【正文】 利用率 因為功率因數(shù)還可以表示成下述形式： UIPSP ???co s (1─ 1) 其中 U —— 線電壓（ KV）； I —— 線電流（ A）。 S = (P2+Q2)1/2 （ 1— 1） 式中 S—— 視在功率， kVA； 河北工程大學 畢業(yè)設計 4 P—— 有功功率， kW； Q—— 無功功率， kvar。電容器在交流電網(wǎng)中接通時，在一個周期內，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無功功率。例如，通過磁場，變壓器才能改變電壓并且將能量送出去，電動機才能轉動并帶動機械負荷。因此無功功率 對電力系統(tǒng)是十分重要的。無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質量、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運行所不可缺少的部分。近年來，國內外學者又提出了廣義平均無功功率、瞬時無功功率以及廣義瞬時無功功率的概念。在非正弦電路中，無功功率的概念卻很抽象，并且至今未獲得公認的無功功率定義。在正弦電路中，無功功率的概念有清楚的物理意義，無功功率表示有能量交換，但不消耗功率，其幅值可作為能量交換的量度。變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，這正是無功功率交換的規(guī)律。將 此裝置安裝于居民 (或商業(yè) ) 用戶的集中供電箱中，這樣就構成了新的動態(tài)補償控制方案，如圖 圖 13 用戶端動態(tài)補償方案 由圖可見，采用這種方式后，對于變壓器至用戶集中配電箱這段電路的線路損失也得到了補償，其帶來的經(jīng)濟效益是相當可觀的。為及時發(fā)現(xiàn)并解決這一問題，也應對電容器的工作溫度、電容量等參數(shù)進行檢測，并將檢測結果及時發(fā)送給控制終端，便于及時維修更換，避免事故的發(fā)生。 河北工程大學 畢業(yè)設計 2 另外，在分析補償過程中所提到的電容器，是按理想電容器來分析計算的，實際的電容器可等效為電阻 R與電容器 C并聯(lián)電路 ,電阻減小，電容器介質損耗增加，電容器發(fā)熱，電解液易枯竭使電容量減小，補償不足。為了彌補這一缺陷，就有必要對整個供電系統(tǒng)中的各段電路功率因數(shù)補償裝置進行集中調控，使整個系統(tǒng)處于協(xié)調工作狀態(tài)。具體的方法是通過對電壓 U和電流 I 的相位檢測來判斷是否并入補償電容器，并入幾個，這些都是通過控制裝 置自動完成的，這就是動態(tài)無功功率補償裝置的工作原理。 在實際應用中，由于電路特性是隨時變化的，為了達到較好的補償效果，就必須動態(tài)跟蹤電路特性的變化，實時監(jiān)測電路中 U 與 I 的相位差角，根據(jù)角的大小決定并聯(lián)電容器的值。另外一種是在電網(wǎng)上并入同步電動機，通過改變同步電動機勵磁電流的方法來改變電路負載特性。電容投切控制使用固態(tài)無觸點開關，采取過零寬高頻調制脈沖觸發(fā)方式，以減少沖擊電流；關斷采用電流過 零自然關斷；投入采用記憶方式，保證原電容充電方向與系統(tǒng)電源方向一致。電容的分組可以采 8： 4： 2： 1的比例，使調節(jié)更加精細。要考慮適應現(xiàn)場惡劣電磁環(huán)境，保證能夠長期可靠運行，不發(fā)生死機現(xiàn)象 。隨著單片機技術 和電子測量技術的發(fā)展，現(xiàn)在有條件實時測量出功率因數(shù)，根據(jù)測量結果及時進行補償，補償?shù)某潭瓤梢跃唧w線路進行設定。河北工程大學 畢業(yè)設計 I：張國偉 指導老師：劉文勝 二 00 九年六月 河北工程大學 畢業(yè)設計 II 前 言 ...........................................................................................................III 第一章 動態(tài)無功功率補償裝置概述 .............................................................. 1 第一節(jié) 現(xiàn)有補償裝置存在的問題及解決方法 ......................................... 1 第二節(jié) 無功補償和 提高功率因數(shù)的意義 ................................................. 3 第三節(jié) 無功功率補償技術的發(fā)展趨勢 ............................................. 13 第二章 補償裝置現(xiàn)狀的調研與問題的提出 ................................................. 15 第一節(jié) 無 功功率補償?shù)姆N類和特點 ....................................................... 15 第二節(jié) 問題的提出 ............................................................................ 21 第三章 無功功率優(yōu)化動態(tài)補償裝置 .......................................................... 25 第一節(jié) 裝 置簡介 ........................................................................ 25 第二節(jié) 工作原理 .............................................................................. 26 A ...................................................................................................................... 30 第三節(jié) 抗干擾措施 .............................................................................. 41 第四章 設計總結 ................................................................................ 43 參考文獻： ..................................................................................................... 45 河北工程大學 畢業(yè)設計 III 前 言 無功功率補償是電力系統(tǒng)的經(jīng)典話題，補償?shù)卯?，可以提高供電效率，減少線路損耗，提高供電質量。以前的補償裝置多用估算的辦法，不能適應動態(tài)的要求。本設計就是要完成這樣的實際裝置。 在本設計中，用 PT和 CT分別采樣電流、電壓信號，由單片機進行相位差計算，根據(jù)計算結果，投入或切掉并聯(lián)的補償電容。相位測量可以采用單片機計數(shù)配合電子線路實現(xiàn)。 河北工程大學 畢業(yè)設計 1 第一章 動態(tài)無功功率補償裝置 概述 為提高供電設備效率，減少供電線路電能損失，國內外自上世紀 50 年代初就開始進行無功功率補償裝置的研究工作，其方法主要有兩種：一種是在電網(wǎng)上并聯(lián)電容器，通過提高電網(wǎng)的功率因數(shù)達到減少線路電壓損耗，提高供電設備利用率的目的 。其中前一種方法適用于居民、商業(yè)及小型工廠的低壓供電系統(tǒng)，而后一種方法適用于大型工廠中的無功功率補償?；镜墓β室驍?shù) ?cos 補償電路如圖 11 所示 圖 11 功率因數(shù)補償電路 電路中的 K1～ K n 在自動動態(tài)補償裝置中可采用雙向可控硅，在電路工作時，一般保證 ?cos ，避免電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，損壞電網(wǎng)供電設備和用電器。 第一節(jié) 現(xiàn)有補償裝置存在的問題及解決方法 上面所述的方法只局限于某一段電路，并沒有從整個電力網(wǎng)的角度來分析。由于現(xiàn)有的動態(tài)功率因數(shù)補償裝置還沒有實現(xiàn)整網(wǎng)連調，所以，有必要增加動態(tài)功率因數(shù)補償裝置的數(shù)據(jù)通訊功能，將其工作狀態(tài)及相關的電流、電壓、功率因數(shù)、工作溫度、環(huán)境狀態(tài)等參數(shù)發(fā)送到總調室，總調室中的主控微機則根據(jù)前端工作狀態(tài)實時調整控制參數(shù)達到 整網(wǎng)均衡運行的目的。同時，電容器在密閉較嚴時易出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。對于功率因數(shù)補償問題，多年來，人們一直在變壓器輸出端或工廠電力入口等前端上進行無功功率補償，補償方案如圖 12所示 圖 12 前端無功功率補償方案 由圖可見，前端補償只補償了 10 kV 以上供電網(wǎng)的無功電流， 400 V 低壓輸電網(wǎng)下端的無功電流并沒有得到補償，而現(xiàn)今居民和商業(yè)用電戶，多采用節(jié)能型日光燈照明，電路功率因數(shù)低，且得不到補償圖 13 為了解決這一問題，有必要開發(fā)研制一種造價低、性能好的小型動態(tài)無功功率補償裝置 (MTSC) 。 河北工程大學 畢業(yè)設計 3 第二節(jié) 無功補償和提高功率因數(shù)的意義 一 無功補償?shù)幕靖拍? 無功功率在電氣技 術領域是個必不可少的重要物理量。因此有磁場空間和電場空間才能存在無功功率產(chǎn)生的空間。傳統(tǒng)上無功功率一般采用平均無功功率概念，它是電路中儲能元件與電源交換功率的最大值，也是儲能元件與電源間交換能量的一種量度。于是在在非正弦波情況下，有關平均無功功率的定義有兩種學派：一種是依據(jù) Budeaun 的定義，采用頻域分析法；另一種是依據(jù) Fryze的定義，采用時域分析法。 近年來，隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡逐漸形成，同時對電網(wǎng)無功功率的要求也日益嚴格。電網(wǎng)無功功率不平衡將導致系統(tǒng)電壓的巨大波動，嚴重時會導致用電設備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。 二 電力網(wǎng)絡的功率因數(shù) 接在電網(wǎng)中的許多用電設備是根據(jù)電磁感應原理工作的。磁場所具有的磁場能是由電源供給的，電動機和變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收的功率和釋放的功率相等，這