电力系统静态无功补偿系统设计与仿真毕业论文(编辑修改稿)

电力系统静态无功补偿系统设计与仿真毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

种：当并联电容器的电容 C 较小， |I C|＜ |I L|时，负荷中的感性无功电流没有被完全补偿，这时电源的 I 滞后 U ，如图 (c)所示，这种补偿称为欠补偿；当并联电容器的电容 C 较大 ，会出现 |I C|＞ |I L|的情况，这时负荷中的感性无功电流被完 全补偿滞后还有剩余容性电流，电源的 I 超前 U ，如图 (d)所示，这种补偿称为过补偿。 通常不希望出现过补偿情况，因为这样会引起变压器二次侧电压的升高，且容性无功功率在线路上传输同样会增加电能的损耗，还会增加电容器自身的损耗，影响电容器的寿命。 因此，实际电路是可以通过改变并联电容 C 的大小来控制无功功率的大小，从而调节补偿后功率因数的大小。 虽然并联电容器补偿方式比较简单，而且成本也比较低，但这种方式只能补偿固定的无功功率，因为一 旦电容值选定后，就确定了其相应的无功功率，而目前电容器的电容无法实现带电连续改变，通常是采用分组投切的方法来改变并联电容器的电容值。 此外，在系统中有谐波时，还有可能发生并联谐振，并使谐波放大，可能会使电容器损坏。 然后，再 看负荷由电阻 R 和电感 L 组成的串联电路。 对 R、 L 串联的负荷进行无功补偿电路如图 (b)所示。 当并联电容器没有投入时， RL 支路的电流有效值为 ： IRL=22 LXRU (23) 11 RL 支路的电抗为 ： ZRL=R+jXL (24) 这时，电源输出的电流 I 等于 RL 支路吸收的电流 I RL，电源的功率因数为 ： cos =22 LXRR (25) 当并联电容器投入时， RL 支路的电流保持不变，电容器支路的电流有效值为： IC=XcU (26) 电容器支路的电抗为： ZC=jXL (27) 这时，电源输出的电流 I 等于 RL 支路吸收的电流 I RL+I C，电源的功率因数为： cos =22 )( CL XXRR  (28) 由上式可知，投入并联电容器后，电源的功率因数将增大，特别是当 XL=XC 时，电源的功率因数为 1。 显然，当 XC＜ XL 时，欠补偿；当 XC＞ XL 时，过补偿。 其相量图关系如图 (c)、 (d)所示。 并联电容器补偿无功功率的方式 对于电力系统的负荷，电力企业通常采用并联电容器进行无功功率补偿。 并联电容器可以安装在全系统的各个点上，根据安装的位置不同，通常分为三种方式 [11]。 (1) 集中补偿 集中补偿是指将并联电容器接在汇 流母线上，根据母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。 集中补偿一般把补偿装置装于地区变电所或高压供电电力用户降压变电站的一次或二次母线上，也包括集中装于电力用户总配电高低压母线上。 其优点 是 安装方便，有利于控制电压水平 ，且易与实现自动投切，运行可靠，利用率高，维护方便，能减少配电网、用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。 缺点是：当电气设备不连续运转或轻负荷，又无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏，因此，补偿装置需要较频繁投切；不能减少电力用户内部各条配电线路的无功负荷和电能损耗。 集中补偿分为低压集中补偿和高压集中补偿。 低压集中补偿是指将低压无功功率补偿装置通过低压开关接在配电变压器低压母线 12 侧，以无功功率补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制低压无功功率补偿装置的投切。 电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。 负荷较集中的小型企业用此补偿方式较经济。 低压集中补偿的优点是：接线简单、运行维护工作量小，使无功功率就地平衡，从而提高配电变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功功率补偿中常用的手段之一。 高压集中补偿一般将并联电容器组集中直接装在变电所 6～ 10kV 高压母线上。 高压集中补偿的主要优点是：不仅可以减少高压母线线路的无功功率损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量：可以根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加；提高供电能力、减少线损和电能损耗，稳定电压，便于运行维护，补偿效益高。 缺点是这种补偿 方式只能补偿高压母线前面所有线路上的无功功率，而高压母线后面的无功功率 得不到补偿。 (2) 个别补偿 个别补偿又称为“就地补偿”，它就是根据个别用电设备对无功功率的需要量将单台或多台电容器组分散地与用电设备并接。 它与用电设备共用一套断路器，也可以独立使用一套断路器，通过控制、保护装置与用电设备同时投切，所以个别补偿也称随机补偿。 它通过控制、保护装置与电机同时投切，既能提高线路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量。 个别补偿的特点是：用电设备 运行时，无功功率投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功功率倒送；同时还具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 个别补偿分为低压个别补偿和高压个别补偿。 低压个别补偿适用于补偿个别大容量且连续运行 (如大中型低压异步电动机）的无功功率消耗。 这种方式用在负荷比较分散、补偿容量小的企业比较适宜。 一般说来，高压设备单台容量大，消耗的无功功率也很大，更适合采用个别补偿方式。 低压个别补偿的优点是：补偿效益大，不仅能减少高压线路中的无功功率，同时也减少了低压线路中的无功功率，减少电气设备的容量和导线的截面，降低电能的损耗。 但存在的不足是：对不经常使用的设备，所安装的无功功率补偿电容器的利用率很低；大量低压设备因没有安装或不适宜安装补偿器而引起的电能损耗得不到有效改善；因控制和执行元件的响应时间较慢而影响补偿效果；自动控制的分组 补偿往往因投切失灵，容易 损坏电气设备。 采用高压个别 ，除了具有低压个别补偿的优点外，而且更能有效地降低设备启 13 动时的冲击性，减少变压器裕度。 (3) 分组补偿 分组补偿又称分散补偿，它是根据各用户的各个负荷中心，把补偿装置分成几组安装在功率因数较低的村镇终端变、配电所高压或低压母线上或车间配电室或变电所分路出线上。 分组补偿常见的安装方式有：①高压补偿装置分组安装于城乡电网 6kV 配电线路的杆架上；②低压补偿装置安装于公用配电变器的低压侧或电力用户各车间的配电母线上。 分组补偿方式基本集中安装在变电器低压侧的母线或输电线路中，减 少了电力系统到用户线路上的高压线损和变损，克服了集中固定补偿容量较大时的涌流过大等问题，提高了用户内部的供电能力，并能有效的增大配电线路的供电能力，节电效果好。 此外，在低负荷时，可以相应停运数组，以防过补偿、投资较为经济。 但是需要人工频繁投、切。 在投、切不及时或投、切容量不合适时，也易造成过补偿或欠补偿现象。 另外，这种补偿方式具有与集中补偿相同的优点，但无功功率补偿容量和范围相对小些，效果明显，因此采用比较普遍。 并联电容器补偿容量的确定 安装 并联电容器进行无功功率补偿时，电容器安装容量的选择， 可根据不同目的来确定 [12]。 (1) 集中补偿和分组补偿电容器容量 QC(kvar)的确定 采用集中补偿方式和分组补偿方式时，总的补偿容量按功率因数可由下式决定： QC= avPmax(tan 1tan 2) (29) 或 QC= avPmaxqc (210) 式中 Pmax — 由变电所供电的月最大有功功率计算负载， kW  av — 月平均负载率，一般可取 ～ 1 — 补偿前的功率因数角， cos 1 可取最大负载时的值  2 — 补偿后的功率因数角，参照电力部门要求，一般可取 ～ qc — 电容器补偿率， kvar/kW，即每千瓦有功负载需要补偿的无功功率 14 显然 qc= tan 1tan 2 电容器 接法 不同时，每相电容器所需容量也是不一样的。 1. 电容器为星形接线时 QC = 3 UIC103= 3CU1 3103= 2CU 103 (211) 式中 U — 装设地点电网线电压， V IC — 电容组的线电流， A ； C— 电容组电容， F 考虑到电网线电压的单位常用 kV， QC 的单位为 kvar，则星形连接时每相电容器组的容量为 CY=C=2310UQC  (212) 2. 电容器为三角形连接时 QC = 3 UIC103=3UCU1103=3 2CU 103 (213) 每相电容器 的容量为 : C△ =233 10UQC  (214) (2)就地补偿电容器容量 QC(kvar)的 确定。 单台异步电动机装有个别补偿电容器时，若电动机突然与电源断开，电容器将对电动机放电而产生自励现象。 如果补偿电容器容量过大，可能因电动机惯性转动而产生过电压，导致电动机损坏。 为防止这种情况，不宜使电容器补偿容量过大，应以电容器在此时的放电电流不大于电动机空载电流 I0 为限，即 QC = 3 UNI0103 (215) 式中 UN — 供电系统额定线电压， kV ； I0 — 电动机额定空载电流， A 若实际运行电压与电容器额定电压不一致，则电容器的实际补偿容量为： QC1 = )UU( (216) 式中 — 电容器的额定电压； — 电 容器的额定补偿容量； UW — 电容器的实际工作电压 15 并联电抗器 并联电抗器 也是一种较早应用的重要无功功率补偿装置。 在超高压电网中，线路空载或轻载时大量充电功率过剩，采用并联电抗器补偿是必不可少的。 一般可以通过采用高压或低压并联电抗器适当配合的补偿方式来实现。 在长距离输电线路上，高压电抗器具有限制过电压、分层平衡无功功率，有利于使用单相重合闸和提高系统稳定性的综合功能。 低压电抗器的主要特点是易于投切，主要用于运行方式变化中无功功率平衡和电压调整。 在过去相当长的时间内，当我国一些电网低谷时电压过高，如果采用发 电机进相运行和切除并联电容器等措施效果不大或者这些措施难以实现时，多考虑装设可投切并联电抗器，并且依然是目前补偿容性无功功率 (吸收感性无功功率 )的主导装置。 并联电抗器的数目及位置的选择一般是按照在空载、轻载以及接通空载线路等运行方式下保证设备得到容许电压，以及考虑与输电系统的无功功率平衡等条件来确定的。 当线路输送功率加大时，必须适当切除电抗器以保证系统的电压和稳定性；在轻载时由于它对线路充电功率的补偿，从而降低了线损。 此外，随着沿线及受端电压的改善，也就增加了系统的稳定性。 并联电抗器在电力系 统中的作用 并联电抗器 无功功率补偿装置常用于补偿系统电容 [13]。 它通过向超高压、大容量的电网提供可阶梯调节的感性无功功率，补偿电网的剩余容性充电无功功率，控制无功功率潮流，保证电网电压稳定在允许范围内。 实践证明，对于一些电压偏高的电网，安装一定数量的并联电抗器是解决系统无功功率过剩，降低电压的有效措施。 特别是限制由于线路开路或轻载负荷所引起电压升高。 由于超高压远距离输电线路，其输电线路对地以及相与相之间的电容特别大，输电线路电容会产生大量的无功功率，各级电压输电线路的容性充电功率数值如 下 表所示。 由此可知 ，在超高压和一些中低 压电网中，其容性充电功率的数值相当可观，决不可忽视。 这样，负荷在空载或轻载会引起输电线路末端电压过分升高，发电机产生自励。 为了使输电线路电压维持在规定的范围内，发电机电势必然需要降低，这样将会使电力系统的功率极限减小，运行功角增大，使静态稳定水平下降。 16 表 21 各级电压输电线路的充电功率的数值 电压等级 (kV) 导线截面 分裂导线数 充电功率 (Mvar/100km) 110 95～ 400 单导线 ～ 220 240～ 700 单导线 双分裂 ～ ～ 19 330 240～ 700 双分裂 ～ 41 500 300～ 700 三分裂 95～ 105 750 400～ 400 四分裂 215～ 240 为了 改善上述情况，在一定。