无功功率补偿基础知识ppt课件

动态无功功率补偿基础知识动态无功功率补偿基础知识杨国权杨国权2003.08.05动态无功功率补偿基础知识1什么叫无功？电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功，无功功率占有的电网容量叫无功，无功功率 表达式如下：表达式如下：式中无功量式中无功量 的单位为的单位为Var（乏），线电压的单（乏），线电压的单位为位为V（伏），视在电流（伏），视在电流I单位为单位为A（安）。（安）。什么叫无功？电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中2无功及分类 1 1、感性无功：感性无功：电流矢量滞后电压矢量电流矢量滞后电压矢量9090度，度，如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等；如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等；2 2、容性无功：容性无功：电流矢量超前电压矢量电流矢量超前电压矢量9090度，度，如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设备等；备等；3 3、基波无功：基波无功：与电源频率相等的无功；与电源频率相等的无功；4 4、谐波无功：谐波无功：与电源频率不相等的无功与电源频率不相等的无功。无功及分类1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度，3什么是无功补偿？什么是无功补偿？无功补偿：无功补偿：指根据电网中的无功类型，人为地补偿容指根据电网中的无功类型，人为地补偿容性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。无功功率有那些危害：无功功率有那些危害：无功功率不做功，但占用电网容量和导线截无功功率不做功，但占用电网容量和导线截面积，造成线路压降增大，使供配面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载，电设备过载，谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡颠覆颠覆。什么是无功补偿？无功补偿：4什么是动态无功补偿？什么是动态无功补偿？动态无功补偿动态无功补偿动态无功补偿动态无功补偿根据电网中动态变化的无功量实时快速地根据电网中动态变化的无功量实时快速地进行补偿进行补偿。为什么要进行无功功率补偿为什么要进行无功功率补偿为什么要进行无功功率补偿为什么要进行无功功率补偿 是为了减小供配电线路中往复交换的无是为了减小供配电线路中往复交换的无功功率，提高供配电线路的利用率。功功率，提高供配电线路的利用率。什么是动态无功补偿？动态无功补偿5进行就地动补的意义是什么？进行就地动补的意义是什么？就地动补的意义就地动补的意义是能将用电设备至发电厂全程供配电设备、是能将用电设备至发电厂全程供配电设备、线路、都得到补偿，降损节能效果显著，特别是线路、都得到补偿，降损节能效果显著，特别是低压线路及变压器的损耗大幅度降低，企业和用低压线路及变压器的损耗大幅度降低，企业和用户直接受益。户直接受益。进行就地动补的意义是什么？就地动补的意义6就地动补的有功节能是什么？就地动补的有功节能是什么？就地动补的有功节能就地动补的有功节能是减小供配电设备线路损耗，变压器损是减小供配电设备线路损耗，变压器损耗等一切无功电流引起的发热功率。这部分损耗等一切无功电流引起的发热功率。这部分损耗功率耗功率P Ps s可由下式表达：可由下式表达：P Ps s=i=i2 2r r 式中式中i i为视在电流，为视在电流，r r为供配电设备线路电阻和。为供配电设备线路电阻和。就地动补的有功节能是什么？就地动补的有功节能7使用就地动补后线路损耗的节能比使用就地动补后线路损耗的节能比补偿后视在电流的平方与补偿前视在电流的补偿后视在电流的平方与补偿前视在电流的平方之比。平方之比。即：即：I I2 22 2r r：I I1 12 2r r 式中式中 I I1 1 为补偿前视在电流，为补偿前视在电流，I I2 2 为补偿后视为补偿后视 在电流，在电流，r r为供配电设备线路电阻之和。为供配电设备线路电阻之和。使用就地动补后线路损耗的节能比补偿后视在电流的平方与补偿前8动补与静补的主要区别及优点动补与静补的主要区别及优点静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，静补投切速度慢，不适合负载变化频繁的场合，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，容易产生欠补或者过补偿，造成电网电压波动，损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪损坏用电设备；并且有触点投切设备寿命短，噪声大，维护量大，影响电容器使用寿命。声大，维护量大，影响电容器使用寿命。动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有动补可对任何负载情况进行实时快速补偿，并有稳定电网电压功能，提高电网质量，无触点零电稳定电网电压功能，提高电网质量，无触点零电流投切技术增加了电容器使用寿命，同时具备治流投切技术增加了电容器使用寿命，同时具备治理谐波的功能。理谐波的功能。动补与静补的主要区别及优点静补投切速度慢，不适合负载变化频繁9什么是谐波？什么是谐波？谐波谐波 指电网中非基波（指电网中非基波（50Hz50Hz中国）的其他频率的中国）的其他频率的电流或电压，如高此谐波，谐波亦属于无功类别。电流或电压，如高此谐波，谐波亦属于无功类别。谐波的危害谐波的危害 谐波是供配电系统中的公害，可造成供配电谐波是供配电系统中的公害，可造成供配电线路，用电设备发热，产生趋肤效应，使电气设线路，用电设备发热，产生趋肤效应，使电气设备、电动机产生机械振荡。干扰无线电设备不能备、电动机产生机械振荡。干扰无线电设备不能正常运行。电网中谐波量过大，可引起电网振荡，正常运行。电网中谐波量过大，可引起电网振荡，造成电网颠覆的严重事故。造成电网颠覆的严重事故。什么是谐波？谐波10高次谐波高次谐波三相六脉波整流电路有哪些高次谐波三相六脉波整流电路有哪些高次谐波 三相整流设备含有三相整流设备含有5 5、7 7、1111、1313等次（等次（6n16n1）的高次谐波，含量为基波的的高次谐波，含量为基波的1/51/5，1/71/7，1/111/11，1/131/1/131/（6n6n1 1）高次谐波含量为：高次谐波含量为：即即高次谐波三相六脉波整流电路有哪些高次谐波11高次谐波高次谐波六相十二脉波整流电路有哪些高次谐波六相十二脉波整流电路有哪些高次谐波六相十二脉波整流电路含有：六相十二脉波整流电路含有：1111、1313、2323、2525（12n112n1）次高次谐波，）次高次谐波，高次谐波电流含量是：高次谐波电流含量是：即即高次谐波12TP-TFC系列动补的主要特点 用于低压电网，靠近负载，采用用于低压电网，靠近负载，采用TFCTFC（晶闸管开关滤波（晶闸管开关滤波器）动态无功功率补偿技术，晶闸管以器）动态无功功率补偿技术，晶闸管以10ms10ms速度直接速度直接将滤波器投入电网，实现了低成本、高效益。将滤波器投入电网，实现了低成本、高效益。采用计算机数字化控制技术，对三相对称或非对称供采用计算机数字化控制技术，对三相对称或非对称供配电线路中的无功功率进行实时、动态跟踪补偿，使配电线路中的无功功率进行实时、动态跟踪补偿，使功率因数始终保持在功率因数始终保持在0.900.90以上。在电网电压高低不同以上。在电网电压高低不同时采用不同的补偿算法以确保不发生欠补偿和过补偿。时采用不同的补偿算法以确保不发生欠补偿和过补偿。过补偿会引起电网电压升高。过补偿会引起电网电压升高。TP-TFC系列动补的主要特点用于低压电网，靠近负载，采用13TFC系列动补的主要特点 本技术可以抵销三相非对称负载引起的零序电流和负本技术可以抵销三相非对称负载引起的零序电流和负序电流，补偿后，三相非对称负载和本装置对电网等序电流，补偿后，三相非对称负载和本装置对电网等效于三相对称负载。效于三相对称负载。本装置的微机故障自诊断系统可以对多种故障进行处本装置的微机故障自诊断系统可以对多种故障进行处理，如过电流、过电压、电源缺相和相序错等，容错理，如过电流、过电压、电源缺相和相序错等，容错运行技术的应用，提高了补偿装置在无人值运行技术的应用，提高了补偿装置在无人值守下的运守下的运行可靠性。行可靠性。TFC系列动补的主要特点本技术可以抵销三相非对称负载引起的14TFC系列动补的主要特点本装置的投切时间为本装置的投切时间为10ms10ms，系统动态响应，系统动态响应30ms30ms。滤波器投入电网和退出电网均在电流过零点，入滤波器投入电网和退出电网均在电流过零点，入网电流为正弦，确保二进制编码码投切方式对电网电流为正弦，确保二进制编码码投切方式对电网不产生冲击电流，保证晶闸管安全工作，延长网不产生冲击电流，保证晶闸管安全工作，延长补偿电容器运行寿命。补偿电容器运行寿命。TFC系列动补的主要特点本装置的投切时间为10ms，系统动态15 TFC TFC系列动补治理谐波的指标系列动补治理谐波的指标治理五次谐波量治理五次谐波量50%50%以上；以上；非标准设计，可以对各次谐波进行治理，达非标准设计，可以对各次谐波进行治理，达到国家标准。到国家标准。适用场合适用场合适用于如：冶金、化工、船舶，造纸等工矿企业，适用于如：冶金、化工、船舶，造纸等工矿企业，及居民生活小区，商业区域。及居民生活小区，商业区域。TFC系列动补治理谐波的指标治理五次谐波量50%以上；16TFCTFC系列动补补偿量计算公式系列动补补偿量计算公式 补偿前和补偿后负载容量不变的情况下：变压器补偿前和补偿后负载容量不变的情况下：变压器容量为容量为S S，补偿前功率因数为，补偿前功率因数为 ，补偿后功率，补偿后功率因数要求提高到因数要求提高到 ，那么补偿容量为那么补偿容量为补偿前和补偿后满负载容量的情况下：变压器容补偿前和补偿后满负载容量的情况下：变压器容量为量为S S，补偿前功率因数为，补偿前功率因数为 ，补偿后功率因数要求提高到补偿后功率因数要求提高到 那么补偿容量为那么补偿容量为TFC系列动补补偿量计算公式补偿前和补偿后负载容量不变的17计算方法计算方法无功无功功率的计算方法功率的计算方法 式中式中 为视在功率，为视在功率，为功率因数角。为功率因数角。线路损耗的计算公式线路损耗的计算公式 P PS S=I=I2 2 r r 式中式中I I为视在电流为视在电流 r r为供配电设备线路内阻和。为供配电设备线路内阻和。变压器的损耗的计算公式变压器的损耗的计算公式 P PB B=r=rB BI I2 2 式中式中I I为视在电流，为视在电流，r rB B 为变压器内阻。为变压器内阻。计算方法无功功率的计算方法18计算方法计算方法谐振频率的计算公式谐振频率的计算公式变压器阻抗的计算公式变压器阻抗的计算公式 式中式中n n为谐波次数，为谐波次数，为电网角频率，为电网角频率，L LB B为变压为变压器漏感，器漏感，U U2 2为变压器二次线电为变压器二次线电 压，压，U UK K为变压器阻为变压器阻抗压降比，抗压降比，S S为变压器容量。为变压器容量。滤波器阻抗的计算公式滤波器阻抗的计算公式式中式中n n为谐波次数，为谐波次数，为感性无功于容性无功容量为感性无功于容性无功容量之比，之比，为电网角频率。为电网角频率。计算方法谐振频率的计算公式19计算补偿电容的容量计算补偿电容的容量n如何计算安装如何计算安装TP-TFCTP-TFC动补装置后的增容容量？动补装置后的增容容量？n如何计算安装如何计算安装TP-TFCTP-TFC动补装置后的节电量？动补装置后的节电量？计算补偿电容的容量20示例示例例如：某配电的一台例如：某配电的一台1000KVA/400V1000KVA/400V的变压器，当的变压器，当前变压器满负荷运行时的功率因数前变压器满负荷运行时的功率因数 cos =0.75 cos =0.75，现在需要安装现在需要安装TP-TFCTP-TFC动补装置，要求将功率因数动补装置，要求将功率因数提高到提高到0.950.95，那么补偿装置的容量值多大？在负，那么补偿装置的容量值多大？在负荷不变的前提下安装荷不变的前提下安装TP-TFCTP-TFC，动补装置后的增容，动补装置后的增容量为多少？若电网传输及负载压降按量为多少？若电网传输及负载压降按5%5%计算，其计算，其每小时的节电量为多少？每小时的节电量为多少？示例例如：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当21解答解答补偿装置容量补偿装置容量=安装安装TP-TFCTP-TFC动补装置前的视在电流动补装置前的视在电流=安装安装TP-TFCTP-TFC动补装置前的有功电流动补装置前的有功电流=安装安装TP-TFCTP-TFC动补装置后视在电流降低动补装置后视在电流降低=安装安装TP-TFCTP-TFC动补装置后的增容量动补装置后的增容量=增容比增容比=每小时的节电量每小时的节电量 (度度)解答补偿装置容量=22动态无功功率补偿装置的功能动态无功功率补偿装置的功能 *补偿补偿 负载产生的基波无功功率负载产生的基波无功功率 *抑制和滤除负载产生的谐波无功功率抑制和滤除负载产生的谐波无功功率 *稳定电源电压稳定电源电压 *解决三相不平衡负载的平衡化问题解决三相不平衡负载的平衡化问题动态无功功率补偿装置的功能23抵消负载产生的基波无功功率抵消负载产生的基波无功功率感应异步交流电动机的功率因数：cos=0.90.6在中、轻载运行时，cos=0.80.4在起、制动过程中cos=0.40.2例如：北京造纸厂打浆机的电动机功率为180KW，软起动时，电动机的电流达到1500A，而采用动态无功功率补偿装置后，电动机的起动电流为400A，并且网压跌落由 U=60V下降为 U=3V首钢二炼钢300吨吊车供电系统，交流电动机采用转子调压调速，负载为冲击性，补偿前网压跌落50-70V，交流机转矩受到影响，动补装置投入后系统压降4-5V抵消负载产生的基波无功功率感应异步交流电24抵消负载产生的基波无功功率抵消负载产生的基波无功功率变流装置（SCR）的功率因数：cos cos 为整流角当max=300时，功率因数：cos cos=0.866 Q=50%S当 =600时，功率因数：cos cos=0.5 Q=87%S当起动或低速咬钢时，800，功率因数:cos cos=0.17；Q=98%S例如：在轧钢车间使用变流装置，采用动态无功功率补偿装置（2.4MVAR）后，在整个轧钢过程中，功率因数始终保持在0.95以上。抵消负载产生的基波无功功率变流装置（25抵消负载产生的谐波无功功率-谐波无功功率主要由非线性负载产生谐波无功功率主要由非线性负载产生n变流装置（变流装置（SCR）产生谐波无功，理论证明：三相全控桥整流逆）产生谐波无功，理论证明：三相全控桥整流逆变装置，六只晶闸管对称触发时产生变装置，六只晶闸管对称触发时产生6N1次谐波，幅值为次谐波，幅值为n十二相变流装置产生十二相变流装置产生12N11次谐波，幅值为次谐波，幅值为变流器采用多重化技变流器采用多重化技术。变流器是电力系统的主要谐波源。采用多重化、多电平控制术。变流器是电力系统的主要谐波源。采用多重化、多电平控制是减小变流器谐波的有效方法。众所周知，对三相桥式整流电路是减小变流器谐波的有效方法。众所周知，对三相桥式整流电路理论上所产生的特征谐波次数为理论上所产生的特征谐波次数为N=6K1N=6K1，K=1K=1、2 2、3 3、。存。存在在5 5、7 7、1111、1313次谐波，若采用次谐波，若采用1212相、相、2424相、相、3636相等多相整相等多相整流的多重化结构。将整流变压器二次侧绕阻构成星、角接线，使流的多重化结构。将整流变压器二次侧绕阻构成星、角接线，使相位差相位差3030、1515，可使高次谐波含量大大减小。，可使高次谐波含量大大减小。n抵消负载产生的谐波无功功率抵消负载产生的谐波无功功率其谐波次数其谐波次数N=PK1N=PK1，P P为整为整流流相数，K=1、2、3、。抵消负载产生的谐波无功功率-谐波无功功率主要由非线性负载产26各类多相整流器产生的谐波次数n由由右右表表可可见见，增增加加变变流流器器的的相相数数可可有有效效地地消消除除低低次次谐谐波波，整整流流相相数数越越多多，所所产产生生的的谐谐波波分分量量越越少少。目目前前在在轧轧钢钢机机和和电电冶冶金金、电电解解整整流流电电源源工工程程中中多多数数采采用用1212相相、2424相相整整流流技技术术，对对特特大大容容量量的的也也采采用用3636相相、4848相整流。相整流。n交流电弧炉非对称产生偶交流电弧炉非对称产生偶次谐波。次谐波。整流相数注入电网的谐波次数65、7、11、13、17、19、23、251211、13、23、25、352423、253635、37各类多相整流器产生的谐波次数整流相数注入电网的谐波次数6527解决三相不平衡负载的平衡化问题 根据不平衡三相负载理论：三相负载电流由三相平衡的正序电流和三相不平衡的负序电流及零序电流组成。（无零线的系统无零序电流）n 如果系统无零序电流，通常将解决三相不平衡负载的平衡化问题归结为消除三相不平衡负载的负序电流。n 理论证明：三相负载电流Ia、Ib、Ic中如果没有无功电流，并且零序电流为零，负序电流必然为零，即三相电流对称。那么三相不平衡负载的平衡化问题就转为各相无功电流的补偿问题。解决三相不平衡负载的平衡化问题根据不平衡三相负载理论：三28解决三相不平衡负载的平衡化问题n 无功功率补偿装置具由从变压器输出由功电流小的相抽取一定的由功电流，送到有功电流大的 相上去的作用，使变压器输出个各相对负载只输送有功n电流，其幅值为原负载总有功电流的三分之一。n 例如；玻璃行业、晶体制造、三相供电单相使用等都是三相不平衡负载，都n可以选取无功功率补偿装置解决平衡化问题。（举例，成都二零八厂负载严重非对称）解决三相不平衡负载的平衡化问题无功功率补偿装置具由从变压29动态无功功率补偿的意义动态无功功率补偿的意义 n降低供配电系统的损耗n提高供配电系统的利用率（增容）n稳定供配电系统的网压n动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用动态无功功率补偿的意义降低供配电系统的损耗30降低供配电系统的损耗供配电系统的损耗于供配电系统通过的总电流的平方成正比，系统总电流下降到0.707，损耗将下降50%。例如：一台315KVA的供电变压器，高峰负荷时，电流达到额定值，功率因数cos1=0.7，如果通过无功功率补偿将功率因数提高到cos2=0.93问：A、改善功率因数以后，电能损耗下降的百分数为多少？B、挖掘除变压器容量潜力S 为多少？C、变压器及 线路每年减少损失为多少？解：A 将功率因数cos1提高到cos2，那么最大电流将由 I1下降到I2，因为负荷有功功率不变；降低供配电系统的损耗31降低供配电系统的损耗 损耗于电流平方成正比，故其下降值为：即I2=I1 降低供配电系统的损耗32降低供配电系统的损耗 B 因为负荷有功功率不变 S1 cos1=S2cos2即S2=S1 S=S1-S2=315=78（KVA）n C 变压器额定输出时，自身损耗在3%5%左右，那么变压器每年减少损耗为；365243154%43.35%=47848（KW.h）n 根据华北电管局统计资料，线损耗一般为5%，那么线路每年减少损耗为：365243150.75%43.35%=41867（KW.h）n 注：动态无功功率补偿装置的有功节能只是降低了补偿点至发电机之间的供配电的损耗。所以高压网侧的无功补偿不能减少低压阀侧的损耗，亦不能使低压供电变压器的利用率提高，根据最佳补偿理论，就地动态无功功率补偿节能效果最为显著。降低供配电系统的损耗33提高供配电系统的利用率（增容）n由于供配电系统中无功功率的存在，使得功配电系统利用率下降至cos，当功配电系统功率因数从cos1提高到cos2时，n供配电系统的增容率=n例1：某亦供电系统通过无功功率补偿将功率因数由cos1=0.7提高到cos2=0.95；n那么增容率=35.7%n例2：某一独立的供配电变流系统动态功率因数最低为cos1=0.2，通过动态无功功率补偿将功率因数提高到cos2=0.9n 那么动态增容率=350%n 由此可见动态无功功率补偿的效果非常显著。提高供配电系统的利用率（增容）由于供配电系统中无功功率的34稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压 供配电系统的电压下降是由于系统内阻抗上的压降造成的。供配电系统内阻抗一般可以认为是变压器漏抗和系统阻抗组成，变压器漏抗一般大于系统阻抗，低压远距离供配电系统反之。n =+其中 -系统开路电压 -系统运行电压 -系统电压降 -系统视在电流稳定供配电系统的网压供配电系统的电压下降是由于系统内阻35稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压n分析1：负载为纯阻抗时,变压器最大输出电压：U=其中：当变压器输出为额定电流时，UK=结论：负载为纯阻性时，变压器输出电网U比变压器开路电压E由所降落，但是很小。n分析2：负载为纯感性时，n变压器最大输出网压：U=E-Un结论：负载为纯感性时，变压器输出电压U比变压器开路 电压E有所降落，最大 电压降落U=稳定供配电系统的网压分析1：负载为纯阻抗时,变压器最大输出电36稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压分析3：负载为纯容性时，变压器最大输出网压：U=E+U结论：负载为纯感性时，变压器输出电压U比变压器开路 电压E有所升高，最大电压升高U=稳定供配电系统的网压分析3：负载为纯容性时，变压器最大输出网37稳定供配电系统的网压稳定供配电系统的网压n稳定网压的方法：n提高功率因数，减少视在电流。n改变U的方向使系统呈容性。n 综上所述，动态无功功率补偿可以通过对功率因数的调整实现对供配电系统网压幅值的控制，例如电弧的动态无功功率的补偿稳定供配电系统的网压稳定网压的方法：38动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用n 工业电网向非线性负载供电，不仅可以产生基波无功电流，还产生与电网频率的整倍数的谐波无功电流。谐波电流的危害有以下几个方面：n 谐波电流在变压器磁路中产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的功率。n 谐波电流趋肤效应是导线等效截面变小，增加线路损耗。n 谐波电流使供电电压产生畸形，影响电网上其他各种电器设备的正常工作，导致自动装置的误动作，仪表计量不准确。n 谐波电流对临近通讯系统产生干扰。n 谐波电流通过一般补偿电容器产生谐波放大，造成点容器使用寿命缩短，甚至损坏。n 谐波电流会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，造成严重事故。动态无功功率补偿可以降低谐波电流对供电系统的破坏作用39 谐谐波波的的危危害害n谐波对电力网的污染日益严重，其产生的主要危害有：大大增加了电力网中发生谐振的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率。使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。变压器降容三相六脉波 40%谐波的危害谐波对电力网的污染日益严重，40 谐谐波波的的危危害害六相十二脉波：24%使继电保护、自动装置、计算机系统，以设备运转不正常或者不能正常运动或操作。使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量。干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。谐波的危害六相十二脉波：24%41电容直接补偿引起的谐波放大现象n随着电力电子技术的飞跃发展，我国的工矿企业中大量的使用以晶闸管为主要开关器件的整流及变频设备，这些设备都是产生大量谐波的发源地。我们在许多工矿企业中，经常遇到这样的情况，无功功率补偿装置（电容器直接补偿）投入后，供电设备中的电器件（包括变压器、电抗器、电容器、自动开关、接触器、继电器）经常损坏，这就是谐波电流被电容器直接补偿引起的谐波放大后而造成的。电容直接补偿引起的谐波放大现象随着电力电子技术的飞跃发展，我42电容直接补偿引起的谐波放大现象n当 或 时，均称为n谐波电流大。其中：n次谐波源电流n次谐波流入变压器的电流n次谐波流入补偿电容器的电流电容直接补偿引起的谐波放大现象43电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?n当负载中存在n次谐波电流In时，补偿电容器所在电网上级变压器流入谐波电流Ibn，补偿电容器所流入谐波电流Icn，下面使它们的表达式：Ibn=（1）Icn=（2）其中 n谐波次数 UK上级变压器短路电压比 C静补电容器电流与上级变压器额定电流比电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?当负载中存在44电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?n公式（1）和（2）表明当Ibn和Icn大于负载产生的谐波电流In时，所造成的谐波放大现象是由于分母的绝对值小于1导致的。n 当公式（1）和（2）的分母等于0时，对应电容器和变压器漏抗并联谐振，即：n C=（3）n 这时谐波放大倍数相当大（理论上无穷大），实际上变压器和电容器流入的谐波电流时负载谐波电流的10100倍，甚至引起电网谐振颠覆。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?公式（1）和45电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?n例如对5次谐波，当UK%=0.06,C=67%时，即产生5次并联谐振。再例如对7次谐波，当UK%=0.06,C=34%时，即产生7次并联谐振。n谐波放大时，大量的谐波电流在电网与补偿电容之间往复交换，使包括变压器放大是动态无功功率补偿设计中要考虑的首要问题。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?例如对5次谐46电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?n电网谐波与并联电容器的运行有较大的关系，因为电容器可能使电网中的谐波电流放大，有时甚至在电网中产生谐振，使电器设备受到严重损坏，破坏电网的正常运行。在供电系统中作为无功补偿用的并联电容器，对于某次谐波若与呈感性的系统电抗发生并联谐振，则可能出现过电压而造成危害。过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、熔丝群爆甚至烧损。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?电网谐波与并47电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?n电压波形发生畸变，就意味着它的波形变成非正弦波，由于这种非正弦波是周期性的，所以可用数学分析方法的傅立叶级数表达式将它分解为基波和各种倍数频率的高次谐波通常对配电网来说，对谐波进行抑制是很必要的，实际中应用的方法主要有两种：n使用串联电抗的无功补偿电容组。相当于再电容旁边串联一个电抗，从而消除由于电路成容性而带来的谐波振荡。电容直接补偿引起的谐波放大现象时如何产生的呢?电压波形发生48谐波治理使用设计的电力有源滤波器，滤除高次谐波。n使用串联电抗的无功补偿电容组来滤除谐波n串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其参数应根据实际存在谐波进行选择。并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，就可消除谐波放大。为此，串联电抗器的电抗值应满足，即。n目前，国内并联电容器配置的电抗器的电抗率主要有以下4种类型：小于0.5%、4.5%、6%和12%。配置小于0.5%电抗率的电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌流；当采用基波感抗为容抗的4.5%或6%的串联电抗器时，可抑制5次以上的谐波电流；当采用基波感抗为容抗的12%的串联电抗器时，可抑制 3次以上的谐波电流。配电网一般考虑3、5次谐波，因此配电网大多采用串联46电抗器的电容器组。谐波治理使用设计的电力有源滤波器，滤除高次谐波。49L-C滤波器补偿，使滤波器对谐波呈感性n综上所述，作为谐波源负载的补偿装置对谐波呈容性时必然引起谐波放大，必须用。这是我公司生产TP-TFC系列动态无功功率补偿装置与市场上其他补偿装置的根本区别。nL-C滤波器的谐振频率为 ，当电网频率时，滤波器呈容性，用于补偿负载感性无功功率。对频率为的谐波有以下两种情况：n当ffn时，滤波器呈感性，概率波器对频率为f的谐波器滤波作用。滤波效果取决于f和fn的接近程度，如果f=fn滤波器呈很小的阻抗，几乎所有的谐波量都被滤波器吸收，而不流入电网。L-C滤波器补偿，使滤波器对谐波呈感性综上所述，作为谐波源负50滤波器的设计思想滤波器的设计思想 选择滤波谐振频率fn，fn接近要滤除的谐波频率，虽然滤波效果好，但是由于谐波大量进入补偿装置，将大大提高补偿装置的成本。选择谐振频率fn一般要根据用户对谐波滤出的要求，解决好滤除滤与成本的矛盾。n当谐振频率fn确定出来后，根据公式 ，即L和C的乘积一定。大量的设计选用C大L小的原则其好处是电容器较电感器价格便宜，同时，提供较大的基波容性无功功率。但是，在一些基波无功功率很小，谐波较大的场合，就需要C小L大的，这样当滤波器投入后，在滤除谐波的同时不会出现基波无功功率过补的现象。滤波器的设计思想选择滤波谐振频率fn，fn接近要滤除的谐波51工业生产中集中典型的非线性负载的工业生产中集中典型的非线性负载的谐波抑制方案谐波抑制方案 n可控硅整流器带感性负载n二极管整流器带容性负载n交流电弧炉负载工业生产中集中典型的非线性负载的谐波抑制方案可控硅整流器带52可控硅整流器带感性负载n例如：直流调速系统；交-交变频调速系统；直流电弧炉等。其特点是5次谐波量的20%；7次谐波量约占14%；11次谐波量约占9%；13次谐波量约占8%。对谐波滤除率要求不严格的场合可选用我公司生产的标准无功功率补偿装置。标准无功功率补偿装置内部由若干路按8421比例配置的谐波滤波器，每路滤波对5次及5次以上谐波均呈感性，因而不会产生谐波放大现象。对谐波的电抗值随投入的基波无功量的增大而减小，使滤波效果变好。换句话说，单位电容器流入的谐波量大量基本一定，投入的电容器越多，滤波的效果越好。这种标准无功功率补偿装置可以不用事先测量负载谐波电流实际值。对谐波滤除率按国标要求的场合，就要设计对谐波接近谐振的各次滤波器。这种滤波器投入电网可以吸收负载95%以上的谐波电流。因此必须根据用户提供的最大可能的谐波电流值选择电容器及电抗器的电压及电流参数，所以属于非标准设计 可控硅整流器带感性负载例如：直流调速系统；交-交变频调速系统53二极管整流器带容性负载典型的是电压变频器。其特点是，只包括5次及5次以上的谐波。并且随进线电抗大小不同，各次谐波比重也不同，各次谐波比重也不同，但是，高频谐波含量往往超过可控硅整流器带感性负载的情况。这类负载的另一个特点是功率因数在0.97以上，基本不需要补偿。当变压器所接触这类负载外还有较大的基波无功功率负载时，可以采用上述的补偿方案，在补偿基波无功功率的同时，绿除谐波电流。如果变压器只接这类负载，就要设计专用的滤波装置，它能吸收较大的谐波电流，而输出基波容性无功电流较小，不会出现过补偿现象。这种滤波器由于C小L大，因而成本较高。二极管整流器带容性负载典型的是电压变频器。其特点是，只包括554交流电弧炉负载n。其特点是2次、3次、4次、5次及6次谐波电流含量较大，为避免谐波放大，2次、3次、4次、5次、继6次谐波器几乎工作在谐波状态，并且要按客户提供的实际谐波情况设计个次谐波滤波器，属于非标准设计。交流电弧炉负载。其特点是2次、3次、4次、5次及6次谐波电流55动态无功功率补偿的基本原理动态无功功率补偿的基本原理 n系统中基波感性无功的去除n系统中谐波感性无功的去除n三相不平衡负载平衡化动态无功功率补偿的基本原理系统中基波感性无功的去除56系统中基波感性无功的去除 利用同等电压的感性电流与容性电流方向相反进行抵消。n如果实现全补偿，系统无功电流等于零。n即：n其中：Ic容性补偿电流 Iz负载电流 cos功率因数 系统中基波感性无功的去除利用同等电压的感性电流与容性电57工程方案两大类a.TFC方案，对感性负载系统配置可补偿电容器，使总电流中无功电流等于零。n通过调节补偿电容器,使补偿容性电 流为：b.TCR方案，对感性负载系统配置固定补偿电容器，使系统呈容性，再配置可调补偿电抗器，使总电流中无功电流等于零。n通过调节补偿电抗器，n使补偿容性电流为：工程方案两大类a.TFC方案，对感性负载系统配置可补偿电容器58系统中谐波感性无功的去除n 例如：5次谐波滤波器，LC谐振频率低于250Hz为236Hz,此时LC阻抗Z对250Hz呈微感性，而对50Hz呈容性，谐波滤波原理实际上变为分流原理，按照分流公式得知：当Z=Zb时谐波电流50%流入电网，n其余50%流入LC滤波器支路，当Z=25%Zb时，谐波电流20%流入电网。n 注意：流入电网的谐波电流与流入LC滤波器的谐波电流之和等于负载谐波电流，不产生谐波放大现象。n如果谐波滤波器的谐振点为270Hz,对5次谐波呈容性，那么将出现谐波放大现象。n 电网谐波电流等于负载谐波电流加上滤波器电流，所以工程上谐波滤波器的谐振点应设计在低于所要滤除的谐波频率。系统中谐波感性无功的去除例如：5次谐波滤波器，LC谐振频59三相不平衡负载平衡化n在无零序电流的情况下，可采用分相补偿计算法，使各相无功电流为零。使三相系统平衡化。n 其中：电流I、Ibq、Icq分别为电流Iab、Ibc、Ica中的无功电流；Zab、Zbc、Zca为无功元件。n 当电流I为正值时，Zab为容性元件；反之，Zab为感性元件。n当电流Ibc为正值时，Zbc为容性元件；反之，Zbc为感性元件。n当电流Ica为正值时，Zca为容性元件；反之，Zca为感性元件。n有零序电流时，可采用加装感性元器件的方法，进行平衡化。（根据实际情况，进行非标设计）三相不平衡负载平衡化在无零序电流的情况下，可采用分相补偿计60工程方案的比较 n静态无功功率补偿电容柜n高压侧RLC滤波器对基波呈容性过补，利用电抗器式高漏抗变压器晶闸管调节SVC+TCRn就地改变谐波治理补偿方式TFC工程方案的比较静态无功功率补偿电容柜61静态无功功率补偿电容柜n优点：造价低。n缺点：a.不适合合负载急剧变化的工况；b.对谐波电流产生放大作用，增加电网负担；c.电容器容易损坏。静态无功功率补偿电容柜优点：造价低。62高压侧RLC滤波器对基波呈容性过补，利用电抗器式高漏抗变压器晶闸管调节n优点：a.调节电感，电流变化平滑；b.RLC滤波器，滤波效果好；c.无功补偿调节速度快。n缺点：a.造价昂贵，不适合应用在低压系统；b.产生高次谐波，增加了谐波滤波器的负担；c.不能解决低压用户负载非对称问题；d.不能解决低压用户的增容问题，将损节能不明显；e.自身损耗大（），有功换无功得不偿失；f.系统谐波振荡问题（解决振荡是国际上的难题，目前只有增 加系统阻尼损耗；g.高压阀塔造成及维护困难。高压侧RLC滤波器对基波呈容性过补，利用电抗器式高漏抗变63TFC 智能型无功补偿及滤波装置n优点：a.快速投切技术，无电流冲击，并且达到TCR同等补偿速率；b.造价可与高压TCR竞争，低压操作安全，维护容易；c.装置不产生谐波，无射频干扰；d.可以有效减少供配电系统损耗；TFC智能型无功补偿及滤波装置优点：64TFC 智能型无功补偿及滤波装置 e.可以解决低压用户的增容问题；f.可以滤除低压用户谐波以上，净化电网 （每路电容器配置滤波器）；g.定点投切，不会产生振荡现象。n缺点：滤波效果依赖无功补偿量的大小，只有补偿基波无功时才可同时滤除谐波，（在使用变流装置的场合，只要有谐波无功，必然存在基波无功，二极管整流器作为非标设计）TFC智能型无功补偿及滤波装置e.可以解决低压用户的增65TFC 智能型无功补偿及滤波装置n原理说明nTFC系列动态无功补偿滤波成套装置，主要由监控终端、开关模块、电容器、电抗器、断路器、机柜等构成，控制器采用前馈式监测（三相平衡负荷，采集单相信号；三相不平衡负荷，采集三相信号），以负载的实时无功功率为投切物理量，应用瞬时无功控制理论及网压支持算法，在10ms内完成信号数据采集、计算、及控制输出；投切开关接到投切指令后，在小于10ms内完成零电流投入，投切无涌流，对电网无冲击，并且在主电路和开关中采取措施，对于主回路电容器有预充电的作用，避免了投切电容器的冲击，使运行更加稳定、安全、可靠。为保证实时跟踪投切，整个系统响应时间小于30ms，可满足快速变化负载的需要，实现快速补偿。TFC智能型无功补偿及滤波装置原理说明66TFC 智能型无功补偿及滤波装置nTFC系列动态无功补偿滤波成套装置，按功能可分为：标准标准调谐型、非标滤波型，调谐型、非标滤波型，n以下将分别简述其工作原理：以下将分别简述其工作原理：n标准调谐型：主要适用于含有少量谐波，负荷变化较快的系统中。一般情况下，在这种系统中，单纯投切电容器组的无功补偿装置是不能直接使用的TFC智能型无功补偿及滤波装置TFC系列动态无功补偿滤波成67无功功率补偿基础知识ppt课件68TFC 智能型无功补偿及滤波装置n危害有三：一、为并联电容器组对谐波的放大，电容器组与电网形成并联谐振使谐波电流放大，以致于电压及电流的畸变更为严重；二、为谐波对并联电容器的直接影响，谐波电流叠加在电容器的基波电容上，使电容器的电流有效值增大，温升增大，会降低电容器的使用寿命或使电容器损害；三、为难以跟踪快速变化的负载，容易引起过补和欠补，导致网压波动。针对于此，在谐波含量小于30%的系统中，无功补偿装置应该串接调谐电抗器，使此回路中的谐振频率调谐低于最低次谐波，使其在工频呈电容性，改善功率因数，在谐振频率时呈感性，防止谐振的发生，以防止谐波的放大，调谐型TFC动补标准装置能吸收5次谐波大于50%。TFC智能型无功补偿及滤波装置危害有三：69TFC 智能型无功补偿及滤波装置n非标滤波型：适用于含有较大量的谐波的系统中。TFC装置由电容器串联滤波电抗器组合而成，在工频呈电容性，改善功率因数，在所设计的谐振频率时形成串联谐振，使此L-C回路在此频率时形成非常低的阻抗，而能吸收大部分的谐波电流，从而改善系统中电压和电流的谐波畸变率。在实际工程中，用户的负载特性和容量不尽相同，我们会根据情况，设计不同用途（单调谐、双调谐、高通、组合等）、不同谐振频率（5次、7次、11次等）、不同容量的谐波滤波器，滤波型TFC一般需要非标准设计。TFC智能型无功补偿及滤波装置非标滤波型：适用于含有较大量70无功功率补偿基础知识ppt课件71依据以下标准依据以下标准nQ/HKC0363-1999 nGB/T14549-93 电能质量，公用电网谐波nGB12325-90 电能质量，供电电压允许偏差nGB12326-90 电能质量，电压允许波动和闪变nGB/T15576-1995 低压无功功率静态补偿装置总技术条件依据以下标准Q/HKC0363-199972依据以下标准依据以下标准nJB/DQ6141-86 低压无功功率补偿装置nGB3983.1-89 低电压并联电容器nJB7113-93 低压并联电容装置nDL/T597-1996低压无功补偿控制器定货技术条件nGB7251.1-1997 低压成套开关设备和控制设备 依据以下标准JB/DQ6141-86低压无功功73依据以下标准依据以下标准nGB4208-93 外壳防护等级（IP代码）nGB2681-81 电工成套装置中导线的颜色等nGB2682-81 电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色nGB3797-89 电控设备第二部分装有电子器件的电控设备nGB4720-84 电控设备 第一部分 低压电器电控设备nGB4205 控制电器设备的操作件标准运动方向依据以下标准GB4208-93外74依据以下标准依据以下标准nGB11463-89 电子测量仪器可靠性试验nGB12325-90 电能质量 供电电压允许偏差nGB4588.2 有金属化孔的单、双面控制板技术条件nGB 4942.2-85 低压电器外壳防护等级nGB12747-91 自愈式低压并联电容器nDL-535-93 电力负荷控制系统数据传输规约nJB/T9663-1999 低压无功功率自动补偿控制器 依据以下标准GB11463-89电子测75智能监控终端智能监控终端n设计为相对独立的控制与监测保护两个功能模块，将动态无功补偿滤波成套装置与配电自动化系统有机结合起来，实现瞬时投切控制，相关电能质量、配电参数的现场在线监控及远方遥测、遥信、遥控，同时具备过压、欠压、三相不平衡、温度等多种数字化保护功能。n智能瞬时投切控制-采用前馈式信号采集，以负载的实时无功功率为投切物理量，应用瞬时无功控制理论及网压支持算法，在10ms内完成信号数据采集、计算、及控制输出。智能监控终端设计为相对独立的控制与监测保护两个功能模块，将动76智能监控终端智能监控终端n在线电能质量监测-采用高速信号处理器DSP作为CPU，运算速度可达2000万/秒，采用16位AD，可实现高速同步采样，采集三相电压、电流信号，采样频率3.2KHZ，快速FFT（傅立叶变换）算法实现各项参数的精确检测计算；可存储记录整点数据、累计数据及各种事件，数据存储时间60天以上；配置多种通讯接口、多种通讯规约，通过遥测、遥信、遥控实现远方在线监测、浏览和设置。智能监控终端在线电能质量监测-采用高速信号处理器DSP作为77智能监控终端智能监控终端n充分的安全可靠设计充分的安全可靠设计n电压保护：用户可设定过、欠电压值，当系统过电压或过低时，电容器退出运行，断电自恢复功能，动作值可整定，电压动作回差10V。并可升级具有远传配电变压器过压、欠压、过载、缺相保护动作报警功能。n短路及过流保护：装置本身配置优质断路器和微型断路器实现短路保护，加强对电容器进行过流和短路保护。智能监控终端充分的安全可靠设计78智能监控终端智能监控终端n缺相保护：当系统电压缺相时，控制器发出信号，装置电容器退出工作，当投切电容缺相时，该组电容器退出工作。n断电保护：断电后所有统计数据保持时间不小于72小时，并有告警显示，送电后自动恢复工作。n严密的电磁兼容设计措施智能监控终端缺相保护：当系统电压缺相时，控制器发出信号，装置79智能监控终端智能监控终端n电子电路，硬件设计先进，选用工业级表面贴元件、结构紧凑可靠性高；n充分的电磁兼容防护措施，达到最高级别指标 静电：8000V 浪涌：2000V 瞬变脉冲群：4000V；n可适用于高谐波现场，抗干扰能力强。智能监控终端电子电路，硬件设计先进，选用工业级表面贴元件、结80智能监控终端智能监控终端装置特点：装置特点：na系统响应时间30msnb采用电流过零点晶闸管无触点投切专利技术（ZL 95 2 04838.8），确保投切时对电网及电容器不产生冲击，延长电容器使用寿命nc采用综合滤波技术增强了晶闸管的使用可靠性nd采用防爆，自愈，滤波型电容器ne采用铁心滤波电抗器不产生射频干扰智能监控终端装置特点：81