理无功功率补偿对电能质量的影响无功功率补偿的常见方式确定补偿容量的根据和方法基于功率因数的无功补偿容量的确定方法基于线路损耗的无功补偿容量的确定方法基于工作电压的无功补偿容量的确定方法基于补偿方式的无功补偿容量的确定方法本章小结第三章无功补偿装置的设计常见的类型晶闸管控制电抗器晶闸管投切电容器型设计及参数计算参数计算固定电容器组无功容量确定槛值设计及其参数计算无源滤波器的参数计算无源滤波器原理及其特性滤波器的参数计算设计实例设计晶闸管槛值相关参数计算基波无功容量计算单调谐滤波器设计目录本章小结第四章装置的仿真研究仿真平台介绍型无功补偿装置建模仿真结果分析平衡负荷情况仿真与分析不平衡负荷情况仿真与分析本章小结第五章结论参考文献致谢华北电力大学硕士学位论文第章绪论课题的背景及意义随着国民经济的迅速增长，各种用电设备越来越多样化，尤其是在电力系统中接入了许多电力电子器件类非线性负载，这些器件发出的无功功率涌入电力系统对其造成了污染并使得电能质量下降，使得供电母线的电压波动闪变，并给系统输入大量的谐波电流。功率因数的降低使得变压器等电力设备容量得不到充分利用，并造成了传输线路上的电能损耗电力系统的大量谐波电流和无功功率，使得电网运行电力设备和供用电环节中出现各种问题。要解决这些问题，最根本的措施就是通过无功功率的补偿和谐波的抑制来提高供电网络的电能质量。静止无功补偿装置由电容器组，电抗器和开关装置组成，其通过吸收和发出无功功率来提高电网的功率因数，并具有对系统电压波动抑制的作用。静止开关装置有两种，种是断路器，另外种是电力电子开关器件。断路器是种机械装置，由于存在机械惯性，不可能跟随负载无功的实时情况就行调节，除此之外，电容器组在投切的过程中会引起操作过电压和冲击涌流，烧毁触点并造成电容器组的击穿增加维修成本。电力电子技术的飞速发展使得其在电力系统之中的地位日益显露并得到了越来越广泛的应用，等无触点开关在交流领域陆续得到成功的应用，其作为开关与断路器相比通断速度会提高倍。静止无功补偿装置的主要功能是通过对无功功率的补偿来提高系统的功率因数，从而可以使得设备的容量降低，并降低感性电流完全补偿容性电流，此时的功率因数角，。在这种情况下，感性或者是容性元件与电源之间没有无功功率的转化，所有的无功功率只在感性元件和容性元件之间互相转化。在系统中并联电容器后的等效电路图华北电力大学硕士学位论文欠补偿工况下的相量图过补偿工况下的相量图图考虑并联电容后的电力系统简化数学模型通常情况下，，即电感电流和电容电流不相等，这就出现了过补偿和欠补偿两种工况。欠补偿工况如图所示，这种工况多发生在电容器的较小的情况下，此时感性电流不能够被全部消除而使得干路电流呈现感性，因此滞后于，也可以用来说明这点。过补偿工况如图所示，这种工况多发生在电容器的较大的情况下，此时感性电流被全部消除并剩余容性电流而使得干路电流呈现容性，因此超前于，也可以用来说明这点。动态无功功率补偿的原理电力系统中的无功功率并不是成不变的，而是随着时间的变化而变化，因此对系统进行无功补偿要注重实时性。所谓动态无功功率补偿就是指能够跟随负荷无功变化而进行实时补偿，这就需要补偿装置的阻抗和容量可以迅速调整。鉴于大量电力电子器件类负载，非线性负载对电网造成的污染，电能质量严重下降等因素，研究动态补偿具有重要的现实意义，对电网实施动态无功补偿有明显优势显著提高平均功率因数。对系统的功率因数进行校正，把平均功率因数补偿到设定值。将系统的功率因数值动态的控制在期望的范围之内平稳电网电压，降低电压波动幅值并有效抑制电压突变。通过在线监测等手段实时监测系统无功情况，并根据无功功率情况调整补偿无功容量，从而达到控制电网无功功率值和电压的目的。提高系统的稳定性。极限情况是当系统发生故障时，系统的母线电压会发生急剧变化，使得母线上的负荷停止工作，系统的平衡态遭到破坏并失去自恢复能力。动态无功补偿可以根据系统的情况迅速作出反应，对系统进行电压调节，提升系统的动静态的稳定性。在此以改善电压调整的基本功能，对动态无功补偿的原理做以介绍。华北电力大学硕士学位论文图为单相情况下的各个等效元件的电路原理图。图中各符号代表的物理量是系统的线电压用表示，系统的等效电阻和等效电抗用，表示。若忽略负载的阻抗变化情况，此时，般情况下系统的电抗大于系统阻抗即，此时系统线电压与系统无功功率的关系可以用图中的实线表示，它们呈线性的关系，横坐标表示系统的无功功率也可以近似认为是系统电流。由曲线的斜率是负值可以得出系统供给的无功功率与系统的线电压呈现反比例线性关系，并可推导出相应的表达式，即式。图相系统的等效电路图图系统电压与其无功功率的关系曲线在式中，为系统的端电压而则表示该系统短路容量。用无功功率补偿设备对系统进行无功补偿，补偿以后系统的无功功率等于两部分相加后的结果，这两部分分别为负载无功功率和补偿设备的无功功率根据动态无功补偿的原理可知，补偿设备的无功功率跟随负荷无功变化而进行调整，补偿的最终目标是使得两者达到种平衡状态，这样就可以保证系统华北电力大学硕士学位论文的无功功率维持着原有的水平，进而使得母线上的电压保持在额定值或设定值。图中曲线与纵坐标的交点即无功功率为零的点点是理想的补偿情况，而在般的情况下，系统处于的状态是的点点。在对图进行分析计算时，尤其是在工程计算中，通常将用电负荷归算到系统内进行计算，此时其相当于系统的内阻，而整个系统相当于个自带内阻的电压源。等效的电压源即为图中虚线线框圈起来的部分，该电压源部分也相当于图中虚线线框圈起来的部分，忽略系统的电阻值后图和图是完全等价的。电压电流特性如下图所示，为条水平直线。由于电流为无功电流，电压维持恒定，也可以视作电压无功特性曲线。下图中为容性电流，为感性电流，为容性无功，为感性无功。图忽略电阻后的系统等效电路图图电压和无功电流关系曲线比较图和图以及它们各自所对应的电路图如和图可以看出，在系统未配置无功补偿装置时，由于系统中无功功率的存在使得其存在个电压变化值，在配置无功补偿装置后，系统的电压趋于平稳，基本上没有电压的变换，因此可以看出无功补偿对系统电压起到稳定作用，由此可以推导出无功补偿装置吸收无功功率的表达式华北电力大学硕士学位论文如上所述的补偿装置具有水平的电压电流关系特性，这种情况只是存在于理论研究的层面，是种理想的补偿状态，然而在实际工程中不可能做到补偿的无功功率和系统的无功功率完全相等的状态，因此在设计时要将电压和无功电流设置成斜率为正值的特性曲线。曲线的斜率不要过大以防止无功变化而造成电压变化过大。而斜率取为正值是为了保证系统的电压随着感性无功电流的增加而上升。这种设计需要同时考虑无功功率补偿和稳定系统电压两个因素。图设计中的补偿装置的等效电路图设计的电压和无功电流的关系曲线上图很明确的说明了在实际设计中系统电压和无功电流的关系，这种设计既考虑到了系统的无功补偿同时也考虑到了当系统感性无功增加时系统电压下降的因素。其对应的等效电路相对于图而言增加了电抗，如图所示，其所对应的等效电路图在无功补偿装置接入后所吸收的无功功率可以表示为此外需要说明的是，无功补偿装置特性曲线的斜率取决于控制系统的参数，在实际工程中，般调整为。无功功率补偿对电能质量的影响电能质量是衡量电网供电能力的个重要因素，而无功功率补偿的主要目的就是为了改善电能质量，其主要作为体现在三个方面降低设备的额定容量。有功功率和视在功率的数值关系为，华北电力大学硕士学位论文从该式可以看出提高功率因数可使有功功率所占的比例升高，从而降低设备的视在容量，因此功率因数可用下式表示其中为线电压，单位为线电流，单位。降低电压损失改善系统的电力输送的能力。系统中的无功功率会造成电压的变化而引起定的损耗，电压损失的计算公式如下式所示式中为电力网的额定电压为电网中电压和电流的相位差，为电力网中等效电阻和等效电抗分别为系统末端的有功功率，无功功率。在系统中配置无功功率补偿装置后，系统电压损失降低，计算公式如下减少线路损耗当线路流过电流时，线路的有功损耗电网中存在的无功功率会使得系统的电压上升从而引起有功功率损耗增加，用来表示这部分损耗，其表达式为无功功率补偿的常见方式无功功率补偿根据实际需要方式可以采用很多方式，常见的方式分为四种类型，如下图所示。华北电力大学硕士学位论文图常见无功补偿方式示意图集中补偿方式这种补偿方式多用在线路的末端进行无功补偿。配置的要求是负载布置较为集中，容量较大且变动较小。常应用在配电室或者变电站的低压母线上具有如下优点通过减小电网上的无功功率减小变压器的视在功率，即降低了变压器的容量，使得其容量得到充分利用。对变电站上级的输电线路进行无功补偿从而降低了有功损耗。对配电室周围的用电负载以及配电线路前段进行无功补偿，维护设备安全并降低损耗。补偿设备分布集中，便于控制和维护。这种补偿方式存在的缺点和不足是，补偿的对象有定的局限性，即只能对上级线路和变压器输出的无功功率进行补偿，而用电设备间通过配电线路传送的无功功率则表现得无能为力。分组补偿方式这种补偿方式多用在低压配电网上的无功补偿。联结的方式比较灵活，可以与低压母线的干路直接相连进行补偿，也可以根据负载的无功分布情况做分布式补偿，这种补偿方式多采用电容组设备，因为各点的无功功率变动不大，而且用电容组做补偿较为经济。与集中式补偿，分组补偿的优势体现在可以更有针对性的对无功功率分布密集的地方进行补偿，尤其是在负载分布点多，距离远的场合。随变压器补偿方式这种补偿方式专门针对变压器发出的无功功率进行补偿。应用的补偿装置多为低压电容器组，通常联结在配电变压器的二次侧具有运行可靠，维护简便的特点。专业硕士学位论文型静止无功补偿装置研究孙伟年月国内图书分类号学校代码国际图书分类号密级公开专业硕士学位论文型静止无功补偿装置研究硕士研究生孙伟导师赵洪山教授企业导师雷福庭申请学位工程硕士专业领域电气工程培养方式在职所在学院电气与电子工程学院答辩日