无功补偿在电力系统中的应用

1无功补偿在电力系统中的应用2摘要用电管理的意义就是能够给用电客户端提供平稳的电能质量，电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，电压问题本质上就是一个无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。根据无功功率的平衡原理,依据无功补偿的原则,介绍无功补偿技术对低压电网功率因数的影响。通过无功补偿和电压调节，使无功功率得到了自动实时补偿，实现从离线处理到实时处理,从就地平衡到全网平衡,从单独控制到集中控制，避免了人工监视、手动投切的各种弊端。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题，解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。关键词:3目录摘要·················································2目录·················································3引言·················································4第一章公司的无功现状·······························5第二章无功补偿的概念·······························6第一节无功补偿的概念·····························6第二节无功补偿解析·······························7第三节无功补偿的类型····························17第三章无功补偿对低压电网功率因数的影响············20第一节无功补偿的合理配置原则····················20第二节影响功率因数的主要原因····················21第三节低压配电网无功补偿的方法··················22第四节无功功率补偿容量的选择方法················23第四章无功补偿的效益······························26第五章10KV高压智能型无功补偿装置··················31第六章变电站高压无功补偿电容器装置简介······36第七章无功补偿在公司范围内的实际运用原则·········38致谢················································40参考文献············································414引言电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如感应电机、电冶炼设备等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。提高功率因数后可以达到节约电能、降低损耗的目的，同时用户也可以减少电费的支出。我国的电价结构包括基本电费、电能电费和按功率因数调整电费三部分。因此，用户通过合理的无功补偿投资，也能获得较好的经济效益。而目前许多农电用户对提高功率因数的重要性认识不足，造成了电能的损失和浪费。传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定不能动态的跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。通过论文让大家能够对无功补偿有更深的了解，以及无功功率的补偿方案和功率补偿所带来的经济效益。5第一章公司的无功现状公司现有35KV变电站10座，变压器总容量82400千伏安，35KV线路18条，10KV公用线路41条，在2009年前，公司在变电站安装的电容器不足3000千乏，且只为人工投切方式，但从配置来说，远远满足不了要求，在线路中无功补偿安装中，35KV线路基本为零，在10KV线路上只安装了3条线路3组自动无功补偿装置，容量为1200千乏，固定电容器只有750千乏，公变台区几乎没有安装无功补偿装置。从2009年的统计数据来看，35KV线路端的功率因数普遍低于0.95；10KV线路功率因数在0.9～0.95的不足10条，而这些能达到要求的线路都是专变用户较多且需要执行功率因数考核的线路；在配电变压器中，极大部分台区没有按照要求装设低压无功补偿。从补偿来源看来，基本上35KV线路依靠变电站，10KV线路依靠需要考核功率的因数的用户和小水电站进行补偿。通过不断的建设，目前变电站无功补偿总容量达到了11500千乏，已经基本满足了要求，但是10KV线路无功补偿容量仍然不足，而且配电变压器才开始消除没有无功补偿的空白，需要在今后的规划中不断改进。6第二章无功补偿的概念第一节无功补偿的概念电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。电网中无功不平衡主要有两方面的原因：一方面是输送部门传送的三相电的质量不高，一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的原因综合起来导致了无功的大量存在。在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行控制。现如今大部分用电设备为感性负载，自然功率因数较低，用电设备在消耗有功功率的同时，还需无功功率由电源送往负荷。功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，通过合理采用无功补偿技术，可以减少无功功率在电网中的流动。为了提高企业无功功率补偿装置的经济效益，减少无功补偿的流动，无功补偿应遵循就地补偿，就地平衡的原则，以满足需要。借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。7第二节无功补偿解析1.2.1无功补偿的原则国家《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行。a.总体平衡与局部平衡相结合；b.电力补偿与用户补偿相结合；c.分散补偿与集中补偿相结合；d.降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的技术原则无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输8（图1-1）无功就地平衡示意图无功补偿设备的优化配置原则为：“总体平衡与局部平衡相结合；供电部门补偿与用户补偿相结合；集中补偿与分散补偿相结合，以分散为主；降损与调压相结合，以降损为主。”无功就地平衡示意图如图1-1所示。91.2.2无功功率平衡欲维持电力系统电压的稳定性，应使电力系统中的无功功率保持平衡，即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下：Qgc-Qld-Ql=Qr式中Qgc——电源发出的无功功率之和;Qld——无功负荷之和;Ql——网络中的无功损耗之和;Qr——系统可提供的备用无功功率。Qr0，表示系统中无功功率可以平衡而且有适当的备用；Qr0，表示系统中无功功率不足，此时，为保证系统的运行电压水平，就应考虑加设无功补偿装置。Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc，即Qgc=Qg＋Qc1.2.2.1补偿容量不足时的无功功率平衡进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压（图1-2）系统无功功率负荷的静态电压特性曲线10质量就得不到保证。在图1-4所示的系统无功功率负荷的静态电压特性曲线中，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc(QgcQGCN)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于UN。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。1.2.2.2系统无功功率电源充足时的无功功率平衡在正常情况下(系统电压为额定电压)，如图1-3所示，系统无功电源Q同电压U的关系为曲线1，负荷的无功电压特性为曲线2，两者的交点a确定了负荷节点的电压Ua。22~~~（图1-3）系统无功功率电源充足时的无功功率平衡曲线11当负荷增加时，如曲线2所示，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线2的交点a＇就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ua′，显然Ua′UA,说明负荷增加后，系统的无功功率电源已不能满足在电压UA下的无功平衡，只能降低电压运行，以取得较低电压下的无功功率平衡；但如果系统无功电源比较充足，通过补偿，电源的无功特性将上移到曲线1′的位置，从而使曲线1′与2′的交点C所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值UA。由此可见，若系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平;反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。1.2.2.3实行实时无功补偿和电压调节为了实行实时无功补偿，优化无功潮流分布，提出一种全网无功补偿和电压优化实时控制方法，以实现从离线处理转化为实时处理，提高全网各节点电压合格率，减少网损，取得较好的经济性。1.2.3.1控制无功补偿和电压优化的规则以全网网损尽量小、各节点电压合格为目标，以调度中心为控制中心，以各变电站的有载调压变压器分接头调节与电容器投切为控制手段。1.2.3.2控制流程首先从调度自动化系统采集数据，送入电压分析模块和无功分析模块进行综合分析，形成变电所主变分接头调节指令、变电所电容器投切12指令，由调度中心、集控中心、配调中心控制系统执行，循环往复。无功电压实时控制流程见图1-4。调度中心、集控中心、配调中心执行形成电容器投切指令形成变压器分接头调节指令无功分析模块电压分析模块从调度自动化系统采集数据（图1-4）无功电压实时控制流程见图1.2.3.3无功补偿与电压优化的控制原理电力系统电压无功限值区间的划分(动态9区图)见图1-5。根据该图在各区内，以最优的控制顺序和电压无功设备组合使运行点进入无功、电压均满足要求的第9区。电压控制按照逆调压原则，当电压变化超出电压曲线的允许偏差范围(U上—U下)或超出无功功率允许偏差范围(Q上—Q下)时，根据整定的偏移量发出电容器投切指令或变压器分接头调整指令，从而达到调整电压和无功潮流的目的。13上下上下（图1-5）电压无功限值区间划分其中，U上、U下分别为电压约束上、下限，Q上、Q下分别为无功约束上、下限，各区动作方案如下。1区：电压超下限，无功超上限。设定电容器投入容量，并发出电容器投入指令，当电容器全部投入后，电压仍低于U下时，发出变压器分接头升压调节指令。2区：电压合格，无功超上限。发出电容器投入指令，当电容器全部投入后运行点仍在该区，则维持运行点。3区：电压超上限，无功超上限。发出变压器分接头降压调节指令；当有载调压已处于下限时，再发出上一级变压器分接头调节指令。4区：电压超上限，无功合格。动作方案同3区。5区：电压超上限，无功超下限。发出电容器切除指令，当电容器全部切除后，电压仍