无功补偿及谐波治理方案

时值，并基于此精确获取各分相及总的实时基波有功功率、无功
功率及基波功率因数。并在此基础上计量电能。
•
LLJ-SVC系统在补偿及滤波中实现的各种控制、保护及状态识别等
功能均基于它准确、全面的检测结果。很明显，LLJ-SVC采用的检测
手段完全克服了电网谐波、三相不平衡等因素的影响。概括起来，具
有以下鲜明的特点：
短时运行24小时，当电网电压过高时，将引起电容器内部有功功率损
耗显著增加，使电容器介质遭受热力击穿，影响其使用寿命，而传统
自动补偿设备不能实时检测电容器电压，极容易造成电容器的烧毁。
•
2)采用传统熔断器保护方式的设备当发生过流或短路现象造成熔
断器熔断时，由于熔断器熔丝不能恢复，只能更换熔断器，造成极大
在此基础上极大地丰富了产品的功能，在提升该类产品自动化运行水
平的基础上，更加提升了设备维护与管理的智能化水平。
1）LLJ-SVC 检测技术
•
与传统方法不同，LLJ-SVC采用32位高速数字信号处理器
(DSP)TMS320F2811做为核心控制单元对三相交流电压(UA、UB、
UC)、三相系统总电流(ias、ibs、ics)、三相无功补偿电流(iac
• 无功功率并不是无用的功率，交流工频电网中如电动 机、变压器等电力负荷都是电磁转换工作原理，我们在使 用这些设备完成电能向需要的机械能、热能、光能等能量 方式转换的同时必须有相应的无功功率交换才能实现。在 理想状态下无功功率只用于负载励磁在负载与电网之间反 复交换而不进行其它能量方式的转换，但由于载流体电阻 及导磁体磁阻的原因导致无功电流在流动过程中产生电能 向热能转换从而出现不期望的能量损失。
的浪费。
2.4 传统无功自动补偿设备投切方式及局限性
•
传统无功自动补偿设备中大都采用交流接触器作为电容器组
的投切开关。交流接触器由于其机械结构的限制其动作延时较大
而且一致性差，无法对其进行精确的动作时间控制，这导致电容
器在投入电网时会引起较大的冲击电流，所以采用交流接触器投
切时电容器组的容量不能选配的很大，而且为抑制冲击电流往往
以提高功率因数。这种补偿方法所用的电容器称作为并联电容器，用
电企业都是采用这种补偿方法。并联电容器的补偿：电容器的补偿形
式，应以无功就地平衡为原则。电网的无功负荷主要是由用电设备和
输变电设备引起的。除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中
型电容器组，便于中心电网的过电压控制和稳定电网的电源电压质量
之外，还应在距用电无功负荷较近的地点装设中、小型电容器组进行
就地补偿。
2、传统无功补偿设备技术分析
•
电网对无功补偿设备的刚性需求极大地促进了相关产业的发
展。传统的无功补偿用电容器柜使用非常普及，但调查发现，大
量工业电力客户配置的无功自动补偿柜运行状况非常糟糕，有一
些从安装后就没能正常运行，更多的在运行一段时间后出现了故
2.2 传统无功自动补偿设备控制方法及局限性
•
低压无功自动补偿设备一般根据系统的功率因数或无功功率来控
制并联电容器的投退。因为根据功率因数控制的方法实现起来相对简
单，传统的无功自动补偿设备大都选用这种方式。
• 传统控制方法的局限性有以下几点：
1)功率因数是无功功率的关联量，它由无功功率及有功功率来决 定。当负荷较轻时，功率因数低于设定值时实际的无功缺额往往很小 ，这时补偿设备投入一组电容器可能引起过补偿，控制器检测到过补 以后又将切除一组电容器，这样就导致电容器不断地投入、切除，补 偿设备进入不稳定的运行状态。
功自动补偿设备大都只是采用熔断器或热继电器保护方式，不能为补
偿电容器组提供完备的保护功能，而且在熔丝熔断后无法自动恢复。
• 传统保护方法的局限性有以下几点：
•
1)采用熔断器或热继电器保护方式的设备，不能提供过压、欠压
保护，由于负载及电网的波动，电网电压经常出现波动，而国产电容
器只允许在1.05倍电容器额定电压下工作，在1.1倍额定电压下只能
还需额外配置1%左右的串联电抗器。为减小冲击电流、避免过电
压产生，在运行电容器切除后必须等待电容器放电才能再次投入
。较长的电容器放电延时及交流接触器机械结构的限制使传统设
备无法实现快速变化的无功需求进行跟踪补偿。
传统投切方式的局限性： 冲击大、响应慢、噪音大、
•
由于交流接触器其机械结构的限制不能实现快速、频繁的动
• 3) 异步电动机同步化。这种方法有一定的效果，但自身的损耗大 ，每 kvar 无功功率的损耗约为 4—19%，一般都不采用。
• 4)电力容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、 运行维护简便、自身损耗小（每kvar 无功功率损耗为 0.3—0.4 % 以下）等优点,是当前国内外广泛采用的补偿方法。
电网中无功功率、功率因数、电压是一组相关的物理量，无 功补偿与滤波控制的动作域一般要有电压、功率因数、剩余无功 等条件来综合确定。 • 电压上限约束及电压预测补偿控制
在系统感性负载无功较大时，投入补偿电容器减小无功缺额 的同时会起到抬高系统电压的作用，过高的系统电压会影响用电 设备的正常工作，严重时会导致设备损坏，所以在无功补偿时增 加电压上限约束条件，当系统电压超过设定值时应相应切除投入 的电容器组。电压预测补偿控制可以防止在电压临近边界时出现 电容器组的投切震荡产生。
• 1.3 无功功率补偿的方法
无功功率补偿的方法很多，采用电力电容器或采用具有容性负荷 的装置进行补偿。
1) 利用过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，但设备复杂 ，造价高，只适于在具有大功率拖动装置时采用。
• 2) 利用调相机做无功率电源，这种装置调整性能好，在电力系统 故障情况下，也能维持系统电压水平，可 提高电力系统运行的稳定 性，但 造价高，投 资大，损 耗也较高。每 kvar 无功的损耗约为 1.8—5.5 % ，运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变主要内容
• 1、无功补偿基础知识 • 2、传统无功补偿设备技术分析 • 3、 LLJ-SVC静止式无功补偿系统 • 4、 LLJ_TSC概述 • 5、 典型应用实例
1、无功补偿基础知识
• 1.1 基本概念及公式
根据传统电工理论，交流电气负载分为感性、阻性及容性， 这些负载在工作时产生电流与电压相位上的差异，电功率相应分 为有功功率及无功功率。下图给出相关的电工学基本公式。
、ibc、icc)进行实时采集。各路模拟量采集均采用快速交流采
样技术及快速傅里叶变换技术(FFT)获取，实时有功功率、无功
功率、功率因数基于瞬时功率理论计算，这从本质上克服了传统
采样技术的缺陷。特别的一点，LLJ-SVC设备在进行各路模拟量
采集时，首先通过交流采样及FFT变换技术，将每一路模拟量进
行谐波分析，在精确获得基波量的同时分解出2-31次谐波量的实
1)基于交流采样及谐波分析技术克服了电网谐波的影响。
2)通过对各侧、各相参数全面检测克服了三相不平衡的影响。
3)采用瞬时采样及FFT变换技术实现相关参数快速检测，为实现高效 的补偿控制与保护奠定了基础。
4)四象限电能累计及统计力率计算为客户提供更直接、快捷的评价 依据。
2）LLJ-SVC 控制技术
2)传统方法对一路线电压及一相电流取样信号经整流 、滤波后进行直流采样，再通过电压、电流及功率因数来 计算三相总的无功功率。显而易见，一方面在功率因数不 能准确测量的情况下无功功率的计算也是不准确的；另一 方面，采用一路电压及一相电流来计算三相功率的前提是 三相电压及负载必须严格平衡，这在三相四线制系统中是 很难满足的。
•
无功自动补偿通过实时检测变压器低压侧出线上的电压、电流、
无功功率及功率因数等参数并据此控制电容器组的投切来实现。传统
的无功补偿控制器大都采用普通的单片机来实现，限于单片机的运算
速度，无法实现快速的交流采样，因此传统的无功补偿控制器基本上
都采用直流采样的方式。
•
传统测量方法的局限性有以下几点：
1) 传统方法功率因数的检测采用比较电压与电流的过零点时间差 来实现，我们知道在谐波干扰严重时电网电压的波形发生畸变，电流 的情况更加严重，波形过零点非常模糊，在此情况下使用该方法很难 准确检测出功率因数。
作，限制了传统无功补偿装置投切的响应速度。
3、 LLJ-SVC静止式无功补偿及滤波系统
• LLJ-HSC复合开关控制无功补偿成套设备 • LLJ-TSC晶闸管控制无功自动补偿成套设备 • LLJ-TCR可控电抗器式无功补偿技术与设备 • LLJ-MCR磁阀电抗器式无功补偿技术与设备 • LLJ-TSF晶闸管控制无功补偿及滤波成套设备
障，特别是自动控制功能基本失效，相信许多厂矿企业的相关人
员都有同感。究其原因，有设备制造方面的问题，但更重要的还
是传统产品技术缺陷导致的。
2.1 传统无功自动补偿设备测量方法及局限性
•
在我国工业及民用配电变压器大都采用D/Y-XX接线方式，
无功补偿设备通常并联安装在低压母线上，下面给出简化的连接
示意图。
•
从用电客户端考虑，有效的无功补偿及谐波治理是实现节能、高
效用电的重要途径之一。针对传统产品在技术与实现手段方面存在的
不足及缺陷，我公司的LLJ-SVC静止式无功补偿及谐波治理系列产品
充分利用检测技术、控制技术、半导体电力器件、数字信号处理技术
等相关学科方向发展的新果，对传统产品的不足一一进行了改进，并
• 剩余无功功率约束
从电网安全稳定方面考虑，要求无功补偿限制过补的情况产生， 防止用电户向电网侧倒送无功。但从高供高计的用电单位考虑，当在 低压侧采取无功补偿措施时，补偿的范围并未包括上端变压器的无功 功率在内，为做到精确补偿，可以变压器的无功功率为参考整定剩余 无功功率约束条件(DQ)，该数值可根据不同地区无功管理的要求来设 置。很容易理解，当整定为适当的数值时，可以通过低压侧电容器从 一定程度上补偿变压器的无功损耗，从而进一步改善该用电客户的统 计力率。