静止无功补偿技术

无功补Hale Waihona Puke Baidu的作用
1、可以提高功率因数
补偿前：
P PL Q QL
RL
jX L
U
P, Q
RS
jX S
E
S Q
PL , QL

P
补偿后：
P' PL P Q QL QC Q QC
'
RL
jX L
U P ' , Q ' RS
jX S
E
QC

PL , QL
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
杆上补偿（方式3）
位置：架空线路的杆塔上
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：补偿公用变压器的无功 1 、远离变电站、出现保护不易配置、控制成本高、维护 工作量大 特点 2、长期固定补偿、应变能力差，能满足基本负荷的补偿
缺点：占地面积大，产生较大的谐波

中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
风电场无功补偿装置
3、静止同步补偿器（STATCOM）
静止同步补偿器（STATCOM）又称静止无功发生器（SVG），1980年 日本三菱公司研制，此后，迅速发展。一般采用全控器件（GTO、IGBT 、IGCT）
4、全补偿 ☆三相同时补偿； ☆适用于三相较为对称的运行负荷；
5、相补偿 ☆分相单独补偿； ☆适用于三相不对称负荷；
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功补偿方式
变电站
6、随器补偿（1）
☆低压电容接在配电变压器二次侧；
☆补偿配电网空载无功； 7、随机补偿（2） ☆低压电容器与电动机并接； ☆补偿电动机的无功消耗； 8、跟踪补偿（3） ☆将低压电容器组补偿在0.4kV母线上；
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
电压质量的影响
电压偏差对不同性质负荷的影响 *阻性负荷
影响加热设备额定功率、光通亮、发光效率和 使用寿命
*感性负荷 影响到电感的励磁电流、输出功率、cosψ等
*容性负荷 *输出的Q,影响使用寿命，电压太高甚至爆炸
大用户
配电变 （1）
电动机
（2） （3）
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
配网无功补偿
*配电网无功补偿的主要方式 ☆变电站集中补偿； ☆低压集中补偿； ☆杆上集中补偿；
☆用户终端分散集中补偿；
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
Z S RS jX S
I
2
E U Z I U S
2 2 U G jU B P jQ I U (G jB) U U ( R jX ) P jQ RS P X S Q j X S P RS Q U S S U U U U R jU X
电流有效值
2I cos sin t 2I sin sin(t 2)
与电压相位相同 i p 瞬时有功电流分量 比电压滞后90°iq 瞬时无功电流分量
电路的有功功率：
1 T 1 T P uid t (ui p uiq )d t T 0 T 0 1 2 1 (UI cos UI cos cos 2t )d t 0 2 2
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
功率因数
功率因数、或力率:
cos P / S
反映设备合理使用状况； 作用 反映电能利用程度； 反映用电管理水平； 自然功率因数:用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数。 瞬时功率因数：某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。 分类 加权功率因数：在一定时间段内功率因数的平均值。
QC
S

S
'
Q
Q'
2
P'
2、改善电能质量
补偿前：
R P X SQ U S U
补偿后：
U RS P X S (Q QC ) U
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功补偿的作用
3、减小无功电流
补偿前：
RL
I p
1、电容器组
发电机出口安装电容器组，进行分级无功补偿，提高发电机出 口功率因数。
优点：控制简单、投资费用较小、维护方便
缺点：1、调节不平滑，呈阶梯性调节，在系统运行中无法实现最佳补偿状态 2、分级补偿，不可避免地出现过补偿和欠补偿 3、开关投切响应慢，不能进行无功负荷的快速跟踪 4、投切电容器时，电容器充放电过程频繁，缩短了使用寿命
率低；
适应情况：容量较大、负荷平稳且经常使用的用户设备
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
风电无功需求的特点
1、风电机组需要从电网吸收无功功率，建立磁场。
如：笼型风电机组，采用鼠笼式发电机
2、随着风机输出有功的变化，无功需求也在变化。
如：风的随机性、塔影效应、风剪切，湍流等

2
0
(UI sin sin 2t )d t
UI cos
电路的无功功率： Q UI sin
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功功率的基本概念
Q UI sin 电路的无功功率：
当电流的相位滞后电压时，Q为正，Q是消耗在感性负荷的无功功率； 当电流的相位超前电压时，Q为负，Q是消耗在容性负荷的无功功率；
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
低压集中补偿（方式2）
位置：配电变压器0.4kV侧
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
提高专业变压器用户的功率因数 实现无功就地平衡，对配网及配电变压器的降损起到一 作用 定作用 有助于保证该用户的电压水平 特点 随负荷波动投入相应数量的电容器； 以电压或功率因数投切，可能出现过补货欠补的现象 ；
jX L
I L
U
U
I 1
RS
jX S
E
I 1
I q
I I I 1 p q
补偿后：
I (I I ) I 2 p q C
RL
jX L
I L
U
I 2

RS
jX S
E
I p
U
I C
I 1
I 2 I C
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
用户终端分散补偿（方式4）
位置：用户端
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：有效降低电网损耗和保持电网的电压水平； 特点：按配电变压器低压侧最大无功需求确定安装容量， 但负荷的波动性造成电容器轻载闲置和设备利用
4、设备容量不能充分利用
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
电源电压升高的影响
*发生于电源端部，在400V及昼夜负荷变化大的线路 影响与危害：
1、电动机等电磁设备的绝缘老化
2、白炽灯等寿命缩短 3、家用电器温升增加
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
3、需要足够的无功支持，保证风电机组的低电压穿越能力
如：笼型风电机组，双馈风力发电机组
4、风电场与电网之间有功与无功的流动也会影响到出口电 压的大小。
PR QX U U0 U

中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
风电场无功补偿装置
E
U
RS P X S Q U U R U
Y1 G1 jB1
XS比RS大得多，电网电压的波动主
要由无功波动引起的 中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
电压的基本概念
电压质量与标准
电压质量：电能质量的主要指标之一 标准电压：绝对值和频率保持稳定的正弦波
经济功率因数：用户的节能效益和电能质量最佳，支付电费
最少的用电功率因数。
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功功率对电力系统的影响
1、设备及线路损耗增加
设线路总电流为I，线路电阻为R，则线路损耗为：
无功功 RP 2 RQ 2 S 2 P I R R 2 2 率引起 U U U 2、使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会 使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
变电站集中补偿（方式1）
位置：在变电站的10kV母线
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：改善输电网的功率因数，提高终端变电站的电压和补 偿主变压器的无功损耗 特点： 管理容易、维护方便； 对配网的降损不起作用；
中国电力科学研究院
静止无功补偿技术
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功功率的基本概念
*正弦电路中的有功功率和无功功率
设正弦电路的电压和电流为：
电流与电压 相位差
u t 2U sin t
电压有效值
i t 2I sin t 2I cos sin t 2I sin cos t
无功功率的物理意义：
无功功率代表负荷与电源之间能量来回交换的一种量度，是电路中储能元件 与电源间交换功率的最大值。无功功率表示有能量交换，但不消耗功率。
电路的视在功率：S UI 功率因数： P S cos P，Q，S满足如下关系：
S 2 P2 Q2
S

P
Q
中国电力科学研究院
I q
4、降低了因无功流动而引起的有功损耗
P I 2 R
I1 I 2

5、提高供/配电设备的供电能力
供电设备,S相同的情况下，功率因数↑，则P=S×cosφ↑
S
Q
P 中国电力科学研究院
P
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
无功补偿方式
1、零补偿 ☆容性电流=感性电流， 零补偿只可能暂时出现 2、欠补偿 ☆容性电流＜感性电流 3、过补偿 ☆容性电流＞感性电流，起到反作用
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
电源电压降低的影响
电源电压降低原因：无功电源不足或缺乏带负荷调压设备
的场合
☆影响和危害：
1、照明设备不能正常发光 2、运行的电动机容易损坏
V降低，造成启动困难，温升增高甚至烧毁
3、电网中电能损耗增加
P（或S）=const，V↓使I↑，网损↑
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
三相电压不平衡度的影响
三相电压不平衡度的表示方法：
用电压或电流负序分量与正序分量的方均根百分数
标准：
*电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2% *短时的不平衡度≤4%
* 对接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不 平衡允许值一般为1.3%
电压合格率= 实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间 对应的总运行统计时间 ×100%
电压标准
1、电压偏差=[（实测电压-额定电压）/额定电压]×100%
2、电压波动：某一段时限内电压急剧变化而偏离额定值的状况， 急剧变化是指每秒电压波动大于1%。
3、电压闪变：周期性的电压急剧变化引起电光源光通量的波动， 而造成人眼视觉不舒服的光闪变现象。
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
风电场无功补偿装置
2、静止无功补偿器（SVC）
20世纪70年代出现，由晶闸管开关快速控制的电容器和电抗器组 成的装置，是目前国内推广应用比较普及的动态无功补偿技术。
优点：快速、平滑调节无功功率，即可吸收无功又可输出无功