电网无功补偿与滤波技术..doc

电网无功补偿与滤波技术 1 无功功率的分类 1.1 感性无功功率 所有接于单相和三相交流电网，并按电磁感应原理工作的电气设备，在建立磁场时需要磁化电流，磁化电流（也称为无功电流）滞后电网电压90?，不参与能量转换。 感性无功电流会加重发电机、输电线路和变压器的负荷，产生损耗，影响输配电系统的经济性。 典型的感性无功负载为： ? 异步电动机 ? 变压器 ? 放电灯 ? 裸导线 ? 调控运行的变流器 变流器的感性无功功率又可分为： ? 换向无功功率 由换向回路电感和负载电流引起。 ? 控制无功功率 在采用移相控制时，由变流器输出电压和负载电流产生。 ? 畸变无功功率 由网侧非正弦电流产生。变流器的网侧电流中含有基波（50Hz）分量和谐波（频率为基波频率的整数倍）分量。 1.2 容性无功 输出容性无功的设备可以对需要感性无功的设备进行补偿，主要有： ? 并联电容器 ? 电缆 ? 过激磁的同步电机 ? 空载运行的高压输电线 因为容性无功也会增加输电系统的负荷并产生损耗，所以对感性负载采取就近补偿效果最好。在理想补偿情况下，QL- QC=0，电网只输送有功功率，使其输电能力得到提高，见图1。 为了保证电网的输电经济性，我国《全国供用电准则》规定了各级各类电力用户应达到的功率因数值，有关部门制定了功率因数的奖惩细则，见表1。 功率因数的计算： 功率因数为有功功率和视在功率的比值：cos? =P/S 也可以按电度计算功率因数： 式中：EB——无功电度 EW——有功电度 感性无功功率为： 如果选择电容器功率Qc=QL，则功率因数为1。实际工程中应根据负荷情况和当地供电部门的要求，确定补偿后应达到的功率因数值，然后计算电容器安装容量： Qc=P(tan?1–tan?2) 因为同步电机的使用场合有限，提高功率因数通常采用并联电容器方式。 图1 在有功功率为常数时，视在功率S和损耗功率Pv与功率因数的关系，参考值1对应cos?=1，p.u=单位值。 表1功率因数奖罚表 表1-1 按功率因数减免电费表 月平均功 率 因 数 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.0 全部电费的减少(℅) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.2 2.5 2.7 3.0 表1-2 按功率因数增收电费表 平均功率因数 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 增收 （℅） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 平均功率因数 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60 增收 （℅） 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 备注 自0.59以下，每降低0.01，增收全部电费2℅ 2. 无功功率的效应 各种负载均会使输电系统产生损耗，并导致电压矢量在长线和纵向方向降落，其中长线压降最有意义，它由阻性分量和感性分量组成。 长线电压降?u按下式计算： 式中： S ——负载视在功率 ? ——电流电压相位角（正：感性负载 负：容性负载） R ——电网电阻 X ——电网电抗 ——负载与电网连接处的短路功率 在电力系统中，R/X的比值通常较小（约为1：10），所以在进行估算时可以忽略电阻分量，则上式变为： S?sin?对应于负载的无功需量QL。可见电压降主要由负载吸收的无功功率引起，即： 为了减少设备感性无功功率引起的电压降及损耗，必须通过容性无功功率进行补偿。 如果将负载的自然功率因数cos?1提高到cos?2，需要补偿电容功率为： 当被补偿的负载停止运行，而电容器继续接于电网时，则会出现过补偿，相移系数将变为负，极限情况下?=90?，此时由于过补偿引起的电压升高为： 当变压器的副边接有电容器时，如果忽略电阻分量，电压升高按下式计算： 式中： uk ——变压器短路电压（%） QC1 ——变压器的容性负载 SN——变压器额定容量 +?u ——变压器副边电压升高（%）。 一般来讲，电容器引起的电压升高不会达到很严重的程度（见图2）。 图2 接有感性和容性负荷的电网等效图 3 电网中不含谐波情况下的无功补偿 3.1单机补偿 单机补偿主要用于长时间运行的大功率负载，补偿电容器直接和负载并联，