【正文】 設(shè)備每千瓦的平均綜合造價(jià)為 50 元，則全國無功補(bǔ)償裝置的總投資約為 29 億元。應(yīng)當(dāng)指出，節(jié)省 240 億千瓦時(shí)約相當(dāng)于一座 400 萬千瓦火電廠的年發(fā)電量，而建一座 400 萬千瓦的火電廠需綜合費(fèi)用約為 300 億元，同時(shí)每年需燃燒煤約為 1200 萬噸，每年產(chǎn)生 2CO , 2SO 等有害物質(zhì)約為 600 萬噸。由此可見，產(chǎn)生相同的電力，無功補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用約為新建電廠費(fèi)用 10%，而且無功補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用僅需兩個(gè)月的無功功率補(bǔ)償?shù)膶p節(jié)電費(fèi)用即可全部收回。 綜上所 述 ，無功補(bǔ)償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費(fèi)開支，延緩用戶的增容改造等作用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 24 頁 第 6 頁 無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r 國家在大力倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會(huì)，從國家到地方已明確的下達(dá)了各種節(jié)能指標(biāo)。節(jié)能、節(jié)電事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，這是一股強(qiáng)大的潮流。在所有電力節(jié)能產(chǎn)品中，首先要提到的就是無功補(bǔ)償裝置，這也是唯一在供電政策以及電力法中提到的節(jié)能措施。作為節(jié)能降耗的生力軍，無功補(bǔ)償裝置在我國有著巨大的潛在市場。 20xx 年，一系列的經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃給電力電子行業(yè)帶來了很多機(jī)會(huì)，主要供方和用方兩方面。供方主要是對(duì)用戶的補(bǔ)貼上，另外，在這個(gè)政策的拉動(dòng)下，企業(yè)也降低了成本壓力。無功補(bǔ)償裝置在節(jié)能降耗領(lǐng)域，趨勢是一直向好的。首先是企業(yè)降低成本的需求，另一個(gè)是外部環(huán)境的壓力，地方政府的政績和節(jié)能降耗的水平已經(jīng)掛鉤，國家和地方政府補(bǔ)貼能達(dá)到 30％以上。近年來，國內(nèi)無功補(bǔ)償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量都有了大幅度的提 升，相當(dāng)一部分優(yōu)勢企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，以及節(jié)能降損管理的加強(qiáng)等，引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功補(bǔ)償?shù)男枨蟆? 20xx20xx 年市場對(duì)無功補(bǔ)償裝置的需求量達(dá)到 240 億元左右；其中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的需求量三年分別達(dá)到 億元、 億元、 億元。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備的成長空間巨大，成長前景看好。 20xx20xx 年，諧波治理設(shè)備市場需求規(guī)模分別為 億元、 億元和 億元，此市場的成長空間很大，未來幾年中國電能質(zhì)量諧波治理設(shè)備市場仍將保持 高速的增長，并有廣闊的市場發(fā)展空間。 20xx20xx 年，是國內(nèi)電力濾波器和無功補(bǔ)償裝置的大力發(fā)展階段，但受到金融危機(jī)的影響，國內(nèi)對(duì) 電網(wǎng) 建設(shè)的投資增速減緩，因此國內(nèi)諧波治理設(shè)備和無功補(bǔ)償裝置市場增速減緩。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，國內(nèi)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的投資將逐步增長， 20xx20xx 年諧波治理設(shè)備和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置市場將保持高速而平穩(wěn)的增長。預(yù)計(jì)到 20xx 年，僅以動(dòng)態(tài)消諧補(bǔ)償綜合電力成套設(shè)備市場需求規(guī)模來看，我國銷售額將達(dá)到 505 億元。 20xx20xx 年的市場規(guī)模復(fù)合增長率為 115%左右。 在“十二五”期間甚至 更長的時(shí)間內(nèi)，可以期待電力需求以 10％左右的速度穩(wěn)步增長。 20xx 年我國共新增發(fā)電裝機(jī)容量 7943 萬千瓦，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 79272 萬千瓦，同比增長 %。全國發(fā)電量增長 %，用電量增長 %。未來幾年對(duì)電力的需求將穩(wěn)定增長，年增長率在 10％左右。 近 20 年來，世界各地（包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯、日本等國）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視。持續(xù)了短短 72 小時(shí)的 美加大停電給美國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，這次事故提醒人們， 電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無功備用容量，無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵(lì)獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營商從維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。在我國也曾多次發(fā)生電壓崩潰事故，如1993 年和 1996 年南方電網(wǎng)的幾次事故，這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。 早期的無功補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要補(bǔ)償方式，應(yīng)用范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改 變輸出無功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。但同步補(bǔ)償器成本高，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，使其推廣使用受到限制。 隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個(gè)工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動(dòng)，交流傳動(dòng)，電磁合閘，交流不間斷電源和無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，并以此為起點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不斷問世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 24 頁 第 7 頁 革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電力電子技術(shù) 對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展鍥機(jī)。 無功補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有以下三方面： 1．是作為投切電容器的開關(guān)。因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短 (PS 級(jí) )，所以能夠選擇電容的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)代并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中的輸出回路就引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。 2．是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率，使其能夠方便地控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無功的變化。靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。 3．是引入電力 電子變流技術(shù)，將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出，起到補(bǔ)償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有源濾波器。 本文的研究內(nèi)容 當(dāng)前，在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無功補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償更廣泛地應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、企業(yè)、油田、煤礦、港口、居民小區(qū)、公用設(shè)施等需要低壓無功快速補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩簟２捎秒娏﹄娙萜鬟M(jìn)行無功補(bǔ)償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，這種方法安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡便、自身損耗小。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 24 頁 第 8 頁 第 2 章 無功補(bǔ)償?shù)脑? 無功補(bǔ)償?shù)脑? 無功功率 電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時(shí)并沒有能量消耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動(dòng)，由于這種交換功率不對(duì)外做功，因此稱為無功功率。 功率因數(shù) 實(shí)際供用 電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘?，是既有電感或電容、又有電阻的?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦 cosφ稱為功率因數(shù)，又稱力率。它是有功功率與視在功率之比。 三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為： 式中： cosφ — 功率因數(shù) P— 有功功率， KW Q— 無功功率， Kvar S— 視在功率， KVA 功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。 在三相對(duì)稱電路中，各相電壓、電流為對(duì)稱，功率因數(shù)也相 同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。 無功補(bǔ)償 電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。 有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如圖一 22c o s QPPSP???? 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 24 頁 第 9 頁 由式 cosφ =P/S 可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù) cosφ越小，所需的無功功率越大。為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量就需要增加。這樣，不僅要增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗 。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，根據(jù)電網(wǎng)中的無功類型，人為的補(bǔ)償容性無功或感 性無功來抵消線路的無功功率。 無功補(bǔ)償?shù)淖饔? 線損是電流在輸變電設(shè)備和線路中流動(dòng)產(chǎn)生的，因而它由線路損耗和變壓器損耗兩部分組成。按損耗的變化情況可劃分為可變損耗和固定損耗。前者指當(dāng)電流通過導(dǎo)體和變壓器所產(chǎn)生的損耗，包括變壓器的銅損和電力線路上的銅損，它與負(fù)荷率、電網(wǎng)電壓等因素有關(guān)，約占電網(wǎng)總損耗的80%~85% 。后者指只要接通電源電力網(wǎng)就存在的損耗，包括變壓器的鐵損，電纜線路、電容器及其他電器上的介質(zhì)損耗及各種計(jì)量儀表、互感器線圈上的鐵損，它與電網(wǎng)運(yùn)行電壓和頻率有關(guān)，占總損耗 15%~20% 。 我國與發(fā)達(dá)國家相比，線損較大。發(fā)達(dá)國家的線損約為 2%~3%，而我國在 20xx 年的線損統(tǒng)計(jì)為%，所以線損的解決顯得越來越重要。在用戶或靠近用戶的變電站裝設(shè)自動(dòng)投入的并聯(lián)電容器，以平衡無功功率，限制無功功率在電網(wǎng)中傳送，可減少電網(wǎng)的無功損耗，同時(shí)還可提高有功功率的輸送量。 無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減 少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。 提高電壓質(zhì)量 把線路中電流分為有功電流 Ia 和無功電流 Ir，則線路中的電壓損失 : 式中： P— 有功功率， KW Q— 無功功率， Kvar U— 額定電壓， KV R— 線路總電阻，Ω Xl— 線路感抗，Ω 因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率 Q，若保持有功功率不變，而 R、 Xl均為定值，無功功率 Q 越小，電壓損失越小，從而提 高了電壓質(zhì)量。 提高變壓器的利用率，減少投資 功率因數(shù)由 cosφ 1 提高到 cosφ 2 提高變壓器利用率為： %100c o sc o s1%100%21121 ????????? ???????? S SSS? ? U QXPRXIRIU llra ??????? 33 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 24 頁 第 10 頁 由此可見，補(bǔ)償后變壓器的利用率比補(bǔ)償前提高Δ S%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。 減少用戶電費(fèi)支出 （ 1） 可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。 （ 2）可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率 損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。 提高電力網(wǎng)傳輸能力 有功功率與視在功率的關(guān)系式為： P=Scosφ 可見，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　? 無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎?