無(wú)功功率補(bǔ)償器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-05-07 16:31本頁(yè)面
【正文】 活用電負(fù)載中，感性負(fù)載占有很大比例。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占很大比例。感性負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。因此，提高功率因數(shù)已成為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大課題，正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)功功率的增加會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器等各種電氣設(shè)備的容量和導(dǎo)線的容量增加。無(wú)功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損 耗增加，這是顯而易見的。若是沖擊性無(wú)功功率負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)荷消耗無(wú)功功率，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無(wú)功功率。顯然，這些無(wú)功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)： (1)提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗 . (2)穩(wěn)定 受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 解決電力電子裝置產(chǎn)生的低功率因數(shù)問題不外乎兩種途徑：一種是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波也不消耗無(wú)功功率，或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；另外一種是裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，如無(wú)功功 率補(bǔ)償器等，設(shè)法對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。而后一種方法則適用于各種諧波源和低功率因數(shù)設(shè)備，并且方法簡(jiǎn)單，已得到廣泛應(yīng)用。 (1) 同步調(diào)相機(jī) 同步調(diào)相機(jī)是早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表。在過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率，提高系統(tǒng)電壓；在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng) 吸收感性無(wú)功功率，降低系統(tǒng)電壓。 (2) 并聯(lián)電容器 5 設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)方法之一，目前在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)置并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)點(diǎn)。但其維護(hù)比較方便，裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可分散裝設(shè) 。 (3) 靜止無(wú)功補(bǔ)償 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是相對(duì)于調(diào)相機(jī)而言的一種利用電容器和各種類型的電抗器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償（可提供可變動(dòng)的容性或感性無(wú)功）的上網(wǎng)裝置，簡(jiǎn)稱靜補(bǔ)裝置或精致補(bǔ)償器。 (4) 變流器模塊 由于 ASVG(Advanced Static Var Generator 新型靜止無(wú)功發(fā)生器 )的工作原理是建立在電壓型變流器基礎(chǔ)之上的，其基本構(gòu)成單元是變流器模塊，通常采用單相橋式二電平交流器，三相基本模塊的器件利用率相同，所以單純從器件利用率的角度，或者說(shuō)從同容量裝置所需的器件最小數(shù)量的角度而言，三種結(jié)構(gòu)是大體相同的。 2 SVG 的基礎(chǔ)理論 無(wú)功功率和功率因數(shù)的定義 正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù) 在正弦電路中，負(fù)載是線性的，電路中的電壓和電流都是正弦波。 電流 i分解為電壓同相位的分量 pi ，和比 電壓滯后 90176。電路的有功功率 P就是其平均功率，即： 2 π 2 π0011= d ( ω ) = ( + ) d ( ω )2 π 2 πP u i t u ip u iq t?? = 2 π 2 π( c o s c o s c o s 2 ω ) d ( ω ) ( s in s in ω ) d ( ω ) = c o s2 π 2 πU I U I t t U I t t U I? ? ? ? 電路的無(wú)功功率定義為： = sinQ UI ? 工程上，把電壓電流有效值的乘積作為電氣設(shè)備功率設(shè)計(jì)極限，這個(gè)值也就是電氣設(shè)備最大可利用容量，稱為視在功率： =SUI 有功功率和視在功率的比值為功率因數(shù)： =PS? 非正弦電路無(wú)功功率和功率因數(shù) 在含有諧波的非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義和正弦電路相同。 含有諧波的非正弦電路中的無(wú)功功率情況非常復(fù)雜，至今沒有被廣泛接受。因此，這一定義被廣泛接受。也就是說(shuō)，這一定義，對(duì)于諧波源和無(wú)功功率的辨識(shí)，對(duì)于理解諧波和無(wú)功功率的流動(dòng)，都缺乏明確的指導(dǎo)意義。 無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償原理 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能： (1) 對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷的功率因數(shù)進(jìn)行校正，使其保持在一定范圍內(nèi)； (2) 改善電壓，防止過(guò)電壓和欠電壓； (3) 減小電壓和電流的不平衡； (4) 減少電壓波動(dòng)，抑制電壓崩潰； (5) 減少諧波； (6) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限值； (7) 提高系統(tǒng)三相平衡化，使系統(tǒng)三相平衡程度提高。其中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的。電容器 C 從電網(wǎng)吸收容性電流，相當(dāng)于為電網(wǎng)提供感性電流，從而補(bǔ) 償電網(wǎng)的無(wú)功，負(fù)載無(wú)功功率的大小是隨機(jī)變化的，因此一般設(shè)置多個(gè)小容量的 TSC，根據(jù)情況分級(jí)投切，才能得到較好的補(bǔ)償效果。當(dāng) TSC 用于三相電路時(shí)，可以是 ? 連接，也可以是 Y 連接，每一項(xiàng)都可以設(shè)計(jì)成分組投切的。 電容器的分組投切在較早的時(shí)候大多是用機(jī)械斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即投切電容器，和機(jī)械斷路器相比 ，晶閘管的操作壽命幾乎是無(wú)限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切時(shí)的沖擊電流和操作困難。 9 晶閘管控制電抗器 TCR （ａ） 單相 （ｂ） 三相 圖 22 晶閘管控制電抗器 TCR TCR(thyristor controlled reactor)電路如圖 2－ 2 所示 TCR 采用相控原理，其有效移相范圍為 90176。當(dāng)觸發(fā)角 α=90176。此時(shí)電抗器吸收的無(wú)功電流最大。所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)延遲角 α的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無(wú)功補(bǔ)償。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (TCR +MSC)。 10 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TSC 圖 23 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TSC 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)由串聯(lián)補(bǔ)償電容器和與其并聯(lián)的晶閘管控制的電抗器組成，在實(shí)際中一般用幾個(gè)基本 TCSC 模塊串聯(lián)而成以得到所需的電壓等級(jí)和工作特性。 TCSC 可以控制為合適的電容或者電抗，從而通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸線的阻抗來(lái)調(diào)節(jié)線路的功率潮流傳輸。 第二， TCSC 的阻抗調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，在 其最小等效容性阻抗 minCX和最小等效感性阻抗 minLX間存在一個(gè)不可 控區(qū)，若 TCSC 是由基本單元串聯(lián)而成，則它的阻抗不可控區(qū)將很大，使 TCSC 無(wú)法完全對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制。第三， TCSC 只實(shí)現(xiàn)對(duì)線路阻抗的補(bǔ)償，而不改變線路感性性質(zhì)，所以 TCSC 只可調(diào)節(jié)潮流大小而不改變潮流方向 。 電壓源變流器型補(bǔ)償方案 電壓源變流器型補(bǔ)償是利用電力電子開關(guān)
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