并联电容器的优点是主要的, 其正被广泛用来提高电网的功率因数。

5 电容器的补偿方式

所谓补偿方式, 就是电容器装在何处补偿效果最好。为了保证电网安全经济运行和用户正常用电, 首先要从减少无功功率在电网中的流动着手。因此, 无功补偿的基本原则就是就地供应, 尽量做到电网少送无功负荷。为此在用户端安装电容器, 就地满足用户对无功功率的需要。我公司2009年进行电网升压改造时, 把无功功率补偿的问题作为重中之重。特别是在选择补偿方式上, 更是进行了反复的论证和探讨, 在总结前期经验教训的基础上, 结合我公司用电负荷的分布情况, 采取了高压集中补偿和个别补偿相结合的补偿方式。

(1) 高压集中补偿:我公司采场的电源由一台固定式的1 250 k VA变压器提供, 电压6 k V, 采用架空线路分配到各个高压用电设备。将电容器装在专供采场电源的6 k V母线上, 电容器的利用率得到了极大的提高, 减少了电力架空线路及用户主变压器的无功负荷。加之采场内的用电设备移动性较强, 用电环境粉尘、振动较大, 采用集中补偿是一种比较科学、合理的补偿方式。

(2) 个别补偿:个别补偿是在电网末端负荷处补偿, 可以最大限度地减少线路损耗, 节省有色金属消耗量。对感应电动机的个别补偿是以空载时补偿到功率因数接近1为准。个别补偿利用率低, 易受环境条件的影响, 适用于长期稳定负荷且需无功功率较大的负载。我公司对上下生活区台变及线路末端的各个抽水站进行的就是个别补偿。

我公司采用以上无功功率补偿措施后, 运行效果相当明显, 每月的功率因数都达到了0.9以上。

6 电容器补偿容量的计算

无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定, 其计算公式如下:

式中, Qc为所需补偿的无功容量 (kvar) ;PP为最大负荷月的平均有功负荷 (k W) ;QP为最大负荷月的平均无功负荷 (kvar) ;tgφ1为补偿前功率因数角的正切值;tgφ2为补偿后功率因数角的正切值。

7 电力电容器的安全运行

(1) 允许运行电流:电容器应在额定电流下运行, 由于运行电压升高或电源电压的畸变, 使电容器的电流增加时, 不得高于其额定电流的1.3倍。对于电容值具有最大正偏差的电容器, 过电流允许达到额定电流的1.37倍。

(2) 允许运行电压:电容器的寿命会随电压的升高而缩短, 因此必须严格控制电容器的运行电压。电容器的额定电压应不低于所接入的系统的最高运行电压, 并且还要考虑接入电容器后所引起的电压升高。为降低谐波及其他影响而接入串联电抗器时电容器端子上电压将高于系统运行电压, 此时有必要选用额定电压较高的电容器, 具体如表1所示。

(3) 合闸问题:电容器组切除后, 必须经过3 min后方能再次合闸。规程之所以这样规定, 是因为选择放电电阻是按30 s内、电容器端电压小于65 V, 在3 min内电荷一般是能放尽的。

(4) 运行电容器的外观应每天进行检查, 如发现箱壳鼓肚变形、发热冒烟等异常现象, 应停止使用, 以免发生事故。

(5) 电容器在运行过程中一旦出现报警、保护装置动作等情况, 应查明原因, 在未查明原因前, 不得重新投入运行。

8 结语

随着企业的不断发展, 电力负荷只会不断增加。要使电网安全经济运行, 提高供电质量, 就要求我们电力技术人员要有严谨的、一丝不苟的工作作风, 本着为社会服务、对企业负责的态度, 不断加强对专业知识的学习, 掌握更多的新技术和新工艺, 从而为企业的节能降耗做出自己应有的贡献。

参考文献

[1]劳动部培训司.电力系统及运行[M].北京:劳动人事出版社, 1988.

[2]人力资源和社会保障部教材办公室.电工基础[M].5版.北京:中国劳动社会保障出版社, 2014.

浅析电力系统无功功率及电压控制 篇6

在电力系统中, 如果有功功率完成的是电力系统能量的转换, 那么无功功率则是帮助电力系统完成能量转换而耗掉的功率, 在设计一台电力系统时不可能存在不使用无功功率只出现有功功率可能性。

1 无功功率的产生及作用

所谓的有功功率是指电力设备产生功率时, 它能直接转化为能量。比如6千瓦的电动机直接转为6千瓦的能量, 此时它的所有功率都是有功功率。然而将电能接全部转化为有功功率只是理想中的设计。实际上这台设备使用6千瓦的电它可能只产生5千瓦的能量, 它的另1千瓦能量有可能为了维持电动机的运转而被使用, 此时不能直接产生出来的功率就被称为无功功率。无功功率并不是没有用处的, 从以上的例子能看到如果说有功功率是直接产生能量, 那么无功功率是为了让有功功率能完成转化的过程而被耗损掉。没有无功功率就无法完成有功功率的能量实现。

2 无功补偿

2.1 无功补偿的原理

如果将电力系统产生的功率视为:总功率有功功率+无功功率, 那么从以上原理中可以看到, 无功功率是帮助有功功率产生的重要能量。然而在电力系统中如果串联上具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷装置, 那么电力系统需要的感性负荷将会减少, 此时它能减少无功功率同样能维护电力系统的运转, 此时无功功率就能变为有功功率产生能量。无功补偿能在保持电力系统功能运转不变的前提下减少无功功率的消耗。在电力系统中, 无功补偿的原理能起到重要的做用:它能将更多的无功功率转为有功功率, 使电力系统运转时需要的成本降低;如果采用无功补偿, 它能无形中加大有功功率的作用, 因此它在降低电容的情形下保持电力系统设备的功率, 降低电力系统的使用成本;如果电力系统可以降低电容设计, 那么就可以降低电力系统使用时的线损。因此电力系统中要尽量使用无功补偿的方式, 避免电力系统不需要的功率消耗。

2.2 无功补偿的形式

在电力系统中, 为了尽量减少无功消耗, 因此无功补偿的原理常常被电力系统使用。通常它以以下的方式实现:

变电站补偿方式, 它是指将无功补偿的原理超接接在变电站的母线上, 让变电站运行时就能得到无功补偿, 该种方式设计简单、使用容易、便于维护, 然而在部份场合它不能起到应用的作用。配电线路补偿方式, 它是指在配电线路上应用无功补偿的原理, 该种方式虽然也设计容易、便于使用, 然而它能起到的效果与电网中通过的负荷有关, 如果供电系统负荷极重, 且电力系统长期三相不平衡, 那么它也无法起到无功补偿的作用。随机补偿的形式, 它也指就地补偿的形式, 它是在发动机上应用无功补偿的原理, 一旦电动机开始应用, 它就能完成无功补偿的效果, 该种方式应用起来效率好、便于安装、变于维护, 适用性极强。随器补偿的形式, 它是安装在电压器量侧, 随变压器一起运行, 为变压器提供无功补偿, 然而电力系统中常常要使用各种变压器, 如果每台变压器都安装无功补偿设备, 则不够经济。跟踪补偿的形式, 它是指随着设备设计的无功补偿形式, 然而用户使用的电力设备比较多、运行的环境也较复杂, 如果每台设备都专门设计无功补偿形式, 则要增加生产的成本。

从电力系统中使用的无功补偿方式可以看到, 它用三种形式作无功补偿:集中补偿, 它是指在配电网上直接作无功补偿设计;分组补偿, 它是指根据电压、电容等设备设计的无功补偿;单机补偿, 这是指如果某种设备如果使用无功补偿可以提高效益, 那么可以在该台设备上应用无功补偿原理进行设计。无功补偿的原理虽然能降低成本, 然而在实际使用该种原理时, 要根据电力系统的实际情况采用合适的情况进行无功补偿的设计和使用。电力系统并不是任何设备、随时随地都需要使用无功补偿设备, 如果使用不当, 将有可能只是无谓的浪费成本。

2.3 无功补偿设备

通常集中补偿形式与分组补偿形式都要根据具体的情况决定能否使用无功补偿, 那么单机补偿的方式则比较灵活, 电力系统根据实际情况使用单机补偿的形式也能降低成本。然而使用怎样的设备则需要仔细选择。目前无功补偿设备主要分为以下几种:

(1) 同步调相机

它的使用原理是在没有励磁状态的情形下为电力系统提供感性负载, 让设备具有无功补偿的功能。它提供无功补偿功能时必须是在转动的情形下, 它的噪音大、使用造成的损耗大、不便于维护, 目前普遍不再使用该种设备。

(2) 开关投切固定电容

该种方式虽然有一定的无功补偿作用, 然而它不便于手动操作, 如果出现过度补偿或者补偿不够, 也无法对它进行操控。该种方式虽然使用方便、使用成本小、然而无法对它自由操控却是它的极大欠缺。

(3) 静止无功补偿

该种设备是将电容和电感合在一起, 通过单片机控制进行无功补偿。这种方式补偿精准、响应速度快、使用危险性小、不需要人工操作。它目前被广泛使用在配电网上。通过静止无功补偿设备使用, 它能极大的减力配电网运行的成本。

(4) 静止无功发生器

它又称为高压动态无功补偿发生器, 该种设备是使用电力半导体桥式变流器来动态的完成无功补偿方式, 它打破传统的静态补偿原理, 能用更科学的方式完成补偿功能。该种设备目前技术尚未完全成熟, 然而它的原理已经给无功补偿装置提供新的方向, 经过不断的调试, 它将会应用在交流输电系统与定制电力系统中, 使电力系统的运行更具效率。

3 结语

无功补偿设计是电力系统设计的重要环节。通过合理的无功补偿设计, 电力系统的运行能极大的降低成本。而怎样将无功补偿设计应用到电力系统中, 是目前人们正在探索的。应用最合理的无功补偿形式、使动态的无功补偿方式是未来电力系统无功补偿应用的方向。

摘要：电力系统中存在有功功率和无功功率, 无功补偿是指在不影响有功功率输出的情形下将无功功率转为有功功率, 使用无功补偿原理能优化电力系统。本文着重研究有功补偿的原理及就用形式, 并对目前常用的几种无功补偿设备进行研究。

关键词：电力系统,无功功率,电压控制

参考文献

[1]王正风.徐先勇.司马峰.电力系统无功功率的最优分布——等网损增率准则和最优网损微增率准则的接合[J].扬州电力, 2004 (6) .

[2]胡彩娥.杨仁刚.用电力系统分区方法确定无功源最佳配置地点[J].电力系统及其自动化学报, 200 (43) .

功率因素及无功补偿 篇7

在UNITROL 5000中, 自动电压调节器AVR主要是精确控制和调节同步发电机的机端电压和无功功率。AVR是一个快速控制器, 它不断地计算给定值和反馈值的偏差并完成调节运算, 控制可控硅整流桥的触发角度, 产生励磁电流, 实现机端电压的恒电压控制和提供必要的无功。影响励磁系统AVR无功功率输出的因素很多, 主要包括厂站侧AVC控制方式下的机组励磁系统的增减磁调节;附加控制模式下的PSS异常调节[1,2];发电机PT及采样回路异常或励磁调节器故障导致的无功功率异常调节等。

1 不同因素导致励磁无功波动的机理

1.1 AVC模式下机组增减磁调节

在电厂的AVC控制模式下, 发电厂的母线电压由机组的机端电压所决定, 而机端电压随其无功出力变化, 无功出力又受其励磁电流的影响。这样, 通过动态调节励磁调节器的电压给定值来控制发电机的机端电压, 就可完成发电厂电压无功的自动调控, 即由AVC发出机组增减磁信号来改变励磁调压器的电压给定值, 从而实现电压无功的自动控制。AVC投入后的机组无功功率的分配原则有等裕度分配和等功率因数分配两种。某厂按照等功率因数分配调整无功, 分配量与各机组的有功出力成线性关系, 达到各机组无功功率的上下极限范围内不再参与调节。

1.2 附加控制模式下的PSS异常调节

PSS 2A模型也叫加速功率型PSS[3,4], 其输入分为加速功率信号和角速度信号。其加速功率偏差为:

用ΔPa代表PSS的输入, 用加速功率偏差作为输入信号的PSS不出现反调。

获取发电机角速度的方法是通过测量定子电压、定子电流、发电机频率等推导获取。发电机的摇摆电抗Xs为:

理论上, 在调整机组负荷的过程中, PSS 2A模型没有反调现象, 但实际机组励磁系统中配置的PSS 2A模型的输入量角速度并不是实际的发电机角速度, 而是通过矢量变换和等效计算得到的等效发电机角速度, 因此PSS2A理论模型与实际应用存在差异, 导致PSS出现反调现象。有文献指出:对于PSS 2A模型, 当机组无功功率的波动小于等于额定无功功率的10%时, 认为是正常的PSS反调;当机组无功功率的波动幅值大于额定无功功率容量的10%时, 认为是异常的PSS反调。此外, PSS附加控制的运行程序集成在MUB板内[5], MUB板的PSS模块硬件故障也会造成PSS的无功功率波动的异常调节。

1.3 发电机PT及采样回路异常、调节器故障

励磁调节器通过发电机两组PT回路采样后的量分别作为CH1和CH2的电压输入, 经励磁调节器的X45/11、13、14、21、22、23端子, 分别通过高阻抗分压器和差分放大器放大, 然后相互结合生成信号UG_R、UG_S、UG_T。经反折叠滤波器 (全通及低通滤波器, 其中低通滤波器为3dB频率, 即130Hz左右) 和模数转换, 相关信号经坐标变换及带阻滤波器最终形成发电机定子电压测量值 (电压测量原理如图1所示) , 再送入COB板, 与AVR给定值进行比较形成偏差。此偏差信号经PID闭环控制调节, 经差分放大等环节, 形成新的控制电压, 从而作用于整流桥CIN板, 实现对整流桥触发脉冲角的实时导通控制。因此, 当发电机PT小车一次保险或二次触头接触异常时均会导致送入MUB板的输入电压异常或者波动。如果MUB板卡出现故障, 那么会使励磁系统发电机电压的采样出现严重数据错误, 从而直接影响整流桥触发脉冲角的实时计算, 改变励磁电流的实际输出, 进而影响机组无功功率, 造成无功功率波动。另外, 励磁调节器故障也会造成无功功率波动。

2 无功功率异常波动

2014年#1机组临修后投入运行以来, 多次发生#1机组无功功率及机端电压波动的现象。经当值向中调申请退出#1机组AVC控制模式, #2机组保持AVC投入运行, 结果发现#1机组无功功率及机端电压在AVC退出运行后仍然存在波动, 而#2机组的机端电压基本维持恒定。于是初步判断#2机组的无功功率变化是#1机组运行参数变化影响#2机组, 从而引起#2机组励磁系统的同步调整所致, 并无较大影响。电厂监测系统 (SIS系统) #1机无功功率波动情况如图2所示, 此时机组有功功率为456.84MW, AVC退出, PSS投入。

3 无功波动异常的检查分析

由AVR设定, 在负荷不大于300MW时, 机组PSS调节自动退出。凌晨, #1机组有功功率为300MW, AVC及PSS退出, 无功功率波动较小, 如图3所示。中午负荷调峰时, #1机组有功功率为300MW, AVC及PSS退出, 无功仍然波动, 如图4所示。通过以上分析和检查, 基本排除了全厂AVC控制方式和PSS调节对#1机励磁系统无功波动的影响。于是对#1发电机接至AVR1、AVR2的两路PT回路及励磁调节器进行重点检查。

为了防止现场PT回路分压, 而使励磁调节柜的输入存在压降, 从#1发电机6m平台处发电机PT小车二次触头出来后接入PT就地柜的第一个接线端子左侧的电缆处开始测量, 以彻底甩开其后面的右侧端子、PT保险、第二个转接端子排, 从PT转接端子箱就地到励磁调节柜这一段电缆回路的影响。现场发电机PT就地检查测量点如图5中箭头所示, 具体测量数据见表1。

注:*数据表示, 其电压以56.2V为基准, 存在正负0.2V左右的波动。

对比表1的数据可知, 发电机PT回路的源头, 即#1发电机PT就地柜内A相的交流电压偏低, 极有可能是PT小车的该PT绕组A相二次触头接触不好, 导致了跟其它正常相相比有近2.3V左右的压降 (实测约为56.2V) , 且存在±0.2V左右的异常波动。至此, 造成#1机无功波动的原因基本查明, 无功波动是#1发电机PT1的第一个绕组的A相PT回路异常引起, 导致励磁系统错误地跟随调节。为此, 决定将励磁系统从当前通道1的自动方式切为手动方式, 若此时励磁电流及无功功率再未波动, 则可实际验证分析结果。考虑到第二组PT的各相电压均为正常, 为保证励磁系统的正常调节, 应及时将励磁系统切到通道2的自动方式下运行, 通道1作为备用, 同时尽快恢复投入#1机组AVC及PSS。

4 无功波动处理

4.1 CH1自动方式切换为手动方式

切手动时, 先向中调申请退出AVC及PSS, 退出后即可在ECT上选中手动按钮, 实现手动切换。切换后应加强对#1机组机端电压的监视, 当机端电压变化时可通过手动控制增减磁把手来实现对机端电压的调整。经检查, 发现励磁系统控制方式切手动后, 励磁电流及无功功率未再波动, 稳定运行一段时间后切回本通道的自动方式。

4.2 CH1手动方式切换为自动方式

检查注意事项同4.1。

4.3 CH1自动方式切换为CH2自动方式 (切通道)

切通道时需检查两个通道的机端电压 (10201) 、发电机无功 (10220) 、励磁电流 (10501) 的实际值及控制电压 (12110) , 特别是检查 (12119) 双通道的偏差值应在5%范围之内, 若满足则点击切换通道按钮, 即可实现CH1向CH2的切换, 否则励磁系统将仍然在CH1的自动方式下 (恒机端电压) 运行。通道切换成功后, 若励磁电流及无功不再波动, 则可推断是通道1的PT采样回路异常导致波动;若励磁电流及无功仍然波动, 励磁系统在通道2运行, 则应进一步切换到CH2的手动方式 (恒励磁电流控制) 运行, 检查是否是励磁调节器故障造成的波动。

每一次退出AVC、PSS、切手动方式、切回自动方式, 切通道均需维持5min, 待数据稳定后再对机端电压、机组有功无功、励磁电压电流及PT回路进行测量并记录 (见表2) 。励磁厂家上海成套所建议:所有检查工作最好在1小时内完成, 该段时间内机组负荷须保持稳定;目标负荷最好在500MW以下;通道切换试验时, #1机组实际负荷为365MW, 且负荷恒定。

通道1的PT采样回路待#1机组停机时再进行处理。其具体处理思路有两方面:停机后, 一次班对#1机组PT1小车的该PT绕组A相二次触头的接触情况进行重点检查;如有必要, 二次人员也可以将该组PT并到接发变组保护A屏的那组PT回路, 同时考虑改接电缆的长度是否满足要求。

经过通道切换后, #1机的无功功率再未出现波动, 随后投入#1机组PSS以及AVC。#1机组励磁系统进行手动切换、切回自动方式, 切通道后的机组无功功率波形如图6所示。

由图6可知, #1机无功功率曲线平滑, 未再出现异常波动。至此, #1发电机无功功率波动异常问题得以解决。

5 结束语

对现场可能引起励磁无功波动的因素进行了逐一排查, 经过分析发现发电机PT回路异常是造成此次无功异常波动的原因。在#1机停机期间, 对#1机组PT1小车的该PT绕组A相二次触头的接触情况进行彻底处理。此外, 通过此次励磁系统无功波动异常的分析和处理, 提出了一套专门针对机组无功异常波动的检查处理策略:首先, 统计励磁系统参数波动是否存在规律性, 明确与机组的负荷调整等是否存在联系;然后, 检查SIS系统对应检测量的测量回路, 以排除测量回路的因素;接着, 检查异常机组对应控制通道的发电机电压PT测量回路, 以排除由测量回路导致的励磁系统错误地跟随调节。若后续再出现此类机组参数波动, 在检测、确认通道跟踪良好的基础上, 切换励磁系统至备用通道的自动方式运行, 以排除原运行通道的PT采样回路问题;若无效, 退出AVC调节, 以排除外部调节系统的干扰;若无效, 退出PSS功能, 以排除PSS调节功能影响;若无效, 切换励磁系统至手动方式运行, 以排除自动方式的调节影响;若无效, 则可初步判断为励磁系统调节功能缺陷。

参考文献

[1]韩石成.小浪底水电厂电力系统稳定器无功反调现象及分析[J].水电能源科学, 2007, 25 (2) :116, 117

[2]张俊峰, 等.PSS2A模型的反调现象分析[J].广东电力, 2011 (5) :62~65

[3]IEEE Std 42 1 5:2005, IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies[S]

[4]杨立环, 徐峰, 胡华荣, 等.电力系统稳定器PSS2A现场试验及参数整定[J].电力系统保护与控制, 2010, 38 (1) :112~114

功率因素及无功补偿 篇8

a.三机组配置:即烟气机-主风机-变速箱-电动/发电机;

b.四机组配置:即烟气机-主风机-汽轮机-变速箱-电动/发电机;此时汽轮机的蒸汽往往来源于本装置反应器内 (外) 取热或全厂蒸汽平衡。

上述配置中的电动/发电机一般都采用异步电机, 个别也有采用同步电机的。本文主要讨论异步电动机在机组配置中的作用。

1 异步发电原理

异步电机工作原理的核心就是“异步”二字。当外部三相对称电源接入定子三相绕组后, 就会在电机气隙产生一旋转磁场, 该磁场总是以同步速度旋转即对于4极 (两对极P=2) 机, 就以1500r/min的速率旋转。该旋转磁场切割转子导体, 使其产生电势从而产生电流 (转子导体为闭合回路) 该转子电流也产生一旋转磁场。但是, 该磁场的实际旋转速率 (亦即转子实际旋转的速率) 不同于由定子产生的旋转磁场, 二者相差一个“滑差”速率。在异步电动机的情况下, 定子磁场旋转速率总是大于转子磁场, 即“定子拖着转子转动”, 电网输出电能并将其转换为机械能;在异步发电机的情况下, 转子旋转速率大于定子旋转磁场的速率 (即大于同步转速) , 此时“转子拖着定子转”;实际上, 定子旋转磁场的速率是固定的, 并企图阻止转子加速, 此时转子上的机械能转换成电能回送至电网。

由上所述, 异步发电的基本要素是:a.转子旋转速率必须大于定子磁场的旋转速率, 即大于同步转速;b.转子磁场或合成的气隙磁场必须由定子提供的激磁电流来建立, 也就是要由电网供给无功功率。换句话说, 必须要有原动机将电机转子拖动到大于同步转速, 也就是要向电机输入有功功率;必须要将该电机接入电网以取得激磁电流建立工作磁场 (从电网吸收无功功率) 并将有有功率送到电网。孤立的异步发电机是不能带负荷稳定运行的。

图1表示异步电机的转矩-速度关系曲线。该曲线的B-C-D段为电动机工况区, 其中C-D段为电动机正常运行范围, 转速在额定转速nn和同步转速n0之间变化, 转矩 (功率) 在额定转矩Tn和0之间变化;曲线的D-E-F段为异步发电机工况区, 其中D-E段为发电机正常运行范围, 转速在同步转速n0和n0 (1+Sn) 之间变化, 转矩 (功率) 在0和额定转矩-Tn之间变化。

实际上, 在催化能量回收机组中, 电机的额定容量往往是按甩烟机后电机应带80%~100%风机负荷选择的, 而正常运行时, 烟气机回收的功率减去主风机消耗的功率后, 所剩发电功率不会很大, 电机处于轻载发电工况运行。即图中D-E段靠近D点运行, 转速略大于同步转速。

图2表示异步电机电压、电流、有功及无功功率矢量关系。

若以电压矢量为基准 (横坐标) 且按顺时针旋转, 则电机的电流矢量滞后于电压矢量, 其夹角为φ (即感性负荷的功率因数角) , 显然电流矢量在电压矢量 (横轴) 上的投影即为有功功率Pm, 在纵轴上的投影为无功功率Qm。即

有功功率P=U×I×cosφ;无功功率Q=U×I×sinφ;

2 异步发电对炼油厂供电系统功率因数的影响

由于异步发电机一方面能发出有功功率即向电力系统输送有功, 另一方面又要吸收电网的无功功率。那么, 作为电力用户的催化裂化装置或炼油厂因为有了异步发电机, 将会减少对电网有功功率的需求, 也就是节省了能耗, 少交了电费;但对电网无功功率的需求没有减少, 相对有功功率而言, 反而增加了。或者说该用电单位从电网吸取有功与无功功率的比例改变了, 即用电负荷的功率因数下降了。其影响的程度举例分析如下:

从图2所示, 横坐标表示有功功率, 且向右为正;综坐标表示无功功率, 且向上为正。企业的用电负荷可用数学中的复数表示。

设没有异步发电时炼厂用电总负荷为:

此处P1>0、Q1>0即都为正值, 表示都是从电网吸收的功率。

若催化装置有一台能量回收机组, 电动机正常处于异步发电工况, 发电功率为PG (k W) , 即

式中-PG<0, 表示电网吸收的有功功率;但QM>0, 电网提供无功功率。

通常, 催化能量回收机组处于发电工况时, 电机负载率不高, 一般在20%~40%, 发电量随季节变化, 冬季发电较多, 夏季较少, 甚至夏季不能发电, 个别机组在夏季可能变为低负荷电动工况。

有了异步发电后炼厂用电总负荷为:

式中P2=P1-PG, Q2=Q1+QG

以下用实例说明异步发电对系统功率因数的影响。

某炼厂为催化装置供电的区域变电所, 原有平均用电负荷为:

P1=22500 k W, Q1=10897 kvar, 即

现因催化装置改造, 有一台能量回收机组投入运行。电机额定功率为9000k W, 额定功率因数cosφn=0.91, 正常发电平均功率为PG=-2800k W, 电机负载率K=2800/9000=31.1%, 运行时的cosφG=-0.87, 即φG=150.460, 此时消耗的无功功率为:

n———转速, n0-同步转速, nn-额定转速, S-滑差;Sn-额定时滑差;T-转矩, Tn-额定转矩

可见, 有了异步发电使炼厂平均功率因数由原来的0.90下降到0.845。

3 如何进行无功补偿

能量回收机组中, 因含有异步电动/发电机, 对炼厂供电系统的功率因数造成不利影响, 往往需要进行无功补偿。其补偿容量按电动/发电机的平均运行工况分为以下三种情况:

3.1 电机正常处于电动工况

说明烟机回收的能量不能满足主风机的需要。但此时电机负载率一般不高, 通常在额定功率的20~50%功率因数较额定功率时要低, 往往低于0.90, 因此也需要无功补偿。补偿容量以使功率因数达到不低于0.90为原则, 补偿量一般不大。

例如, 一台5500k W电动机, cosφn=0.91, 在能量回收机组中正常带1500k W运行, 负载率Ki=27.3%, cosφi=0.85 (tgφd=0.62) , 补偿到cosφ2=0.91 (tgφ2=0.4556) , 需要补偿容量为:△Q=1500× (0.62-0.4556) =246kvar。

3.2 电机平均接近空载状态运行

即无论发电或电动工况, 负载率都很低 (负载率小于10%) , 说明烟机回收的能量与主风机消耗能量基本平衡。某些机组冬季回收能量略多余主风机消耗功率, 电机为轻载发电状态;夏季回收能量略有减少, 电机为轻载电动状态, 但就全年平均而言, 也可视为电机接近空载状态。

由于电机空载状态下的空载电流基本上是电机的激磁电流, 消耗的是电网供给的无功功率, 空载有功功率的消耗很小, 并往往由烟机提供, 此时电机的自然功率因数接近于零, 因此必须进行无功补偿。补偿容量应等于或略大于电机的空载无功功率。

例如, 一台6300k W, 6000V, 4极异步电机, 空载电流I0=96A

补偿容量可按下式计算, 即按电机空载无功消耗计算:

(这是为了三相平均分配, 1050/3=350kvar, 选单台电容器50kvar, 每相7台)

3.3 电机正常处于异步发电工况

说明烟机回收的能量大于主风机需要的能量, 发电功率在三机组配置中, 一般为电机额定功率的20~40%, 在四机组配置中可达50~70%。如前述, 由于异步发电是向电网发出有功功率, 同时又吸收电网的无功功率, 对炼厂用电的功率因数造成不利影响。因此必须进行无功补偿。补偿容量一般要按全厂总负荷或由其供电的变电所总负荷统一考虑, 补偿后要使全厂总受电或某变电所总进线的功率因数达到国家规定值或达到原有值。

PM电机消耗有功功率, PG电机发出有功功率, QM、QG电机消耗无功功率

如前述所举例中, 因为有一台异步发电机, 使该变电所 (或全炼厂) 电源进线的功率因数由0.90下降到0.845, 补偿后应使功率因数达到原有0.90的水平。即

补偿容量△Q=19700 (0.633-0.484) =2935kvar.

式中0.633和0.484分别为cosφ2=0.845和cosφ1=0.90时的正切值tgφ2和tgφ1

取△Q=3000kvar, 单台100kvar的电容器共30台。

4 结论

烟气能量回收机组中的异步电动/发电机, 当机组中烟气机输出功率大于主风机需要的功率时, 异步电机转速将大于同步转速, 呈发电状态, 向电网输出有功功率;反之, 当机组中烟气机输出功率小于主风机需要的功率时, 异步电机转速将低于同步转速, 呈电动状态, 吸收电网有功功率, 以满足主风机的需要, 维持机组功率平衡。该电机无论是电动机工况或发电工况, 都需要从电网吸收无功功率并使得负荷功率因数降低, 为此需要适当的无功补偿。特别是在异步发电情况下, 若发电功率较大、炼厂原有用电负荷相对较小时, 对功率因数的影响尤为显著。所需无功补偿容量应使其补偿后该炼厂总负荷 (或某变电所的负荷) 的平均功率因数达到国家标准要求或保持原有水平。

摘要：阐述了炼厂催化裂化装置的能量回收机组中, 异步电动/发电机将烟气机的多余能量转换成电能的工作原理;重点论述了这种能量回收方式对炼油厂供电系统功率因数的影响以及应采取的无功补偿措施。

功率因素及无功补偿 篇9

动态无功补偿技术能够快速调节输出无功、支撑电网电压,提高电网安全稳定水平,减少停电事故发生。传统动态无功补偿装置主要以静止无功补偿器(static var compensator, SVC)为主,其容量能 够达到百兆伏安级别,在电网中得到较为广泛应用。但是,SVC装置存在损耗高、动态无功响应较慢、电网低电压暂态过程中其输出无功跌落严重、占地面积大,技术经济性难以满足电网应用需求。大容量静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)采用大功 率全控电力电子器件为基础构成电压源型换流器,通过脉宽调制技术控制器件开通关断,能够灵活快速调节输出无功电流,具有损耗小,响应速度快(达到十毫秒级别),输出无功电流不受电压限制,结构紧凑占地面积小等优点,特别在系统电压严重跌落时,依然能够输出与额定工况相近的无功电流,从而大幅提升电网应对暂态故障的能力,是最为先进的动态无功补偿技术,性能优越、经济性好,得到国内外专家高度认同。

2 详细技术方案

本方案采用分相瞬时电流控制策略,使输出电流即使在电压不平衡时也能够紧跟各相参考电流变化,并具有快速的动态响应速度,解决了换流阀直挂电压高、上百个功率单元协同控制、大容量换流阀试验手段缺乏、毫秒级快速无功控制、电网故障情况下低电压穿越及不平衡控制复杂等一系列技术难题。首次研发出世界上直挂电压最高(35k V)、容量最大(额定容量±200MVA,暂态容量±300MVA)、响应速度达到16ms的STATCOM装置,建成了示范工程,用于解决受端电网动态无功不足问题,提高了电网安全稳定水平,奠定了大容量STATCOM在大电网应用的基本型式。

2.1 STATCOM 主电路方案

根据目前可关断半导体开关器件的工艺水平和制造条件,单管的长期稳定工作电流要达到1900A的水平,同时考虑到过流运行系数,单个器件也是很难实现的。因此,必须靠开关器件或阀组的并联来实现较大的工作电流。

2.2 阀组单元方案

35k V/±200MVA链式STATCOM的阀组单 元采用单 相桥式电 路,每个阀组单 元需要4支IEGT器件,即IEGT1 ~ IEGT4。此外,每支IEGT器件需要反并联一支二极管,即D1 ~ D4。值得注意的是,由Lc、Rc、Dc和Cc组成的箝位吸收电路对整个功率阀组单元的稳定工作起着至关重要的作用。直流支撑电容Cd的主要作用是为整个功率阀组单元提供一个直流工作电压和低感电流回路。对于一个链节而言,其输出电压uo有三种状态 :-udc, 0, udc,即每一个链节为一个三电平变流器。N个链节的交流输出侧级联即构成一相换流链,以实现高电压输出和大电平数目。

3 发明及创新点

(1)攻克了快速可靠的PP IGBT驱动及保护技术,优化了功率单元电气拓扑与热力效应,开发出高功率密度功率单元模块,研制出多链节功率单元串联的35k V/1700A高压大容量变流器。

(2)攻克了多链节串联变流器的电容电压平衡控制技术、脉冲优化控制技术及功率单元在线无缝旁路技术,保证了多链节串联变流器的运行稳定性和可靠性。

(3)研究了三相软锁相检测技术,开发了暂态无功电流给定前馈算法,攻克了链式变流器的电流快速跟踪控制技术,实现了STATCOM从系统电压跌落到暂态无功输出至目标值响应时间仅为16ms的优异性能。

(4)提出电流环差异化控制算法、基于零序电流注入的不平衡补偿策略、多母线补偿控制策略等系列关键技术,形成了应对复杂电网运行工况的系统级控制策略,增强了STATCOM低电压穿越能力,提升了STATCOM对复杂电网运行工况的自适应性。

(5)开发了国内首套微功耗、全电压、全电流功率单元综合试验平台,首次实现了换流阀的全电压满载功能试验 ;构建了基于RTDS的受端电网主网架和多链节换流器实时仿真测试平台,首次实现了控制保护系统的闭环仿真测试和全网络故障下的STATCOM性能测试 ;实施了220k V人工交流短路现场试验,验证了STATCOM的整体性能指标。

4 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

本产品打破了国外的技术垄断,填补了国内在35k V电压等级,百兆伏安级容量的空白,提升了国际竞争力。自主研制的高压大功率STATCOM单位价格仅为国外公司价格的1/4。本项目在性能方面远超越其他类型动态无功补偿设备,在同类型产品中,本项目的总体技术指标达到国际先进水平,部分技术指标国际领先 , 特别是在电压等级,输出容量和低电压穿越能力等方面,与国外大容量STATCOM对比如下表。

5 结语

直挂35k V、单台容量百兆伏安大功率静止同步补偿器STATCOM装置推动了电力电子行业发展,打破了国际垄断和技术壁垒,对提升电力电子产业的整体技术水平具有举足轻重的作用。具有完全自主知识产权的高压大容量STATCOM,不仅可以全面替代同类型的进口产品,还可以开拓和扩大国际市场,提升我国企业在国际上的竞争力,推动整个电力电子行业及外围产业。