无功补偿课件

无功补偿技术新综述无功补偿技术新综述及补偿电容应用浅析及补偿电容应用浅析无功补偿无功补偿技术综述及电容补偿的简单探讨无功补偿概述无功补偿技术发展概况常见补偿技术之比较分析电容补偿概述浅析电容补偿装置使用中的注意事项无功补偿无功补偿原理 由于电容性电流IC在相位上超前电压 90，这样可以抵消一部分相位滞后电压90的感性电流IL，这不仅使线路上的总电流由减少到I，而且使功率因数提高,无功补偿的目的就是减小无功电流，提高功率因数。无功补偿无功补偿作用提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。稳定受电端机电网电压，提高供电质量。在长距离输电线重视和的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相地有功及无功负载。无功补偿无功补偿技术的发展历程无功补偿无功补偿技术的发展历程传统的补偿技术包括电容补偿和调节同步电机励磁技术两大类。优点是成本较底，运行维护工作较简单，技术难度不大；缺点是补偿精度差，响应速度较慢（电容补偿不能跟踪无功变化），控制谐波能力差，损耗及噪声大，自动化水平低。虽然有上述缺点，但由于传统补偿方式投资小，补偿效果明显，技术成熟，在许多对无功补偿要求不高的场合还在广泛应用。补偿无功功率的传统方法中，并联电容器补偿由于其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化。而同步调相机运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置所取代。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管控制的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。无功补偿SVC技术是为解决传统补偿方式在动态补偿方面的技术空白，满足现代化工业的动态无功补偿要求而诞生的。静止无功补偿装置（Static VAR Compensator，简称SVC）是一种利用电容器和各种类型电抗器进行无功补偿的可提供可变动的容性或感性无功功率的补偿器。SVC投入使用后，广泛应用于电力冶金化工铁路科研等部门，是目前电力系统动态无功补偿的主要技术力量。对于静止补偿装置的研究很多集中在对其应用于输电补偿的各种场合时的控制策略和方法的进一步讨论上，结合其他研究方向诸如检测方式、投切方式、原理算法和新型元器件的应用等，目的是尽可能大的发掘静止补偿装置的技术优势，提高其性能。本章重点介绍静止补偿的控制策略。无功补偿电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，使晶闸管控制的静止无功补偿装置的性能有了大幅度的提高。目前静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），自饱和电抗器型(SR型)和可控硅控制高阻抗变压器型(TCT型)等。随着现代电力电子技术和控制理论的发展，无功补偿技术也获得了很大的发展空间。电力电子技术在无功补偿方向上的应用弥补了采用电力电容、电感补偿的补偿装置的不足。利用先进的大功率半导体开关器件组成各种类型的开关电路，采用大规模集成电路芯片和微处理器组成控制系统，利用现代控制技术对开关器件进行适时的高频通、断控制，就可实现对电路的各类变换和控制功能。应用PWM技术的补偿装置、电力有源滤波器(Active Power Filter，APF)等装置在国内外已经得到应用。无功补偿灵活交流输电系统即FACTS(Flexible AC Transmission System)是20世纪80年代后期出现的新技术，近年来在世界上发展迅速。专家们预计，未来这项技术将在电力输送和分配方面将引起重大变革，对于充分利用现有电网资源和实现电能的高效利用，将会发挥重要作用。灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合，以实现对电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。FACTS就是泛指采用基于电力电子元件的控制器和其他静止控制器，以提高电网可控性和增强功率传输能力的交流输电系统。FACTS可以较大规模的控制潮流，提高输电线路输送容量，依靠限制短路和设备故障影响来防止线路串级跳闸并且可以阻尼电力系统振荡。无功补偿新型静止无功发生器(ASVG)、统一潮流控制器(UPFC)晶闸管控制串联补偿器(TCSC)、静止同步串联补偿器(SSSC)、晶闸管控制的移相变压器(TCPST)、相间功率控制器(IPC)等应用新技术装置或者已经在实际中取得了应用，或者也已经在理论研究上取得了重大的突破，相信不久后也会得到应用的。尽管灵活交流输电技术已在多个输电工程中得到应用，并证明了它在提高线路输送能力、阻尼系统振荡、快速调节系统无功、提高系统稳定等方面的优越性能，但其推广应用的进展步伐比预期的要慢。主要原因有：工程造价比常规的解决方案高，因此，只有在常规技术无法解决的情况下，用户才会求助于FACTS技术；FACTS技术还需要进一步完善。目前FACTS技术的应用还局限于个别工程，如果大规模应用FACTS装置，还要解决一些全局性的技术问题，例如：多个FACTS装置控制系统的协调配合问题；FACTS装置与已有的常规控制、继电保护的衔接问题；FACTS控制纳入现有的电网调度控制系统问题等等。也有专家认为，FACTS技术尚不能更快推广应用是因为电力部门对新技术持谨慎观望态度，只有相当成熟的技术才会大规模应用。随着电力电子器件的性能提高和造价降低，以电力电子器件为核心部件的FACTS装置的造价会降低，可能会在不远的将来比常规的输配电方案更具竞争力。无功补偿晶闸管控制电抗器（晶闸管控制电抗器（TCRTCR)TCR的单相基本结构就是两个反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，三相多采用三角形联结。这里需要说明的是，为了能承受实际线路上的高电压和大电流应该允许有若干个晶闸管串并联后组成一个等效的晶闸管作为高压交流开关使用。改变晶闸管的触发角，流经电抗器的电流波将发生变化，从而使TCR等效于一个连续可变的电感器。无功补偿TCR动态无功补偿器工作原理可解释为：根据调节控制单元的要求，改变晶闸管的相位控制角，从而改变TCR所吸收的容性无功。当角从/2变化到时，TCR吸收的容性无功功率值从最大变化到零，即向电网补偿的容性无功从零变到最大。角在/2之间变化时，TCR电流是动态可控的，向电网补的容性无功是无级可调的。无功补偿单独的TCR由于只能吸收感性无功功率，故常常与电容器并联使用。TCR与电容器并联后，使总的无功功率为TCR与并联电容器的无功功率相互抵消后的净无功功率。故可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功功率的范围内。另外所并联的电容器串联小的调谐电抗器还可以作为滤波器使用，以吸收TCR所产生的谐波电流。TCR型SVC具有反应时间快(1020ms)，无级补偿，运行可靠，能分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格较便宜等优点，实际应用最广，在控制电弧炉负荷产生的闪烁时，几乎都采用这种型式。无功补偿晶闸管投切电容器（晶闸管投切电容器（TSCTSC）TSC 的基本结构是两个反向并联的晶闸管和一个电容器串联，工程中通常在并联晶闸管的另一端串联一个抑制冲击电流的小电感。其中两个反向并联的晶闸管的作用是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电感主要是来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。无功补偿实际工程中，一般将电容器分成几组，每组都可以以由晶闸管投切。补偿时根据电网的无功功率需求分组投切电容器。TSC实际上是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功功率补偿器。电容分组的具体方法比较灵活，目的都是通过组合产生的电容值的级数越多越好，但是需要在系统的复杂性、控制的难易性以及经济性等方面综合考虑。TSC补偿原理可靠，换流过程的过电压，过电流可控制在允许范围内，容易实现；响应速度快，可频繁调解，运行时无高次谐波 无功补偿TSCTSC接线图例接线图例无功补偿静止型无功功率补偿装置的出现是为了弥补传统补偿方式的不足，同时满足现代电力系统对无功功率的快速动态补偿的要求。静止型补偿装置和传统补偿方式相比，具有补偿响应快、精度高、损耗小、噪声小等优点，可以对电力负载进行动态无功补偿，改善电压质量，提高电力系统的静态和动态稳定性。对于静止补偿装置的研究很多集中在对其应用于输电补偿的各种场合时的控制策略和方法的进一步讨论上，结合其他研究方向诸如检测方式、投切方式、原理算法和新型元器件的应用等，目的是尽可能大的发掘静止补偿装置的技术优势，提高其性能。无功补偿动态补偿技术的进一步发展动态补偿技术的进一步发展随着现代电力电子技术和控制理论的发展，无功补偿技术也获得了很大的发展空间。电力电子技术在无功补偿方向上的应用弥补了采用电力电容、电感补偿的补偿装置的不足。利用先进的大功率半导体开关器件组成各种类型的开关电路，采用大规模集成电路芯片和微处理器组成控制系统，利用现代控制技术对开关器件进行适时的高频通、断控制，就可实现对电路的各类变换和控制功能。无功补偿采用PWM技术控制的补偿电容传统并联电容补偿方式在控制元件导通的瞬间，电容近似短路，尤其是当控制角较大时，开关管导通瞬间造成的大电流冲击十分严重。为了避免开关管导通瞬间的电流冲击，现在可以采用PWM技术控制补偿电容支路的通断，以改变补偿电容的等效电容量。电源电压的正、负半周，U1、U2分别控制GTR1和GTR2反复导通和关断。U1或U2高电平使GTR1或GTR2导通后，接入电容对电网提供容性补偿；GTR1或GTR2低电平使GTR1或GTR2截止时，将电容从线路切除。若保持开关管的开关频率不变，而改变其占空比，就改变了电容接入电路的时间，也就相应改变了电容的补偿量。无功补偿应用PWM控制技术的好处补偿器与电网并联，不会改变负载工作状态，也不会与电网产生共振现象。无需改变补偿器结构和参数，用一台补偿器可以处理单个高次谐波或多个高次谐波。补偿器能限制其输出，当负载中谐波电流增大时，补偿器也不会发生过载而损害。无功补偿柔性交流输电系统设备简介柔性交流输电系统设备简介 现代电力工业的发展对电力系统提出了很高的要求，在花费少和在尽可能少的制约因素的前提下，却要大规模的提高电力系统的传输能力，提高电能质量及电力系统的稳定性。在电力系统的这一大发展趋势下，灵活交流输电系统应运而生。静止无功发生器(Static Var Generation，简称SVG)适用于实时补偿冲击性负荷的无功冲击电流和谐波电流。IGBT、GTO等电力电子元件的开发，使大功率、高电压的变流器的应用可靠性有了显著提高，而且由于采用了微处理机和大规模集成电路组件，使复杂的控制电路也提高了经济性和可靠性，从而使矢量控制的新型SVG得到了开发应用。采用大功率门极可关断晶闸管(GTO)的静止无功发生器(ASVG)由于具有响应速度快、可以在从感性到容性的整个范围中进行连续的无功调节，特别是在欠压条件下仍可有效地发出无功功率和在系统对称运行条件下所需储能电容容量较小，装置体积小等优点得到了越来越多的关注。无功补偿统一潮流控制器(UPFC)的概念是于1990年提出的。该控制器能分别或同时对电力系统的有功、无功、电压、谐波进行控制和调节，从而提高系统的运行质量，保障系统的暂态稳定性，阻尼系统的振荡。但是该技术本身非常复杂，成本较高。可控串联电容器(TCSC)作为FACTS元件的一种，其特点是电抗可以在一定范围内快速连续地变化。与传统的固定式串联补偿电容相比，不但可以用来补偿线路电抗，提高传输能力，还可以用于抑制低频振荡和次同步谐振，提高系统的静态和暂态稳定性。TCSC在提高系统稳定性、抑制振荡方面的作用已得到了公认。作为一种串联于输电线上的补偿设备，SSSC具有快速调整有功和无功的能力，可以使网络的功率传输能力以及潮流和电压的可控性大为提高，为电力系统的稳定提供了强有力的控制手段。无功补偿小结柔性交流输电系统小结柔性交流输电系统现在采用柔性交流输电技术的控制器日益增多，其包括的类型范围也逐渐扩大。对三种正在开发的FACTS控制器(TCPST，IPC或TCIPC和SSSC)的研究也展示了其实用结构、运行性能和应用可行性，同时也显露了一些更待深入研究的问题。这些结果对我国有关单位在已取得一些FACTS控制器开发研制经验的基础上继续向前开拓，具有重要参考作用。在实际系统中采用FACTS控制器，不应只根据运行需求考虑，而应从最初设计阶段就进行全局性考虑，以取得采用新技术基础上的优化输电方案。设计论证中既要充分考虑系统的具体运行条件和需求，又需要对比各种可用控制器的性能和价格效益比等因素，两者结合，才能决策出最适用的控制器类型及其合理配置、相互协调运行的方案。无功补偿各类补偿方式的综合比较分析各类补偿方式的综合比较分析比较点补偿方式补偿精度响应速度补偿分级可否跟踪谐波电流分相调节控制损耗噪声投入成本固定电容差无响应分级否大可以不控中中低同步调相机差慢连续可无有限简单大大较高TCR+FC较高较快连续可大可以较简单中小较高TSC中较快分级可无有限较简单小中较高TSC+TCR较高较快连续可大可以较简单小中较高APF高快连续可无可以复杂小小高SVG高快连续可小可以复杂小小高ASVG高快连续可很小可以复杂小小高无功补偿电容补偿及电容器使用中一些问题的简单探讨无功补偿电容补偿技术概述并联电容补偿装置因具有投资少、损耗低、噪音小及施工运行维护简单等优点，而被电网大量而普遍的使用。电力系统电网中，并联电容器占整个无功补偿设备的90%以上，在网内占有十分重要的地位。并联电容补偿装置设计是一个综合性的技术，除考虑电容器本体外，还涉及到与许多设备的配合，如开关、电抗器、熔断器、避雷器、放电装置、继电保护、自动投切装置、仪表、通风设备等；在电气性能方面除考虑其合闸涌流和分闸过电压外，还应考虑系统的无功电压、线损、谐振等一系列的问题。无功补偿补偿方式和补偿装置的接线方式电容器补偿按其使用方式分为：就地补偿；分组补偿；集中补偿电容器的接线方式分为：1.型接法:优点是可以降低投入电容器时的涌流和降低操作过电压，在容量不大时可以采用，投资较小。缺点是三相中一台击穿时，形成相间短路，故障点电流大，网络短路容量大时，则电容器外壳易发生爆炸。2.Y型接法：优点是电容器承受相电压，发生击穿短路故障时，通过故障点的电流为额定电流的3倍。可以有效防止电容器爆炸。同时一相击穿后，健全相还可以继续工作。无功补偿补偿装置的接线方式可以分为：1.三相共补：根据控制器统一取样，各相投入相同的补偿容量。此种方式适用于三相负载平衡、功率因数相近的网络。一般采用接。因为接时选用的电容的额定电压为系统线电压，而相同容量的电容器，额定电压低的要比额定电压高的在价钱上贵上不少。2.三相分补：三相分补就是各相分别采样、分别控制，各相投入的补偿量也不同。此种方式适用于各相负载相差较大、功率因数相差也较大的场合。单台补偿点容器的额定电压为系统相电压，一般采取Y型接法。控制器分相工作是互不影响，但相同补偿容量下，补偿器的采购价格要高于三相共补型。3.-Y混合型补偿接法：-Y混合型同时具有三相共补的经济性，同时又在一定程度上拥有了三相分补的灵活性。此时三相共补采用接，三相分补采用Y型接法。有时为了增强系统设备的通用性和可维护性，Y接点容器的额定电压也可以采用系统的线电压。此时电容器输出的补偿量只有铭牌容量的30%左右。无功补偿电力电容器使用中的一些问题的简单探讨电容器额定电压的选择 电力电容器是对运行电压非常敏感的设备，额定电压选择的高低直接决定着电容器自身寿命和使用效果：额定电压选高了电容寿命缩短；选低了其输出的补偿容量会降低。电容器的额定电压的底限为所接入电网系统的运行电压。电网运行时波动有时会很大；同时电容器的接入也会使从电源到电容器安装处的电压升高；电网谐波的存在又对电压的波动起着推动的作用。因此，电容器的电压等级的确定应该至少比电网的标称电压高5%左右。380v的电网应至少用400v额定电压得电容器。当电容器串有电抗器的时候，还要考虑电抗器使电容器上的电压升高的问题（见下式）。无功补偿同时，选择电容器的额定电压过高，会造成电容器的输出容量减少，使补偿效能下降。这种情况下，容量损失太大。所以，适当提高电力电容器的额定电压的标准是可取的，但不能盲目的选择。无功补偿电容器与谐波电容器与谐波电网中大部分设备都产生谐波，如变压器、电抗器、电焊机等设备，如采用电力电子整流逆变装置的变频器等，一些大型设备如电弧炉、轧钢机等，都是谐波的主要产生设备。电容阻抗是一个与电网频率相关的量。在高频电网中，电容的阻抗很小；反之在低频电网中，电容的阻抗很大，在直流电路中电容器可当作断路来看。电容器与其他设备相比有较大的不同，因为其容性的阻抗特点，使它在系统共振情况下可显著改变系统阻抗。电容器组的容抗随频率升高而降低，因此电容器组起到吸收高次谐波电流的作用。谐波对电容器的影响主要表现在以下3个方面：无功补偿1.谐波造成电容器过电流：当谐波较大时，会导致电容器过载，其基波电流与谐波电流叠加，合成的电流将大大超过电容器的额定电流，此使电容器和电容回路内的所有电器都汇严重过载，使补偿电容系统无法正常工作。2.谐波可能使电容器与系统产生并联谐振。输电及配电系统都设计运行在频率恒定的正弦波电压和电流下运行；当大量的非线性负荷运行时，将在电网产生严重的电压畸变和电流畸变，此时的谐波源相当于一个很大的电流源，其产生的谐波电流加在系统感抗和电容器的容抗之间形成并联回路；当电网系统感抗等于电容器容抗时,形成并联谐振；此时并联回路总阻抗等于无穷大，谐波电流流经阻抗无限大的回路时，将产生无限大的谐波电压，无限大的波电压将在电网与电容器间产生大电流,因而造成电容器迅速故障。无功补偿3.谐波可能使电容器与系统产生串联谐振；如果在上一级电网系统中存在严重谐波源,电压产生的谐波畸变相当严重时，此时谐波源相当于一个很大的电压源，背景谐波电压将在变压器的短路电感和电容器的容抗间形成串联回路；当串联回路总阻抗等于零时，将形成串联谐振，相当于回路短路。此时谐波电压将在串联回路上形成强大的电流直接流经补偿电容器组，使电容器因过电流而迅速故障。以上现象影响会造成电容器故障，同时放大谐波，增大谐波对电网的影响。因此，在有谐波背景的系统中时，不可能采用常规的补偿系统来进行无功功率补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振，可以在补偿电容器前加串调谐电抗器。无功补偿电容器过电流电容器过电流无功补偿并联谐振并联谐振无功补偿串联谐振串联谐振无功补偿串联电抗器电抗率的选择串联电抗器电抗率的选择带调谐电抗器的电容器组设计原则是：在基波频率下显容性，即电容器起主导，这样可以在正常运行的情况下进行功率因数补偿；在谐波频率下显感性，调谐电抗器起主导，不存在谐波放大，这样可以抑制谐波危害，同时，带调谐电抗器的电容器组可以从电网中吸收部分谐波(15%-50%)。电抗率的选择可以根据系统背景谐波含量进行选择。这样调谐电抗器和电容器回路的谐振点计算可以避开系统的特定谐波频率，使补偿电容器组在该次谐波频率及以上不会产生谐振。选用串联电抗器时，考虑到并联电容器回路中不存在太多的偶次谐波，而在中性点不接地、星型连接的电容器组的相电流中，以及三角连接的相电压中都不包括3次谐波，因此电抗器的主要任务是限制5、7、11、13次谐波。所以串联电抗器的电抗率选择电容器组的额定容抗的5%6%即可。安装电抗器后，电容的端电压将升高，因此要选择额定电压更高的电容或降低电容器正常运行的过电压允许限制，防止过电压误动作。无功补偿电容器的剩余电压电容器自身属于储能元件，它从电源上断开的时候，电容器由于自身带有储能，其端子上带有残余的电压，即剩余电压。电容器本体内部一般都有放电电阻，并在铭牌上标注有内部放电电阻的标示。当放电不完全彻底时，即在电容器的剩余电压还很高时，如果投入电网，会产生由于电网电压和电容器剩余电压相互叠加而生成的高压，对电容器的绝缘产生危害，同时危及电网其他设备乃至人身安全。一般规定，电容器的剩余电压要降至10%的额定电压以下时才能再投入。无功补偿功率因数投、切控制标准现在的功率因数补偿装置的投切门限很多都设为可调的。一般可以根据功率因数的要求值来设置，注意保留适当的裕度。投入门限设定过程中，应该考虑尽量发挥补偿装置的补偿效能。同时，采用高压计量低压补偿装置时，为避免低压侧的功率因数补偿到位后，电源变压器的无功功率还未得到有效的补偿，在高压侧计量时功率因数不能达标，所以此时切除门先要取得高一些，0.980.99为好。同时把投、切门限拉宽，这样可以减少电容器投且的次数，避免频繁投切，这样可以提高电容器和开关装置的使用寿命。电容器投入时产生涌流，切断时又产生过电压，故应尽量减少电容的投切次数。无功补偿无功补偿上表是出自北京电力公司孔湧、孙白写的北京电网无功补偿设备现状及分析 一文，从表中可见：在北京电网中，近年来334 kvar及以下单台小容量的电容器损坏率较往年略有下降，但集合式电容器损坏率目前明显上升。334 kvar及以下单台分散式故障电容器中，有近50%的电容器在运行中发生元件击穿故障，造成保护动作跳闸，其他均为渗漏油。这张表格从一个侧面说明了电容器故障的多发性。由于电容器设备的不可修复性，造成运行中出现故障时只能予以更换，这就使电容器成为了电力系统中一个极大的不稳定因素。在日常的工作中应该适当增强对电容器的维护程度；同时也要求从事运行维护的工作技术人员有必要加强相关知识的学习储备，以提高对电容器故障的应变能力。无功补偿路漫漫兮修远在无功补偿技术的发展历程中，电容补偿技术是应用最广、生命力最强的一种补偿技术。不管今后补偿技术会发展到什么程度，电容补偿技术都不会被淘汰。关于电力电容器及电容补偿技术，还有许多的问题需要我们学习和探讨，比如投切电容器的开关装置及其相关技术、电容分组技术、电力电容器的继电保护技术、高压电容的电磁兼容问题等。在今后的工作和学习中还需要和诸位前辈多多交流。无功补偿谢谢！无功补偿