【文章內(nèi)容簡介】 同時，這樣做還能避免晶閘管電路的本身對電力系統(tǒng)的諧波污染，提高開關(guān)電路和接觸器的使用壽命。 智能型低壓無功補(bǔ)償裝置由若干電容器組和控制器等構(gòu)成，其總投資由兩部分組成 :一部分是裝置中的控制部分投資，約占整個裝置造價的 80%90%；另一部分是電容器的投資，與電容器單位容量投資成正比，這一點與高壓無功補(bǔ)償裝置和中壓無功補(bǔ)償裝置不同，是電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償需要考慮的重要因素。 低壓無功補(bǔ)償裝置的電容器可以有多種階梯容量，如 :5kvar, 10kvar, 15kvar 等，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 這樣在總?cè)萘肯嗤那闆r下，可以獲得較多的容量組合。合理選擇電容器的容量組合對于電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償非常重要。階梯容量選擇太大，當(dāng)所需容量小于階梯容量時，該階梯容量就投不上，不能很好發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)淖饔茫浑A梯容量選擇太小，設(shè)備投資就會增加，使無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)性變差，可能會得不償失。因此，應(yīng)根據(jù)具體電網(wǎng)實際情況，選擇最優(yōu)的電容器容量組合方案。 智能型低壓無功補(bǔ)償裝置是一種安全、可靠、可控的低壓無功補(bǔ)償新設(shè)備。隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，配電自動化已經(jīng)越來越多地得到應(yīng)用，由于配電自動化中的配電變壓器監(jiān)測裝置 (TTU)也安裝于變壓器的低壓側(cè)，智能型低壓無功補(bǔ)償裝置如何擴(kuò)展功能，是它今后的發(fā)展方向之一。 國內(nèi)主要補(bǔ)償方案及無功補(bǔ)償裝置存在的問題 配電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方式包括 :在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組；在配電變壓器低壓側(cè)和車間配電屏間安裝并聯(lián)電容器以及在單臺電動機(jī)附近安裝并聯(lián)電容器 (就地補(bǔ)償 )等。 近年來企業(yè)中普遍利用并聯(lián)電容器進(jìn)行供用電線網(wǎng)的無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路的電流，減少了線損，取得了較好的效果。但不同的補(bǔ)償方式，在實際中的補(bǔ)償效果仍有所差異。若能根據(jù)具體情況，選用綜合性的 全方位補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償，克服單一補(bǔ)償方式的不足，其補(bǔ)償效果會更好。 (一 )就地?zé)o功補(bǔ)償方案 該方案又稱“個別補(bǔ)償”，電容器直接裝于用電設(shè)備附近，與電動機(jī)的供電回路相并聯(lián)，常用于低壓網(wǎng)絡(luò)。它使用可控硅或者機(jī)械開關(guān)來作為投切開關(guān)，通過就地電壓傳感器控制而自動地投切電容器。一般的包含了一個電抗器用來對諧波進(jìn)行濾波。它在其連接點通過改變流入或者吸收系統(tǒng)的無功電流來改變系統(tǒng)的電壓。在效果上，它起著一個可變無功負(fù)載作用，調(diào)整其值起到保持交流電壓為常數(shù)的作用。通常適用于經(jīng)常投入運行，負(fù)荷較穩(wěn)定的中小型低壓電動機(jī)。 在電機(jī) 等感性負(fù)載旁和電容器直接并聯(lián)，與電機(jī)等同開，同停。停機(jī)后電容器通過電機(jī)直接放電，電容器不再另需放電裝置。運行時電機(jī)所需無功由電容器就地供給，能量交換距離最短，可以最大限度的降低線路的電流。在線路相同的條件下，線路損耗與電流的平方成正比，所以電容就地補(bǔ)償，節(jié)電效果最好，投資也小。特別是能夠有效抑制設(shè)備瞬間出現(xiàn)的電流波動沖擊電網(wǎng)。但是一般工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)場環(huán)境相對較差，特別是冶金企業(yè)，金屬粉塵含量高，維護(hù)、保養(yǎng)若不能定時進(jìn)行，往往最易損壞。同時，對于頻繁操作的設(shè)備，由于瞬間大電流的頻繁沖擊，也是造成電容器易損壞的一 個方面，所以，此種方式中電容器使用壽命大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 短。由于隨機(jī)開、停，電容器的有效使用率也最低。 分散無功補(bǔ)償方案常見有以下幾種方式 : ①高壓電容器分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng) 10kv， 6kv 配電線路的桿架上； ②低壓電容器安裝于公用配電變壓器的低壓側(cè)； ③低壓電容器安裝于電力用戶各車間的配電母線上。 這種補(bǔ)償方式在變壓器低壓側(cè)的輸電線路中，分散進(jìn)行電容器固定容量的補(bǔ)償，克服了集中固定補(bǔ)償中容量較大時的涌流過大等問題，并能有效的增大配電線網(wǎng)的供電能力，節(jié)電效果較好。其優(yōu)點是在低負(fù)荷時，可以相應(yīng)停運數(shù)組，以防過補(bǔ)償。投資較為經(jīng)濟(jì)。 其缺點是需要人工頻繁投、切。在投、切不及時或投、切容量不合適時，也易造成過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象。 （二）集中無功補(bǔ)償方案 通常指裝于地區(qū)變電站或高壓供電電力用戶降壓變電站母線上的高壓電容器組；也包括集中裝設(shè)于電力用戶總配電高低壓母線上的電容器組。其優(yōu)點是有利于控制電壓水平，且易于實現(xiàn)自動投切，利用率高，維護(hù)方便，能減少配電網(wǎng)，用戶變壓器及專供線路的無功負(fù)荷和電能損耗。缺點是不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無功負(fù)荷和電能損耗。集中補(bǔ)償分為固定容量補(bǔ)償和自動補(bǔ)償，均可最大限度的挖掘變壓器的容量潛力，增大負(fù)載能力。 根據(jù) P=scos? 當(dāng)功率因數(shù)cos? =1 時，有功功率 P 等于變壓器的視在功率 S 而一般自然功率因數(shù)在 之間，如不進(jìn)行補(bǔ)償，供電變壓器的效率就很準(zhǔn)提高，例如， 1000kva 的變壓器僅能帶 600700kw 的有效功率。特別是自動補(bǔ)償，功率因數(shù)可控制到 ，其增容效果更為顯著。電容器的充、放電功能，可以有效的穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。電容器的安裝環(huán)境也可以選擇有利于日常維護(hù)、保養(yǎng)的地方，有利于延長電容器的使 用壽命。但其缺點是不能解決低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無功電流的流動，補(bǔ)償容量大，投入資金高，特別是自動補(bǔ)償，按循環(huán)方式投、切，被切除的電容要有充足的放電時間，才能再次投入，電容配置容量相對較大，相應(yīng)損耗也大。固定補(bǔ)償雖然投資小，但如果補(bǔ)償?shù)娜萘窟^大，在低負(fù)荷時，易出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象。在開、停過程中涌流較大，易造成設(shè)備損壞。 城網(wǎng)無功補(bǔ)嘗應(yīng)根據(jù)就地平衡和便于調(diào)整電壓的原則進(jìn)行配置，可采用分散和集中補(bǔ)償相結(jié)合的方式。目前在我國城市中較普遍采用集中安裝方式，但衡量兩種方式則以分散補(bǔ)償為好，因而應(yīng)提倡在 380/220V低壓網(wǎng)應(yīng)采用分 散補(bǔ)償方式[3] [5]。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 目前主要的無功補(bǔ)嘗裝置存在的缺點 從外部特性和各項指標(biāo)及用戶反映的情況來看，現(xiàn)有無功自動補(bǔ)償器主要存在以下問題： (一 )易產(chǎn)生并聯(lián)電容器的過補(bǔ)償 由于目前所有的一部分無功補(bǔ)償裝置采用無功電壓或是無功電流作為無功補(bǔ)償裝置核心算法部分，因而當(dāng)電網(wǎng)的瞬時電壓波動較大時容易產(chǎn)生并聯(lián)電容器的過補(bǔ)償。電容器過補(bǔ)償容易抬高網(wǎng)絡(luò)電壓，增加有功損耗，降低功率因數(shù)。抬高網(wǎng)絡(luò)電壓主要發(fā)生在變壓器。電壓的升高將不僅威脅線路和設(shè)備的安全，也威脅電容器自身的安全。過補(bǔ)償從三個方面增加了有功損耗 : 1 無功倒流 的損耗； 2多余的電容器的有功損耗； 3電容器因電壓升高而增加有功損耗 (二 )現(xiàn)有裝置多采用交流接觸器作為投切開關(guān) 浪涌電流的產(chǎn)生來自電力電容器的電網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)的線路阻抗，在線路中振蕩而形成的，其峰值可達(dá)到該支路接觸器額定電流的 100 倍左右，現(xiàn)在我國目前配電網(wǎng)所采用的無功補(bǔ)償裝置大多采用有觸點開關(guān)，如交流接觸器等，由于這些交流接觸器在投切電容器時電弧可能重燃引起過電壓，且動作次數(shù)有限制；控制環(huán)節(jié)多為分立元件構(gòu)成，此類無功補(bǔ)償裝置存在著可靠性差，裝置使用壽命短，容易產(chǎn)生電網(wǎng)諧波電流等問題。 (三 )不能提供動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜嗑煽?制 無功補(bǔ)償裝置通常按三相平衡設(shè)計，但是電網(wǎng)中的許多沖擊負(fù)荷往往具有三相不平衡性質(zhì)，如冶金電弧爐、大型熔焊機(jī)、電氣化鐵路的電力機(jī)車等均為具有隨機(jī)特征的三相不平衡負(fù)荷。民用照明負(fù)荷也有顯著的不平衡特征。顯然，不論是瞬間的電壓閃變還是持續(xù)的中點電位偏移，都不僅會干擾相關(guān)系統(tǒng)的正常工作而且可能危及人身與設(shè)備安全，這就要求相應(yīng)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置在快速補(bǔ)償無功的同時，還具有均荷能力，可以實時地將三相不平衡負(fù)荷自動均衡為三相平衡負(fù)荷。 (四 )易導(dǎo)致諧波放大 在低壓配電系統(tǒng)中，采用微機(jī)控制晶閘管投切電容器組，實現(xiàn)基波無功的分相 、分級和跟蹤補(bǔ)償。當(dāng)配電系統(tǒng)非線性用電負(fù)荷比重較大時，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負(fù)荷，嚴(yán)重影響其使用壽命； 另一方面，當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴(yán)重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴(yán)重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運行。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 (五 )現(xiàn)有的裝置容易產(chǎn)生高次的諧波 傳統(tǒng)上曾以交流接觸器作為電力電容器投切控制執(zhí)行元件，現(xiàn)已被晶閘管所取代，通過對晶閘管觸發(fā)控制角的控制，可以實現(xiàn)對補(bǔ)償電容投切容量的動態(tài)連續(xù)調(diào)整這就是所謂的靜止無功功率補(bǔ)償裝置 (簡稱 SVC)。 FC+TCR(固定電容器十晶閘管控制電抗器 )和 TSC(晶閘管開關(guān)電容器 )是 SVC 的兩種典型結(jié)構(gòu)。但是用觸發(fā)控制角的控制的無功補(bǔ)償裝置容易產(chǎn)生高次諧波。 （六）抗干擾能力差，故障率高 因為控制器的工作環(huán)境存在大電流、較強(qiáng)磁場等，對弱電設(shè)計部分的抗干擾能力要求很高。戶外工作的環(huán)境更加惡劣，因此目前大多數(shù)控制器均只能在戶內(nèi)工作，并且故障率高，大大限制了補(bǔ)償器的使用范圍。 (七 )不能達(dá)到全局最優(yōu) 目前的自動補(bǔ)償方式均針對采樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，因為控制器之間缺乏信息交流，采用的算法落后，控制器不能綜合全網(wǎng)運行情況使無功潮流的分布趨于最合理，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最佳，同時也不能實現(xiàn)對電網(wǎng)的遙測，不適于現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢 [3] [4]。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 3 章 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償 電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)闹匾? 電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)谋匾员憩F(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）電網(wǎng)負(fù)荷特性發(fā)生變化的要求：改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，我國電力工業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。電力系統(tǒng)向著高電壓、大電網(wǎng)、高參數(shù)大機(jī)組方向發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，電網(wǎng)建設(shè)和電力生產(chǎn)、技術(shù)裝備和管理都邁上了新臺階 。通過加快電力建設(shè)特別是近年來的城市、農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造，大大提高了城市、農(nóng)村電網(wǎng)的供電能力電力供應(yīng)緊張、部分電網(wǎng)缺電嚴(yán)重、拉閘限電頻繁等現(xiàn)象得到了扭轉(zhuǎn)。工業(yè)耗能高、缺乏竟?fàn)幜ζ髽I(yè)關(guān)停或轉(zhuǎn)產(chǎn)等原因，造成需電量增長速度下降。盡管有功電量增度下降，無功需求卻上升較快。另外，我國城鄉(xiāng)居民生活水平和生活質(zhì)量的日益提高，各類照明燈具、視聽產(chǎn)品、洗衣機(jī)、電炊具己基本普及，電冰箱、空調(diào)、電暖氣、電熱水器等用電功率大、消耗無功多的大宗家電逐漸進(jìn)入了百姓家庭，導(dǎo)致居民用電迅速增長的同時，無功電量增長也大幅度上升。工業(yè)用電增速 的減緩和居民生活用電增速的加大，造成電網(wǎng)峰谷差逐年增大。在負(fù)荷低谷時段，無功負(fù)荷小并且功率因數(shù)高，高壓電網(wǎng)電壓偏高，中、低壓配電網(wǎng)電壓過高；在負(fù)荷尖峰時段，無功負(fù)荷大并且功率因數(shù)低，高壓電網(wǎng)電壓偏低，中、低壓配電網(wǎng)電壓更低，部分臺區(qū)電壓甚至達(dá)不到要求。電網(wǎng)負(fù)荷特性的變化己給電網(wǎng)運行帶來了許多新矛盾。因此，為使電力生產(chǎn)更好滿足全社會需要，大力加強(qiáng)電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)难芯恳殉蔀楫?dāng)務(wù)之急。 （ 2）電力體制改革和“優(yōu)質(zhì)服務(wù)”的需要：近幾年，我國電力工業(yè)改革步伐進(jìn)一步加快。通過幾年來開展和實施“廠網(wǎng)分開，竟價上網(wǎng)”試點 ，己經(jīng)取得了許多寶貴的經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上，大范圍的、深層次的電力體制改革全面展開，全國性的五大發(fā)電公司已經(jīng)成立，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司也己正式掛牌，廠網(wǎng)分開己經(jīng)完成。區(qū)域性電網(wǎng)公司將在今年年底前正式成立。電力體制改革的宗旨，就是打破壟斷經(jīng)營，使電力企業(yè)更好地為社會服務(wù)。國家電網(wǎng)公司已于 2021年開始，在全系統(tǒng)開展了供電“優(yōu)質(zhì)服務(wù)”活動，向社會提出八項服務(wù)承諾，其中的保證供電可靠率和保證居民客戶端電壓合格率，是供電服務(wù)承諾的硬指標(biāo)。電力體制改革后的電網(wǎng)公司，除部分水力發(fā)電廠等發(fā)電資產(chǎn)外，將不再經(jīng)營管理大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 發(fā)電資 產(chǎn)。在新的形勢下，如何更好地經(jīng)營管理好電網(wǎng)，保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行，使電力體制改革得以順利實施，是電網(wǎng)公司目前面臨的一項緊迫任務(wù)。要更好地滿足社會的用電需求，完成電力體制改革的任務(wù)，保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行，兌現(xiàn)供電服務(wù)承諾，做好電網(wǎng)的無功優(yōu)化補(bǔ)償，是一項基礎(chǔ)和前提性工作。 (3)電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的重要性：電網(wǎng)公司的任務(wù)就是為社會提供普遍的服務(wù)，電網(wǎng)的作用就是對各類用戶盡可能經(jīng)濟(jì)地提供可靠而滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的電能，以隨時滿足各類用戶要求。在電網(wǎng)向電力用戶輸送有功負(fù)荷的同時，無功功率作為電力 系統(tǒng)交流電路中特有的一種分量，是必然會產(chǎn)生的。因為線路及一些電器設(shè)備如變壓器、電動機(jī)等需要建立磁場，電流滯后于電壓，因此系統(tǒng)中需要無功功率，也就需要無功電源供給。無功功率的產(chǎn)生不消耗任何能量，然而無功功率卻對電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行有著重要影響。當(dāng)電網(wǎng)中的某個點產(chǎn)生無功功率需求時，需要在該點提供與所需的無功容量相等的無功電源供給，否則該點將出現(xiàn)無功不足，其不足的無功功率將通過線路傳輸來供給，因此該點的電壓必將降低。這可由式 (11)得到證明。 UQXUPRU ??? (31) 式中 ： U? —— 線路上的電壓降； P —— 線路中傳輸有功功率； Q —— 線路中傳輸?shù)臒o功功率； R, X —— 線路的電阻和電抗； U —— 節(jié)點電壓； 在電網(wǎng)中的某個點產(chǎn)生無功不足時，就會發(fā)生不足的無功功率在電網(wǎng)中流動。在線路首端電壓和輸電線路參數(shù)不變的前提下，線路中傳輸?shù)臒o功功率越大，線路首末端的電壓降越大，末端的電壓越低。當(dāng)系統(tǒng)中無功不足的點較多時，將造成整個系統(tǒng)無功缺乏，使電網(wǎng)輸送能力降低，系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán) 重時將導(dǎo)致設(shè)備