电能质量优化技术与无功补偿技术

第一部分电力系统无功及相关问题电能质量优化控制与节能技术高级培训班电力系统无功及相关问题2019/8/222“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）无功的基波概念•储能元件（线性元件）•能量的存储与释放•功率因数和功率因数角•无功补偿的意义•分层与分区补偿.电力系统无功及相关问题2019/8/223•储能元件•能量的存储与释放•功率因数和功率因数角•无功补偿的意义•分层与分区补偿•电流的滞后与超前•负载上的（瞬时）负功率“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/224•储能元件•能量的存储与释放•功率因数和功率因数角•无功补偿的意义•分层与分区补偿•减小线损（减少输电代价）•改善电压质量•提高输电能力•改善系统的稳定性“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/225•储能元件•能量的存储与释放•功率因数和功率因数角•无功补偿的意义•分层与分区补偿•合理性•可行性“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/226“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）输电稳定性的考虑sinEUPX(cos)UEUQX•为了提高稳定性送端电压应较高•要限制发电机进相或高功率因数运行无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/227无功补偿与电压质量•无功与电压•冲击型无功负荷与电压波动•动态无功补偿的意义与可行性•动态无功补偿与系统的电压稳定性无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/228有关无功问题的共识•有功可远距离输送，无功应尽可能就近补偿•大的无功功率不平衡会造成电压崩溃•受电侧不仅需要电厂，还需要足够的无功支撑•主要负荷点电压低至70％～80％，就有可能发生电压崩溃无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/229未来大负荷中心区的设想远距发端负荷中心动补远距发端远距发端动补串补动补远郊电厂远郊电厂环形强受电网低频低压减载接在系统振荡中心附近，提高送电极限接在覆盖大量电动机负荷的较低的电压侧DVRAPF储能分布电源实行分时分质电价无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2210无功功率与电压jLLLLLLLLRRPRQXPXQRVVVLLLLRPRQXVV无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2211无功功率与电压LSCQVVS公共连接点短路容量无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2212电压问题的表现形式与补偿方式•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称.无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2213电压问题的表现形式与补偿方式•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称•常规无功补偿（FC）•VQC无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2214•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称•动态无功补偿（SVC，SVG）•动态电压恢复器（DVR）电压问题的表现形式与补偿方式无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2215•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称动态无功补偿（SVC，SVG）电压问题的表现形式与补偿方式无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2216•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称•避雷设备•限流措施•消谐措施电压问题的表现形式与补偿方式无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2217•电压偏差（过电压与欠电压）•电压暂降与暂升•电压波动与闪变•暂时过电压与瞬态过电压•三相电压不对称•优化电路结构•动态无功补偿（分相控制）•新型补偿装置（RPC：RailwayStaticPowerConditioner）电压问题的表现形式与补偿方式无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2218•容量配置•安装地点•投切控制（VQC）•与动态无功补偿装置的配合•谐波放大问题对各种补偿方式的要求：FC无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2219对各种补偿方式的要求：动态无功补偿•补偿装置类型选择•安装地点•响应速度，控制策略•与FC的配合•三相共补vs.分相补偿无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2220动态无功补偿的意义•在较弱的电力系统中维持稳定的电压•降低输电损耗•增加输电容量•增加瞬态稳定极限•对功率振荡起阻尼作用•改进电压控制及稳定性无功的基波概念电力系统无功及相关问题2019/8/2221非正弦环境下的无功问题无功概念的扩展•非正弦环境下的功率定义•有功功率与无功功率的物理意义•各种功率分析方法的适用场合与缺陷•与“传统的”无功分析方法的异同电力系统无功及相关问题2019/8/2222更完善的无功功率定义与理论•物理意义明确且“向前兼容”•有利于对谐波源和无功的辨识和分析•有利于为谐波抑制和无功补偿提供理论指导•便于测量和计量无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2223有功功率：具有明确的物理意义•瞬时功率的平均值•电能与其他形式的能量转换速率的度量•只有同频率的电压、电流才可能产生有功功率•传输同量的有功功率的“代价”（线损）可能不同无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2224无功功率：物理意义可能难以明确•传统定义：储能元件与电源间能量交换速率的度量•非正弦情况下无功功率概念的困惑•与传输有功功率所需“代价”有关的概念•广义的无功功率概念：相移、谐波、不平衡•三相系统与单相系统的本质区别（相间转移无功）•非正弦情况下无功补偿手段的多样性无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2225无功功率：物理意义（传统的）无功概念的扩展伴随着能量的存储与交换电力系统无功及相关问题2019/8/2226非正弦情况下的无功功率无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2227非正弦情况下的无功功率•负载中无任何储能元件•滞后的基波电流•无功补偿可以减小传输损耗•谐波抑制可以进一步减小传输损耗无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2228电力电子装置的功率因数：阻感负载（单相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2229221,3,5,...πndIInn122πdII1220.9πII电力电子装置的功率因数：阻感负载（单相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/22301220.9πII11coscos111cos0.9cosII电力电子装置的功率因数：阻感负载（单相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2231电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2232电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/223361,5,7,...πndIInn160.78πddIII电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）20.8163ddIII130.955πII无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2234130.955πII11coscos111cos0.955cosII电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2235电力电子装置的功率因数：阻感负载（多相）双桥12脉动：无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2236130.989πII11coscos111cos0.989cosII电力电子装置的功率因数：阻感负载（多相）双桥12脉动：无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2237电力电子装置的功率因数：考虑换相过程无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2238电力电子装置的功率因数：考虑换相过程2arccoscos2sdLLXIV1coscos21coscos()cos2无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2239电力电子装置的无功补偿（阻感负载）•相移功率因数往往是影响总功率因数的主要因素•相移功率因数并不与储能元件直接相关•采用传统的无功补偿方法仍然有效•传统的无功补偿方法无法解决畸变无功问题•在很多场合谐波问题也必须解决无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2240电力电子装置的功率因数：大电容负载无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2241电力电子装置的功率因数：大电容负载无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2242电力电子装置的功率因数：大电容负载无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2243电力电子装置的功率因数：大电容负载•交流电流畸变是影响总功率因数的主要因素•大电容滤波负载的功率因数有可能是略超前的•采用传统的无功补偿方法基本无效•需要通过抑制交流电流谐波来提高功率因数•解决方案：功率因数校正电路无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2244三相系统与单相系统的无功功率•三相不仅仅是三个单相的叠加•各相的“个体”与三相的“整体”•相间转移无功与系统－负荷交换无功•无储能元件无功补偿装置的理论可行性无功概念的扩展电力系统无功及相关问题2019/8/2245单相系统的瞬时功率与有功功率()()()2sin2sin()2sinsin()coscos(2)ptvtitVtItVIttVIVIt有功功率深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2246单相系统的瞬时功率与有功功率深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2247单相系统的瞬时功率与有功功率2()()()2sinsin()2sin(cossinsincos)2cossin2sinsincoscos(1cos2)sinsin2ptvtitVIttVItttVItVIttVItVItPartI电阻性功率PartII电抗性功率有功功率无功功率深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2248单相系统的瞬时有功电流与瞬时无功电流()()()2sin2cossin2sincos()[()()]pqptvtitVtItItvtitit瞬时有功电流瞬时无功电流深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2249单相系统的等值电路有功功率（电阻性功率）无功功率（电抗性功率）深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2250单相系统的瞬时功率与有功功率深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2251三相系统的瞬时功率与有功功率深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2252电力系统电压为正弦波情况下的无功分析•与实际情况比较接近•简化分析又不失结果的本质•广义的无功：谐波•广义的无功：不平衡深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2253畸变无功功率22211222PQDSUIUIIIPQD有功分量基波无功分量畸变无功分量深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2254畸变无功功率22211222PQDSUIUIIIPQD与线损成正比与传输的有功成正比深入的无功分析电力系统无功及相关问题2019/8/2255功率因数1111coscosUIIPPFSUII畸变功率因数相移功率因数