电力电子装置..docx

无功功率发生器（7000VA）设计1 无功补偿装置概述1.1无功补偿的作用和意义自二十一世纪以来，我国经济飞速发展，电力系统作为国民经济基础，也因需求的不断增大，其规模也越来越大。而各行各业，对电力的需求和依赖变得越来越强烈，使得电力系统得到了迅速的发展。在保证电能质量的前提下，如何保证电力系统稳定、安全、经济的运行及提高用电效率是目前面临的一个重大而迫切的问题。电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变磁场，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，仅在用电负荷和电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。无功功率反映了内部与外部往返交换能量的情况，它并不像有功功率那样表示单位时间所做的平均功率，但是它和有功功率一样是维护电力系统稳定，保证电能质量和安全运行必不可少的。如果电网中的无功功率不足，致使用电设备没有足够的无功功率来建立和维持正常的电磁场，就会造成设备的端电压下降，不能保证电力设备在额定的技术参数下工作，从而影响用电设备的正常工作。具体表现在以下三方面：（1）降低有功功率，使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。在额定电压和额定电流下，由可以看出，若功率因数降低，则有功功率随之降低，是设备容量不能充分利用。（2）增加输、配线电路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，是线路中的有功功率损耗增加。（3）是线路的电压损失增加。使负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，从而严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别是在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低。基于上述情况，在电力系统中经常要进行无功补偿。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系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功功率和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿和分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的作用具体体现在以下四方面：（1）提高电压质量配电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。（2）降低电能损耗安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功功率为定值，加装无功补偿设备后功率因数由提高到，因为，负荷电流与成反比，又由于，线路的有功损失与电流的平方成正比。当升高，负荷电流降低，即电流降低线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为，计算公式如下：（3）提高发供电设备运行效率1)在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少输送无功功率，因此可以多输送有功功率。可多送的有功功率可由下式计算，其中为补偿前的有功功率2)如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，所需配电变压器容量也相应减少。即：可减少的供电设备容量占原容量的百分比为，即：3)安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机即可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。(4)减少用户电费支出1)可避免因功率因数低于规定值而受罚。2)可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。无功功率补偿可在高压输电线路进行，也可在配电网络进行，一半选择后者。早期的无功补偿是利用同步调相机和电容补偿装置。同步调相机是专门用来尝试无功功率的同步电机，在对励磁电流大小的调节，就能调节无功功率的大小。但同步调相机油机械噪音、成本高等缺点。电容补偿则利用并联电容器来吸收系统容性电流，相当于为负载提供感性电流，至今仍是主要的无功补偿方式之一。随着电力电子技术的发展，出现了开关型静止无功补偿装置，主要有阻抗补偿和开关变换电路补偿两种方案。1.2阻抗补偿方案1.2.1 晶闸管投切电容器TSCa）单相结构简图 b）电压——电流特性图1-1晶闸管投切电容器TSC(thyristor switched capacitor)电路如图1-1所示，通过控制晶闸管开关在电网上投切并联电力电容器C，改变电网负载的总阻抗性质。其中的两个反并联晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流的。因此，当电容器投入时，TSC的电压——电流特性就是该电容的