电力系统无功补偿

电力系统无功补偿
电力系统无功补偿

毕业论文(设计)

题目电力系统的无功优化、补偿及无功补

偿技术对低压电网功率因数的影响

2007年8月30日

电力系统的无功优化、补偿及

无功补偿技术对低压电网功率因数的影响

电气工程及其自动化专业

学生:指导教师:

摘要:电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压,减小网损,提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前常用的无功优化和无功补偿进行了总结,对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。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。

关键词:无功优化无功补偿网损电压质量功率因数

Reactive power system optimization, compensation and Reactive power compensation of low voltage

network of power factor

Electrical Engineering and Automation

Student:Luobifeng Supervisor:Qingyuanjiu

Abstract:Reactive optimization and reactive compensation of power system is a valid way to increse the sy stem’s operating voltage and maintenance level .It’s also the way to reduce the internet loss . This essay summarize what Reactive optimization and reactive compensation are in our daily life. It also discusses and studies some problems existing in reactive optimization and reactive compensation. Voltage is one of the important targets of Quality of power supply, whose quality will affect stabilization of power grids and electric equipment functioning well

directly. Lin loss and safety in production in industry and agriculture ,the production’s quality , electrical energy depth loss ,and electrical energy used by common people every day will be infulenced directly by it too. voltage qualit is an important factor to affect voltage quality .so voltage qualit and voltage qualit are closely related to each other. The problems about voltage is the problem of reactive energy in nature.All in all,to solve the problem of reactive compensation well is very meaningful and necessary. Keywords:Reactive Optimization Reactive Compensation Internet loss of voltage qulity Power Factor

目录

一、前言 (6)

二、无功优化和补偿的原则和类型 (6)

1、无功优化和补偿的原则 (6)

2、无功优化和补偿的类型 (7)

三、输配电网络的无功优化 (7)

1、无功优化的目标函数 (7)

2、优化算法 (8)

四、配电线路上的无功补偿及用户的无功补偿 (8)

1、配电线路上的无功补偿 (8)

2、用户的无功补偿 (10)

五、影响功率因数的主要因素 (12)

1、异步电动机和变压器 (12)

2、供电电压超出额定范围 (12)

3、电网频率的波动 (12)

六、低压配电网无功补偿的方法 (12)

1、随机补偿 (12)

2、随器补偿 (13)

3、跟踪补偿 (13)

七、无功补偿容量的选择方法 (13)

1、单负荷就地补偿 (13)

2、多负荷补偿 (14)

八、无功补偿的效益 (14)

1、节省企业电费开支 (14)

2、提高设备的利用率 (14)

3、降低系统的能耗 (15)

4、改善电压质量 (15)

5、增加变压器容量 (15)

九、结束语 (15)

十、参考文献 (16)

电力系统的无功优化、补偿及无功补偿技术对低压电网功率因数的影响

一前言

随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行,输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损,提高系统运行的经济性,可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损

和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。

无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量(发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起,因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。

无功补偿,就其概念而言早为人所知,它就是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。无功补偿的合理配置原则从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出,各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率,尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗,提高输配电设备的效率,无功补偿设备的配置,应按照“分级补偿,就地平衡”的原则,合理布局。

(1)总体平衡与局部平衡相结合,以局部为主。

(2)电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50%~60%,其余的无功功率消耗在配电网中。因此,为了减少无功功率在网络中的输送,要尽可能地实现就地补偿,就地平衡,所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

(3)分散补偿与集中补偿相结合,以分散为主。集中补偿,是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿,指在配电网络中分散的负荷区,如配电线路,配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中

补偿,主要是补偿主变压器本身的无功损耗,以及减少变电所以上输电线路的无功电力,从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损,必须做到无功功率在哪里发生,就应在哪里补偿。所以,中、低压配电网应以分散补偿为主。

(4)降损与调压相结合,以降损为主。

二无功优化和补偿的原则和类型

1、无功优化和补偿的原则

在无功优化和无功补偿中,首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定:

1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制;

2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。

3)无功分层平衡,即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。

4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。

2、无功优化和补偿的类型

电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上),由于线路的容性充电功率很大,据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上,电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿,并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。

三输配电网络的无功优化(闭式网)

电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起,即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。

1、无功优化的目标函数

参考文献[3]中著名的等网损微增率定律指出,当全网网损微增率相等时,此时的网损最小。无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿),这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面,该方法没有计及其它控制变量的调节作用,同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等,这样做的计算量太大且费时。与此同时,国内外学者对无功优化进行了大量研究,提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种,其一为不计无功补偿设备的费用,以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达:

其二,以系统运行最优为目标函数,它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用,可用下式表达:

式中,β为每度电价,τmax为年最大负荷损耗小时数,α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率,KC为单位无功补偿设备的价格,QC∑为无功补偿总容量。

模型二考虑了投资问题,可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行,各部门都追求经济效益,显然考虑了无功投资问题更合理一些。

2、优化算法

由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解,是一些算法的出发点,如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等,以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中,忽略了二阶及以上的项,其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性,又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法,使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。

针对线性算法方法的不足,又提出了一些运用非线性算法,混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解,但由于无功优化本身的特性,使计算复杂、费时,且不能保证可靠收敛。

为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节,电容器组的投切)的处理,基于人工智能的新方法,相继提出了遗传算法,Tabu搜

索法,启发式算法,改进的遗传算法,分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等,这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度,并且有些方法已经投入

实际应用并取得了较好的效果。

但在无功优化仍有以下一些问题需要解决:

1)由于无功优化是非线性问题,而非线性规划常常收敛在局部最优解,如何求出

其全局最优解仍需进一步研究和探讨。

2)由于以网损为最小的目标函数,它本身是电压平方的函数,在求解无功优化时,最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限,而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小,可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和

经济运行指标相统一仍需进一步研究。

3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高,对无功优化的实时性提出了很高的要求,如何在很短的时间内避免不收敛,求出最优解仍需进一步研究。

四配电线路上的无功补偿及用户的无功补偿

1、配电线路上的无功补偿

由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大,无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大,故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。

其原理可简述如下:

当线路输送的无功功率Q,线路长度L,每组补偿距离为x时,每组补偿容量

为Qx

Qx=Qx/L

当认为电容器安装在补偿区间中心时,降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示:

当第i组电容器安装地点离末端的距离为:

对任一组电容器安装位置离末端的位置为:

xi=L(2i-1)/(2n+1)

其最佳补偿容量为:

nQx=2nQ/(2n+1)

这样即可求得表1的数据。

对于配电线路的无功补偿可有效降低网损,但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的,如果线路上的无功潮流为非均匀分布的,得出的结论将不同;同时在线路上安装电容器组时,其维护、操作比较不便,且也没有考

虑补偿设备的投资问题。因此,建议采用下述方式。

2、用户的无功补偿

对于企业及大负荷用电单位,按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献[8]指出在补偿容量相等的情况下,低压就地补偿减低的线损最大,因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分,使流经线路和变压器上的无功电流大大减小,显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献[6]指出了对于开式网的最佳补偿容量,三种常见的开式网可见图2所示。

(1)放射式开式网的最佳无功补偿

对于用户或经配变出线的开式网络,针对开式网的接线的最佳无功补偿容量,参考文献[6]进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数,为了分析,下面进行了简单的推导:

对于网络为放射式网络,此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为:

由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响,因此有功功率对网损的影响可不考虑,(4)式可简化为下式:

在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。

(2)干线式和链式开式网的最佳无功补偿

对于干线式及链式接线开式网,在第i=1点设置无功补偿,其QC1,op同放射式开式网,若在i=1,2 设置无功补偿,见图2(b)、(c)所示。

此时年计算支出费用可用下式表达:

同理,可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见,节点2电压可认为与节点1电压近似相等):

式中R∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和,此处R∑=R1+R2,推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为:

上述公式简单明了,且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起,通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量,避免了计算的迭代过程,具体算例可见参考文献[3]例6-2,在6-2例中,求解最佳补偿容量是通过求解5组方程,6次迭代所得,而利用上述的推导公式可一次性计算出。

五影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。当有功功率P一定时,如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。在极端情况下,当Q=0时,则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一

定的影响

以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素,因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法,使低压网能够实现无功的就地平衡,达到降损节能的效果。

六低压配电网无功补偿的方法

提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术,我们通常采用的方法主要有三种:随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

1、随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电机,同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。

随机补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活,维护简单、事故率低等。

2、随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分,对于轻负载的配变而言,这部分损耗占供电量的比例很大,从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点:接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低无功网损,具有较高的经济性,是目前补偿无功最有效的手段之一。

3、跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户,可以替代随机、随器两种补偿方式,补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活,运行维护工作量小,比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时,应优先选用跟踪补偿方式。

七无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时,补偿容量的选择分两大类讨论,即单负荷就地补偿容量的选择(主要指电动机)和多负荷补偿容量的选择(指集中和局部分组补偿)。

1、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

(1)、美国资料推荐:Qc=(1/3)Pe [额定容量的1/3]

(2)、日本方法:从电气计算日文杂志中查到:1/4~1/2容量计算

考虑负载率及极对数等因素,按式(5)选取的补偿容量,在任何负载情况下都不

会出现过补偿,而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用,对一般情况都可行,特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下,其补偿效果较差。

(3)、经验系数法:由于电机极数不同,按极数大小确定经验系数选择容量比较接近实际需要的电容器,采用这种方法一般在70%负荷时,补后功率因数可在0.95~0.97 之间

经验系数表

电机类型一般电机起重电机冶金电机

极数 2 4 6 8 10 8 10

补偿容量(kvar/kw) 0.2 0.2~0.25 0.25~0.3 0.35~0.4 0.5 0.6 0.75

电机容量大时选下限,小时选上限;电压高时选下限,小时选上限4

Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1]

实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。

(4)、如果测试比较麻烦,可以按下式

Qc≤ √3UeIo×10-3 (kvar)

Io-空载电流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典电气公司推荐公式

Qo 若电动机带额定负载运行,即负载率β=1,则:Qo 根据电机学知识可知,对于Io/Ie较低的电动机(少极、大功率电动机),在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高,即两者相差较大,在考虑导线较长,无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下,此式来选取是合理的。(5)、按电动机额定数据计算:

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K为与电动机极数有关的一个系数

极数: 2 4 6 8 10

K值: 0.7 0.8 0.85 0.9

2、多负荷补偿容量的选择

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

(1)对已生产企业欲提高功率因数,其补偿容量Qc按下式选择:Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中:Km为最大负荷月时有功功率消耗量,由有功电能表读得;Kj为补偿容量计算系数,可取0.8~0.9。Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、tgφ2意义同前,tgφ1由有功和无功电能表读数求得。

(2)对处于设计阶段的企业,无功补偿容量Qc按下式选择:Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn为年平均有功负荷系数,一般取0.7~0.75。Pn为企业有功功率之和;tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值,也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

多负荷的集中补偿电容器安装简单,运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时,会造成过补偿,使运行电压抬高,电压质量变坏。因此这种方法选择的容量,对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿,即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少,对高压来说应考虑采取防过补偿措施。

八无功补偿的效益

在现代用电企业中,在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中,以致电网传输功率除有功功率外,还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70~0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%~90%,如果把功率因数提高到0.95左右,则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入,会给用电企业带来效益。

1、节省企业电费开支

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的,因为国家电价制度中,从合理利用有限电能出发,对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值,低于规定的数值,需要多收电费,高于规定数值,可相应地减少电费。可见,提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

2、提高设备的利用率

对于原有供电设备来讲,在同样有功功率下,因功率因数的提高,负荷电流减少,因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备,从而满足了负荷增长的需要;如果原网络已趋于过载,由于功率因数的提高,输送无功电流的减少,使系统不致于过载运行,从而发挥原有设备的潜力;对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量,减少投资费用,在一定条件下,改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此,使用无功补偿不但减少初次投资费用,而且减少了运行后的基本电费。

3、降低系统的能耗

补偿前后线路传送的有功功率不变,P= IUCOSφ,由于COSφ提高,补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便,可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,这样线损 P减少的百分数为:ΔP%= (1-I22/I12)×100%=(1- COS2φ1/ COS2φ2)× 100%

当功率因数从0.70~0.85提高到0.95时,由(2)式可求得有功损耗将降低20%~45%。

4、改善电压质量

以线路末端只有一个集中负荷为例,假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为:

△U=(PR+QX)/Ue×10-3(KV) 两部分损失:PR/ Ue→输送有功负荷P产生的;QX/Ue→输送无功负荷Q产生的;

配电线路:X=(2~4)R,△U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器:X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q 产生的

可以看出,若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定,有利于大电动机的起动。因此,无功补偿能改善电压质量(一般电压稳定不宜超过3%)。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的,对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数,减少线损,调压只是一个辅助作用。

5、增加变压器容量

三相异步电动机通过就地补偿后,由于电流的下降,功率因数的提高,从而增加

了变压器的容量,计算公式如下:

△S=P/ COSφ1×[( COSφ 2/ COSφ1)-1]

如一台额定功率为155KW水泵的电机,补前功率因数为0.857,补偿后功率因数为0.967,根据上面公式计算其增容量为:

(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA

九结束语

电力系统的无功优化和无功补偿需要比较精确的负荷数据、发电机数据、变压器参数等等。同时在电力系统的实际运行中,电力系统的状态是连续变化的,因此无功优化和无功补偿应根据实际情况灵活运用。随着调度自动化、配网自动化和无人变电站的进一步实现,需要计算快,收敛性良好的算法,同时伴随着电力市场的实行,无功定价理论的逐渐成熟,无功优化的理论也将相应改变并进一步完善。

文中集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益,介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法,讨论了如何确定无功功率的补偿容量,确保补偿技术经济、合理、安全可靠,达到节约电能的目的。

十参考文献

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12、张伯明,陈寿孙著:《高等电力网络分析》,清华大学出版社,1996年

国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则

国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 为进一步加强国家电网公司无功补偿装置的技术管理工作,规范电网无功补偿的配置要求,提高电网的安全、稳定、经济运行水平,国家电网公司在广泛征求公司各有关单位意见的基础上,制定完成了《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》,并于8月24日以国家电网生[2004]435号印发,其全文如下: 国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 第一章总则 第一条为保证电压质量和电网稳定运行,提高电网运行的经济效益,根据《中华人民共和国电力法》等国家有关法律法规、《电力系统安全稳定导则》、信息来源:《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》等相关技术标准和管理规定,特制定本技术原则。 第二条国家电网公司各级电网企业、并网运行的发电企业、电力用户均应遵守本技术原则。 第二章无功补偿配置的基本原则 第三条电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下,分(电压)层和分(供电)区的无功平衡。分(电压)层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡,分(供电)区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况,实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合,电网补偿与用户补偿相结合,高压补偿与低压补偿相结合,满足降损和调压的需要。 第四条各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500(330)kV 电压等级系统与下一级系统之间不应有大量的无功电力交换。500(330)kV电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。 第五条受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时,应通过技术经济比较,考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。 第六条各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设,合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大,并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV~220kV变电站,在主变最大负荷时,其高压侧功率因数应不低于0.95,在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。 第七条对于大量采用10kV~220kV电缆线路的城市电网,在新建110kV 及以上电压等级的变电站时,应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。

电力系统无功补偿论文

电力系统的无功优化、补偿及无功补偿技术对低压电网功率因数的影响 电气与信息工程学院 自动化13-2 马春野 20131802

电力系统的无功优化、补偿及 无功补偿技术对低压电网功率因数的影响 一前言 随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行,输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损,提高系统运行的经济性,可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功补偿,就其概念而言早为人所知,它就是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。 二无功优化和补偿的原则和类型 1、无功优化和补偿的原则 在无功优化和无功补偿中,首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定: 1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制; 2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。 3)无功分层平衡,即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。 2、无功优化和补偿的类型 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上),由于线路的容性充电功率很大,据统计在500kV 每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上,电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿,并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。

《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》

《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》 第一章总则 第一条为保证电压质量和电网稳定运行,提高电网运行的经济效益,根据《中华人民共和国电力法》等国家有关法律法规、《电力系统安全稳定导则》、信息来源:《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》等相关技术标准和管理规定,特制定本技术原则。 第二条国家电网公司各级电网企业、并网运行的发电企业、电力用户均应遵守本技术原则。 第二章无功补偿配置的基本原则 第三条电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下,分(电压)层和分(供电)区的无功平衡。分(电压)层无功平衡的重点是220kV 及以上电压等级层面的无功平衡,分(供电)区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况,实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合,电网补偿与用户补偿相结合,高压补偿与低压补偿相结合,满足降损和调压的需要。 第四条各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500(330)kV电压等级系统与下一级系统之间不应有大量的无功电力交换。500(330)kV电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。 第五条受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时,应通过技术经济比较,考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。 第六条各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设,合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大,并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV~220kV变电站,在主变最大负荷时,其高压侧功率因数应不低于0.95,在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。 第七条对于大量采用10kV~220kV电缆线路的城市电网,在新建110kV及以上电压等级的变电站时,应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。 第八条35kV及以上电压等级的变电站,主变压器高压侧应具备双向有功功率和无功功

电力系统电压与无功补偿

现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要,而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量,主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格,在合格的电能下工作,用电设备性能最好、效率最高,电压质量是电能质量的一个重要方面,同时,电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。 1 电压与无功补偿 电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端,驱动用电设备工作。 交流电力系统需要电源供给两部分能量,一部分将用于作功而被消耗掉,这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能,我们称 为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场,用于交换能量使用的,对于外部电路它并没有作功,由电能转换为磁能,再由磁能转换为电能,周而复始,并没有消耗,这部分能量我们称为“无功功率”,无功是相对于有功而言,不能说无功是无用之功,没有这部分功率,就不能建立感应磁场,电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中,除了负荷无功功率外,变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。

国际电工委员会给出的无功功率的定义是:电压与无功电流的乘积 为无功功率。其物理意义是:电路中电感元件与电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。

我们以电感元件和电容元件的并联回路来说明这个问题,见图1a,在电压的作用下,电感回路中电流滞后电压90°,而在电容回路中电流却是超前电压90°,即在同一电压作用下,任一瞬时,IL和IC在时间轴对称。我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图1b),同样的,将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图1c)。 如图2a所示,功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率,并把所吸 电感收的能量转化为磁场能量;而在第一和第三个1/4周期内

电力系统无功补偿

毕业论文(设计) 题目电力系统的无功优化、补偿及无功补 偿技术对低压电网功率因数的影响

2007年8月30日 电力系统的无功优化、补偿及 无功补偿技术对低压电网功率因数的影响 电气工程及其自动化专业 学生:指导教师: 摘要:电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压,减小网损,提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前常用的无功优化和无功补偿进行了总结,对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。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。 关键词:无功优化无功补偿网损电压质量功率因数 Reactive power system optimization, compensation and Reactive power compensation of low voltage network of power factor Electrical Engineering and Automation Student:Luobifeng Supervisor:Qingyuanjiu Abstract:Reactive optimization and reactive compensation of power system is a valid way to increse the sy stem’s operating voltage and maintenance level .It’s also the way to reduce the internet loss . This essay summarize what Reactive optimization and reactive compensation are in our daily life. It also discusses and studies some problems existing in reactive optimization and reactive compensation. Voltage is one of the important targets of Quality of power supply, whose quality will affect stabilization of power grids and electric equipment functioning well

电力系统中的无功补偿

电力系统中的无功补偿 众所周知,电源能量通过电感或电容时并没有能量消耗,只是在负荷与电源之间相互交换和三相之间流动。由于这种交换功率不对外做功,因此称为无功功率。电力系统中的设备大部分是根据电磁感应原理工作的,它们在单位周期内吸收的功率和释放的功率相同,以此建立交变的磁场,这部分功率就是无功功率。可见,无功功率在电力系统中扮演了重要的角色。可是在电力系统中为什么要进行无功补偿呢? 无功补偿的必要性 在电力系统中,如变压器、电动机等许多工作时需要励磁的设备都需要从电力系统中吸收无功功率;并且输电线路具有分布电容,在电压下将产生容性无功功率,也就是说线路也要吸收感性无功。发电机是电力系统中唯一的有功电源,也是基本的无功电源。如果只依靠发电机来提供无功功率的,由于无功功率不断地来回地交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失。另外,发电机发出的所有功率等于有功功率与无功功率的矢量和,提供的无功功率多时,提供的有功功率也就相对就减少了,显然这种运行方式也是很不经济的。 如果不进行无功功率补偿,通常会造成两个主要问题: (1)在电力传输系统中,如果说出现了无功功率不足的现象,那么就会导致电力系统中的电压以及功率因数不断的降低,最终导致用电设备受到破坏,严重情况下甚至会导致电网系统中的电压崩溃,使得整个电网控制系统瓦解,从而造成片区大面积的停电。 (2)电力电压以及功率因素的降低,会导致电力系统中的电气传输设备无法得到有效的利用,从而造成了电力系统中传输的电能损耗不断增加,降低了电能传输的效率,给用电用户的日常生活带来的极大的困扰。 因此国家相关政策规定,各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数,并按无功分层分区和就地平衡以及便于调压的原则,安装无功补偿设备和必要的调压装置,电网用户都要提高调压装置和无功补偿设备的运行水平。 无功补偿的作用 (1)提高电压质量 将线路中的电流分为有功电流I a 和无功电流I r ,则线路中的电压损失为 l a r l 3()3PR QX U I R I X U +?=?+= 其中,P 为有功功率,Q 为无功功率,U 为额定电压,R 为线路总电阻,X l 为线路感抗。

电力系统的无功补偿方法和意义

电力系统的无功补偿方法和意义 摘要随着现代电力电子技术与国民经济的进一步发展,电力用户对供电电能质量水平和用电可靠性提出了更高更多的要求。由此产生了一些静止形态的动态无功补偿装置。电力电子装置不仅可以发送而且还可以吸收无功功率,其本身也成为产生无功的功率源。但动态补偿的技术目前还不成熟。 关键词配电系统;无功补偿 中图分类号TM715 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)112-0231-01 1 无功功率的作用 无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量,在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿,可限制无功功率在电网中的传输,相应减少了线路的电压损耗,提高了配电网的电压质量。 2 影响功率因数的主要因素 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。 以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素,因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法,使低压网能够实现无功的就地平衡,达到降损节能的效果。 3 低压配电网无功补偿的方法 3.1 变电站集中补偿方式 针对输电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿,补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10 kV母线上,以补偿负荷的无功功率。补偿电容分为固定补偿与自动补偿两部分。因为有功负荷是变化的,其无功负荷也随之变化,但不论无功负荷如何变化,总可把它分为固定部分和变动部分,所以补偿电容应采取固定补偿与自动补偿相结合的方法,配置固定补偿电容以减少投资,配置自动补偿电容以满足补偿需要,做到二者兼顾。因此变电站集中补偿具有管理容易、维护方便等优点,但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

电力系统无功补偿的意义

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7715248975.html, 电力系统无功补偿的意义 作者:王建 来源:《中国科技博览》2013年第25期 [摘要]针对电力系统中日益严重的电能质量问题,阐述进行无功补偿的意义,分析了各种无功补偿技术的原理、优、缺点以及在电力系统中的应用情况,及无功补偿有哪些经济效益及社会效益 [关键词]电能质量;无功补偿: 中图分类号:TM714.3 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2013)25-0076-01 近年来,随着国民经济的发展,电力行业也得到快速发展,特别是大范围的高压输电网络逐渐形成,负荷的快速增长对无功的需求大幅上升。无功功率并不是无用功率,而是在电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少的功率之一,无功经不同的电磁耦合反映不同的电压等级,同一等级电压的电网中,电压高低直接反映本级的无功平衡。无功功率的传输不但会产生很大的有功损耗,而且沿传输途径还会产生很大的电压降落,并使电网的视在功率增加,这将对系统产生以下一系列的负面影响。 (1)电网总电流增加,在传送同样的有功功率情况下,总电流的增加,使设备及线路的损耗增加,并使线路及变压器的电压损耗增加。 (2)电网的无功不足,会导致用户端的电压降低,影响正常生产和生活用电,因功率因数太低用户要多付电费;反之,如果无功过剩,会造成电网的运行损耗过高。 一、无功补偿的原理 在交流电路中,由电源供给负载率有两种:一种是有功功率,一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率。无功补偿的道理就是将同一电路中的电感电流与电容电流方向互差180~C,可采用一定比例安装特定的电容元件,实现通过电磁元件中的电路达到相互抵消电流,电流矢量与电压矢量的夹角缩小,从而能显著提高电能作功。 无功补偿的意义 (1)依据用电设备的功率因数测算输电线路的电能损失进而进行技术改造,能及时实现节电目的。 (2)用无功补偿设备提供相应无功功率,提高系统功率因数,达到降低能耗、改善电压质量,从而使设备运行稳定、减少损耗。

电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析

电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析 【摘要】随着我国电力系统的逐步建设和完善,无功补偿在电力系统运行中的重要作用也逐渐得到了人们的认可与关注,无功补偿有助于提高电力资源供应质量,最大限度降低系统损耗,保持电压问题,减轻设备功率损耗等。然而,在我国的现阶段电力系统无功补偿过程中,仍然存在着一些较为明显的问题,因而有必要对无功补偿的基本方式及其重要意义进行更加深入的研究。本文就对电力系统中无功补偿的基本原理和意义进行了分析,在此基础上探讨了无功补偿的基本方式。 【关键词】电力系统;无功补偿;重要性;主要方式 无功补偿就是无功功率补偿,在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。随着近年来我国电力行业的快速发展,以及电力网络覆盖范围的逐步扩大,电力系统无功补偿已经逐渐成为了决定电网运行质量、稳定性与安全性的主要影响因素,加强电力系统无功补偿,有助于供电质量的提高,以及电力系统设备损耗的降低和电力系统功率因数的提高,因而具有十分重要的意义[1]。 1、无功补偿的意义和原理 电磁感应效应是电力系统很多用电设备的基本工作原理,在各种用电设备的能量转换过程中,系统会产生一个交变磁场,无功补偿一个周期内释放和吸收的视在功率、无功功率和有功功率之间关系。 如果无功功率的来源并非电容器,则一定会造成电力系统无功功率的大量损耗,进而增大变压器和供电线路导线的容量。如果用户端的无功功率补偿不足,则会导致严重的线路损耗,影响供电设备的利用率,造成供电投资的增加。电力系统无功补偿的主要作用机制在于:在相同的电路中并联接入具有感性功率负荷和容性功率负荷的设备,在两种负荷之间能量能够相互交换,因此,容性负荷的无功功率补偿输出能够负担感性负荷所需的无功功率。在电力系统运行过程中,不仅仅有功功率需要保持平衡,无功功率也应保持平衡。因此,《供用电营业规则》中进行了下述规定,即电力无功补偿应实现就地平衡,用户应在用电自然功率因数提高的基础上,进行无功补偿设备的装置和设计,从而保证电压与负荷的随时切除与投入,避免发生无功倒送现象。《供用电营业规则》中还对用户的功率因数标准进行了明确规定,从而避免供电部门发生拒绝供电现象。所以,不管是用电企业还是供电部门,均应进行无功功率动态补偿,从而提高电力系统运行效率,降低能源消耗,避免无功倒送现象,实现功率因数的逐步提高[2]。 2、电力系统无功补偿原则 第一,调压和降损相结合,以调压为辅、降损为主;第二,低压补偿与高压

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