第五章：动态无功功率补偿(简)
供用电系统教案——供配电系统的无功补偿和电压调整
第五章 供配电系统的无功补偿和电压调整5-1 供配电系统的电压偏移与无功平衡一、 电压偏移影响1.电力系统的负荷：电动机、照明设备、电热器具、家用电器、冲击性负荷（电弧炉、轧钢机等）2.所有的用电设备都是以额定电压为条件制造的，最理想的工作电压是额定电压。
3.电压偏移的影响：<1> 对用电设备的影响a ． 异步电动机（电力系统负荷中占较大比重，如起重机、磨煤机、碎石机）转矩与端电压平方成正比。
① 端电压降低太多，使带额定负荷的电动机可能停止，重载电机可能无法起动。
且带负载的电动机电流增大，使绕组温升，加速绝缘老化。
② 电压过高，对绝缘不利。
b ． 白炽灯端电压低于额定电压，会使发光效率和光通量下降。
端电压高于额定电压5％，则寿命会减少一半，但发光效率会提高。
c ． 电热器具 （阻抗值不随电压变化的负荷）电压变化会影响其出力；d ． 精密仪器加工业如电子元件加工业，电压大幅波动会产生大量不合格产品。
综上所述，电压偏移越小越好。
但由于电力系统节点多，结构复杂，负荷分布不均又经常变动，故保证所有节点电压都是额定电压是不可能的。
<2> 对电力系统本身电压降低，使网络中功率损耗和电能损耗加大，可能危及电力系统稳定性；电压过高，电气设备绝缘易受损。
二、电压偏移标准正常情况下：35Kv 及以上 %5± ;10Kv 及以下 %7± ;低压照明 +5％，－10％ ;低压照明与动力混合使用 +5％，－7％事故情况下：电压偏移允许值比正常值多5%，但电压的正偏移不大于10％。
三、 负荷的电压静态特性 static voltage characteristic of load—系统频率一定时，负荷功率随电压变化的关系。
<一> 有功负荷的电压静态特性static voltage characteristic of active load取决于负荷性质及各类负荷所占的比重。
动态无功补偿原理
动态无功补偿原理动态无功补偿原理是指根据电力系统运行中发生的无功功率变化，通过控制补偿装置来实现对系统的无功功率进行补偿，以提高电力系统的功率因数和电压质量，保证电网的稳定运行。
动态无功补偿主要用于大规模的电力系统，如电网、变电站等，通过补偿装置对电力系统中的无功功率进行动态调整，以满足电力负荷需求和优化系统运行。
动态无功补偿原理主要包括无功功率的计算和补偿器件的控制。
在电力系统中，无功功率是指由电感元件和电容元件产生的功率，它与电流的相位有关。
无功功率分为感性无功功率和容性无功功率，感性无功功率是由电感元件产生的，而容性无功功率是由电容元件产生的。
无功功率的计算是通过测量电压和电流来进行的。
当电流滞后于电压时，表示系统产生了感性无功功率；而当电流超前于电压时，表示系统产生了容性无功功率。
通过测量电流和电压的相位差，可以计算出无功功率的大小。
而补偿器件的控制是指根据无功功率的计算结果，对补偿装置进行控制，调整其容性或感性的阻抗来实现无功功率的补偿。
补偿装置主要包括静态无功补偿器和动态无功补偿器两种。
静态无功补偿器主要是通过电容器和电感器来实现无功功率的补偿，可以通过开关、电容器、感应器等元件进行调整。
而动态无功补偿器主要是通过控制电力电子元件来实现无功功率的补偿，可以根据系统需求进行动态调整。
动态无功补偿器的主要控制策略包括电流控制和电压控制两种。
电流控制是指通过监测电流，根据设定的无功功率值，调整补偿器的容性或感性来实现无功功率的补偿。
电压控制是指通过监测电压，根据设定的电压值，调整补偿器的容性或感性来实现系统电压的调整。
动态无功补偿原理的具体实施过程可以分为以下几步：首先，通过电流和电压测量装置对电力系统中的电流和电压进行实时监测。
然后，通过数据处理系统对监测到的电流和电压进行分析和计算，得到系统中的感性无功功率和容性无功功率。
接下来，根据系统的负荷需求和运行要求，设定无功功率的补偿目标。
然后，通过控制装置对补偿装置进行控制，调整其容性或感性的阻抗，以实现所需的无功功率补偿。
变压器 动态无功补偿
变压器动态无功补偿
变压器的动态无功补偿是一种用于改善电力系统功率因数和电能质量的技术。
它通过在变压器的低压侧或高压侧接入无功补偿装置，实现对无功功率的实时补偿。
动态无功补偿的主要作用包括：
1. 提高功率因数：无功补偿装置可以向电网提供无功功率，减少无功功率的流动，从而提高系统的功率因数。
这有助于减少电网的无功负担，降低电网损耗，提高电网的传输效率。
2. 稳定电压：无功补偿装置可以对系统中的无功功率进行快速响应和补偿，有助于稳定电网电压。
它可以减少电压波动和闪变，提高供电质量，保护电气设备的正常运行。
3. 节能降耗：通过提高功率因数，减少无功功率的流动，可以降低电网的电能损耗。
这有助于节约能源，降低电力成本。
4. 改善电能质量：动态无功补偿可以抑制谐波，减少无功电流引起的谐波污染，提高电能质量。
它有助于保护电气设备免受谐波干扰，提高设备的运行效率和寿命。
在实际应用中，动态无功补偿通常采用电容器组、电抗器、静态无功发生器（SVG）等装置来实现。
这些装置可以根据电网的无功需求自动进行补偿，实现无功功率的快速调节和平衡。
需要注意的是，在选择和应用动态无功补偿装置时，应根据具体的电网条件、负载特性和补偿要求进行综合考虑，以确保补偿效果和系统的安全稳定运行。
同时，定期的维护和监测也是确保无功补偿装置正常工作的重要环节。
无功功率补偿
无功功率补偿在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。
无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量（分别为）。
这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。
因而需要对无功功率进行补偿。
合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。
在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。
无功功率的产生和影响在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。
电能的用户（负荷）在需要有功功率(P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(ΔP)和无功功率损耗(ΔQ),也会产生电压降落(ΔU)。
它们之间有如下关系：式中P、Q分别为流入输电线（或变压器）的有功功率和无功功率，U 是输电线（或变压器）与P、Q同一点测得的电压,R、X 则分别是输电线（或变压器）的电阻和电抗。
由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。
一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。
无功补偿技术培训-动态补偿
故该补偿器可以补偿的电压下降为
3.3 动态无功功率补偿的原理
★例： 吸收50Mvar容性无功功率时补偿器电压下降0.05pu ，则：
当电源电压下降5%时补偿器所吸收的容性无功功率为： 当电源电压上升5%时补偿器所吸收的感性无功功率为：
3.3 动态无功功率补偿的原理
可见 ，所需容量分别比理想补偿器所需容量减小了一 半 。但是连接点电压也不能像理想补偿那样保持恒定 。 当系统电压下降5%时 ，连接点电压下降2.5%； 而当系 统电压上升1%时 ，连接点电压上升0.5%。
3.2 动态无功功率补偿的主要功能
1 、改善功率因数 可以对动态无功负荷的功率因数进行校正 。不但能把平均功率因数补
偿到所需的值 ， 而且使动态功率因数保持在一定的范围内。
2 、改善电压调整 能通过发出和吸收无功功率来提高电压和降低电压 ， 防止过电压和欠
电压。
3 、减少电压波动 由于反应迅速 ， 所以能补偿快速变化的电压波动 ， 减少电压闪烁 ，
工作原理： ※在过励磁运行时 ， 向系统供给无功功率而起无功电源作用 ， 能提高
系统电压； ※在欠励磁运行时 ， 它从系统吸收无功功率而起无功负荷作用 ， 可降低系
统电压。
优点 :能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率。
缺点 :有功损耗大 、运行维护复杂 、响应速度慢 ， 小容量的调相机每kVA容 量的投资费用比较大 ，近来已逐渐退出电网运行。
的电压— 电流特性 系统无功负载正常时的工作点（A） :
系统无功负载正常时的特性与补
偿器特性都交与纵轴上电压为Uref的
点统。无功需负补载偿增器大提时供：无 功 功 率 。
假设没有补偿器而无功负载增大至 特性l 2 ， 则系统工作点变为纵轴与l 2 的 交点B； 采用理想补偿器C点； 实际 补 偿器D点。
动态无功功率补偿详解
动态无功功率补偿详解功率因数,是对电能进行安全有效利用的衡量标准之一。
从最初的因为大量感性负载投入电网带来的无功损耗,到后来由于各种非线性整流装置投入电网带来的谐波污染,再到现在的电力电子装置尤其是开关电源、变频器等功率变换装置的广泛使用而带来的大量谐波对电网的危害。
动态无功补偿装置的主要作用是:提高负载和系统的功率因数,减少设备的功率损耗,稳定电压,提高供电质量。
在长距离输电中,提高系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负载的有功和无功功率等。
在电气化铁道中,无功功率主要与以下几个方面有关:(1)牵引网电压波动过大27.5kV牵引网的机车正常供电电压应为25kV,但实际接受的电压甚至低于20kV 或高于3IkV。
电压过低使机车牵引能力下降,并导致能量损耗增大,造成效率降低和设备老化加快。
(2)动态无功补偿措施不完善电气化铁道的供电特点是:无功功率随时间大幅度的变动。
如果只装设固定的并联电容器组,则经常处于过补偿或欠补偿状态。
既恶化了牵引网的运行电压,又会因过低或无功倒送导致罚款增加。
(3)牵引网的谐波污染由于电力机车的调压调速要求,将使谐波电流分量较高,造成电网电压波形的畸变,对电力系统的运行产生不利的影响。
离系统较远的变电所27.5kV母线电压非正弦系数可达到8-13%,谐波中以3、5、7次的谐波值最大,同时由于在110kV线路中可能存在谐振现象,通常5次谐波值要超过其余谐波。
(4)由于负荷不平衡引起的负序分量增大电气化铁道的负荷是大容量的单相变化负荷,不可能由电气化铁道本身的负荷提供平衡电流所引起的。
从上述四方面的问题来看,都和采用电气化铁道专用的动态无功补偿装置有关,解决问题的主要思路是:以解决动态无功补偿和电压问题为主,兼顾滤波效果,以做到对负序分量有所改善。
目前,国内电网采用的电容补偿技术主要是集中补偿与就地补偿技术。
就地补偿技术主要适用于负荷稳定,不可逆且容量较大的异步电动机补偿,其它各种场合仍主要采用集中补偿技术。
动态无功补偿原理
动态无功补偿原理
动态无功补偿原理指的是通过无功补偿装置对电力系统中的功率因数进行调节，以实现电力系统的无功功率平衡，提高系统的电能质量和效率。
在电力系统中，负载设备会产生一定的无功功率，这会造成电力系统中的功率因数下降，影响电能利用率和电力设备的工作效率。
为了解决这个问题，引入了动态无功补偿装置。
动态无功补偿装置是一种电力设备，其工作原理是通过控制电力系统中的电容器的投入和退出，来实现无功功率的自动补偿。
当电力系统中的功率因数下降时，动态无功补偿装置会自动启动，将无功功率由电容器提供，以补偿系统中的无功功率。
当功率因数恢复正常时，装置会自动退出。
动态无功补偿原理的核心是根据电力系统的负载变化情况，自动调节电容器的投入和退出，以实现系统的无功功率平衡。
通过动态无功补偿装置的应用，可以有效减少电力系统中的无功功率，提高功率因数，降低电网损耗，改善电网电能质量。
总的来说，动态无功补偿原理是通过控制电容器的投入和退出，自动补偿电力系统中的无功功率，以提高系统的功率因数和电能质量。
这种无功补偿方式具有自动化、高效、可靠等优点，广泛应用于电力系统中，有助于提高系统的稳定性和经济性。
动态无功补偿装置技术培训 ppt课件
) P
无功补偿的意义和作用
意义： 就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换。 作用：
减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失； 减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失； 增加设备输电能力； 提高系统的稳定性。
国家相关政策
•节电措施 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整电压的原则，安装无功补偿设备和 必要的调压装置。 •电能质量与节电监察 各级电力部门要对所管辖电网(包括输配电线路、变电站和用 户)的电压质量和无功电力、功率因数和补偿设备的运行进行监察、考 核。各电力用户都要向当地供电部门按期报送电压质量和无功补偿设备 的安装容量和投入情况，以及无功电力和功率因数等有关资料。电网和 用户都要提高调压装置和无功补偿设备的运行水平。
无功补偿原理
P+jQ
系统
PL+jQL -jQC
负载
无功补偿原理图 功率平衡： P jQ P L jQ P PL
cos
L
L
- jQ
C
PL j ( Q
L
- Q
C
)
Q Q
- Q
C
-1
cos tg
(
当 Q L Q C时 : P PL { Q 0 cos 1 . 0
图 1 非零过渡过程投切电容器 组的电网电压和电流波形图
图 2 零过渡过程投切电容器 组的电网电压和电流波形图
RTSC动态滤波补偿装置优点
1、准确的测量及完善的设计 设计滤波器的首要条件是谐波测量的准确性，有了准确的测量加 上完善的设计才能得到良好的滤波效果。我公司采用的A级精度的电能 质量测试仪保证了测量的准确性，采用的高端设计和仿真软件有效的 保证了设计的完善性和可靠性。 2、可靠的晶闸管触发 我公司研制开发的晶闸管触发控制电路，采用晶闸管柔性投切技 术（FACTF）。这种技术可有效的解决采用传统晶闸管电压过零投切技 术时产生的过电压、过电流、暂态冲击等问题。充分解决了晶闸管触 发可靠性低、波形畸变、晶闸管损坏的问题。 3、完善的保护 可以实现长期免维护。保护功能包括滤波器组过电流保护、晶闸 管过热保护、过压保护、欠电压保护。运行可靠性高。 4、精确迅速的控制
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K2A+
KSA2 G2A+
La2 Ca2
G3B+ K3B+
KSB3
FUB3
G3C+ K3C+
KSC3
FUC3
Cb3 Lb3
K3BG3B-
CC3 LC3
K3CG3C-
G3AK3A-
FUA3
K3A+
KSA3 G3A+
La3 Ca3
G4B+ K4B+
KSB4
FUB4
G4C+ K4C+
KSC4
FUC4
KSB1
FUB1
G1C+ K1C+
KSC1
FUC1
Cb1 Lb1
K1BG1B-
CC1 LC1
K1CG1C-
G1AK1A-
FUA1
K1A+
KSA1 G1A+
La1 Ca1
G2B+ K2B+
KSB2
FUB2
G2C+ K2C+
KSC2
FUC2
Cb2 Lb2
K2BG2B-
CC2 LC2
K2CG2C-
G2AK2A-
2 电源指示
S2
ICA+
S1
ICA-1
TA-a
S2
S1
1
TA-b
S2
ICC+
S1
ICC- 1
TA-c
A2
PAa
A2
PAb
A2
PAc
运行指示
电
+15V
流
测
量
HD1
1
HD2
1
2
HD4
1
2
HD8
1
2
LED板
GND15V
SB5-1
SB5
SB5-3 N
B0 FUv2
SB1:1 SB1:3 SB1:5
SB5-2
为了实现同步开关操作，同步开关的三相触点 必须分别动作，三相触点同时动作的开关不能实现 同步操作。
TSC的主电路 （一）三相控制
晶闸管投切电容器的Y连接主电路
(a)两个晶闸管反并联
(b)晶闸管和二极管反并联
晶闸管投切电容器的△连接主电路
外 △ 连 接
（a）两个晶闸管反并联
（b）晶闸管和二极管反并联
SB5-4
SB1 12 34 5 6 SB1:6
SB2:1 SB2:3 SB2:5
SB2
12 34 56
SB2:6
GND15V
SB3:1 SB3:3 SB3:5
SB3
12 34 5 6 SB3:6
SB4:1 SB4:3 SB4:5
SB4
12 34 5 6 SB4:6
手动 停止 自动
投 投切1组 切
控 投切2组 制
Cb4 Lb4
K4BG4B-
CC4 LC4
K4CG4C-
G4AK4A-
FUA4
K4A+
KSA4 G4A+
La4 Ca4
A0
N
1
3
K1
2
4
1
2
F1
1KA
9 10
1
R
43 1
2
F6
1KA
11
34
5
6
风机 温控控制
A0
1
FUv1
2
PV
V
HD
1
C0 1
3N
K2
2
4
1
2
DY-1
触发电源
C0
1
FUv3
2
电压测量
内 △ 连 接
（a）两个晶闸管反并联
（b）晶闸管和二极管反并联
（二）两相控制
“2+1”电路 A
B
C
“2+2”电路
A
B
C
A
B
C
ANGDB动态无功功率补偿装置
我公司生产的ANGDB动态无功功率补偿柜属于晶闸管投切电容器（TSC）。 其连接方式为串联电抗器的两个晶闸管反并联外△连接
ANGDB动态无功补偿装置由控制器、触 发单元、晶闸管、电抗器、电容器等部件组成。 控制器以数字信号处理器DSP为核心，采用交 流采样，是集数据采集、通讯电网参数分析等 功能一体的新一代无功补偿控制器。控制器分 别实时检测三相系统各相的无功功率需求情况 及其他电能质量参数，与预先设定的给定值进 行比较,动态控制投切不同组数的电容器,以保 证功率因数实时满足设定要求。整个测量执行 过程在一个周波内完成(时间<20ms),触发单元 确保晶闸管投切电容无冲击,无涌流,无过渡过 程。
晶闸管控制电抗器（TCR） 晶闸管投切电容器（TSC） 静止无功功率补偿器（SVC） 晶闸管投切电抗器（TSR） 晶闸管控制高阻抗变压器（TCT） 自饱和电抗器（SR）
晶闸管投切电容器（TSC）。
其特点有：
1、分组投切。 2、快速反应，其反应时间<20ms。 3、操作没有涌流和过电压。 4、可任意频繁操作。 5、完全自动。 6、价格较高。
动态无功功率补偿
成都胜业电器设备有限公司 主讲人 何蒋
动态无功功率补偿
动态无功功率补偿指阻抗可 调，其补偿容量能够快速实时跟 踪负荷无功功率的变化而变化的 一种无功功率补偿方式。
动态无功功率补偿方式分类
动态运动：同步调相机
动态补偿 动态静止
静止无功功率补偿器（SVC） 静止无功功率发生器（SVG） 静止同步串联补偿器（SSSC） 统一潮流控制器（UPFC） 有源电力滤波器（APF）
回 投切3组 路
投切4组
+15V GND15V
ST1
系统母线
电电 压流 采采 样样
系统原理图
通讯接口
控制器
四 路 控 制 信 号
晶闸管投切电容器抑制涌流的原理
涌流产生的原因： 电容器两端电压不能突变，因此投入电
网时如果电容器两端电压和电网电压不一致 时会产生很大的瞬间电流，称为涌流。
涌流的表示方法： 由于涌流值需要与稳定电流相比较才有
意义，因此通常不用涌流的电流值来描述涌流， 而是用倍数来描述涌流，所谓涌流倍数就是涌 流与稳定电流的比值。
动态补偿柜的基本结构： 补偿电流表
投切组数指示
电压表
自动手动 切换旋钮
整柜前视图
电源指 示灯
手动投 切按钮
控制箱
主面板
触发电源 触发板
散热器 双向可控硅模块
母线排 LED驱动板 输入开关 温度控制器 电流互感器
中性线（N线）
阻容吸收板
阻容吸收电容 阻容吸收电阻
触发线
可控硅输入 输出电极
接线端子 熔断器
接地线
避雷器 串联电抗器 补偿电容器
整柜背视图
系统电路图
I I 系统采样 A+ A-
A
B
C
N
IC+ IC-
uCB+ uCB- uAB+ uAB- 电压采样
A0 B0 C0
ICA+ ICA-
PV V A A A
QF ICC+ ICC-
TA-a TA-b TA-c
Fa0,Fb0,Fc0
G1B+ K1B+
UN
联晶闸管
+ Uc
源电压等于电容残余电压，这 时晶闸管两端电压为零，在这
-
两个点投入，可以实现投切无 涌流。
由于晶闸管投切电容器投切时不会有涌流， 因此可实现频繁操作，而不需要电容进行放 电后再投切。再者在一个周波的时间内，总 能找到一个电容残压与电网电压相等的点， 因此，投切时间很短，能实现快速反应。
涌流的特点： 1、电流大（可超过100倍电容器额定电流） 2、时间短
涌流的影响： 1、干扰电网 2、降低电容器使用寿命 3、烧坏投切开关
晶闸管投切电容器抑制涌流的原理
ui
设电容原来有残余电
压Uc，在开关未投切 Uc
之前，电源电压和电
O t1
t2
容电压的波形如右图
所示：
I
t Un
双向反并 由图可见，在t1和t2时刻，电