配電網(wǎng)無功補(bǔ)償

1、 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)研究 2012/04/11摘 要在電力系統(tǒng)中，存在著消耗大量無功功率的設(shè)備，這些設(shè)備的使用會(huì)給電力系統(tǒng)電壓產(chǎn)生激烈的波動(dòng)，例如沖擊性的無功功率負(fù)載：軋鋼機(jī)，電弧爐，電氣化鐵道等。同時(shí)用戶中又有對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備：如計(jì)算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備等。如果無功功率不能及時(shí)控制，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓造成不良影響。另外無功儲(chǔ)備的不足會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平的降低。鑒于以上原因，如何快速有效解決電力系統(tǒng)中的無功缺額。具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文分為五個(gè)部分，第一部分介紹無功的研究現(xiàn)狀講述無功功率理論的發(fā)展，電力補(bǔ)償裝置的發(fā)展；第二部分無功功率，介紹什么是無功功率，無功功率的物理意義，無功功率對(duì)電

2、力系統(tǒng)的影響。第三部分無功優(yōu)化的研究，介紹影響無功優(yōu)化因素，無功優(yōu)化的一般模式目標(biāo)函數(shù)和約束條件。第四本部分無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，介紹了兩種無功補(bǔ)償?shù)难b置：無功補(bǔ)償電容器和靜止無功發(fā)生器。關(guān)鍵字：無功補(bǔ)償 無功優(yōu)化 電力系統(tǒng) 補(bǔ)償電容器 靜止無功發(fā)生器目錄第一章 緒論11.1無功功率理論的發(fā)展11.2無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展2第二章 無功功率32.1什么是無功功率32.2無功功率的物理意義32.3無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響5第三章 無功優(yōu)化73.1無功優(yōu)化的基本原則及要求73.2影響無功優(yōu)化的因素93.3無功優(yōu)化的一般模型113.4無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)113.5無功優(yōu)化約束條件13第四章 無功補(bǔ)償154.1

3、無功功補(bǔ)償?shù)淖饔?54.2無功補(bǔ)償?shù)闹匾?64.3無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)脑?64.4無功補(bǔ)償電容器174.5靜止無功發(fā)生器20結(jié)論24致 謝26參考文獻(xiàn)2728第一章 緒論1.1無功功率理論的發(fā)展傳統(tǒng)的功率定義大都建立在均值的基礎(chǔ)上的。單相正弦電路或者三相對(duì)稱正弦電路中，利用傳統(tǒng)概念定義的有用功率、無用功率、視在功率、和功率因數(shù)的概念都很清楚。但當(dāng)電壓或者電流含有諧波時(shí)，或三相電路不平衡時(shí)，功率現(xiàn)象比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的概念無法正確的對(duì)她作出解釋和描述。建立能包含畸變和不平衡現(xiàn)象的完善的功率理論，是電路理論中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)課題。學(xué)術(shù)界有關(guān)功率理論的爭論可以追溯到20世紀(jì)20和30年代，Eudean

4、u和Fryze最早分別提出在頻域定義和時(shí)域定義的方法，以后又有各種定義和理論不斷出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來，新的定義和理論更是不斷推出。自1991年以來，已多次舉辦了專門的討論非正弦情況下功率定義和測量問題的國際會(huì)議，但迄今為止仍未找到解決問題的理論和方法。新的理論往往是解決了前人未解決的問題，同時(shí)卻也存在著另一些不足，或引出了新的待解決的問題。對(duì)新提出的功率定義和理論應(yīng)具有如下要求：（1）物理意義明確，能清晰地解釋各種功率現(xiàn)象，并能在某種程度上與傳統(tǒng)概念理論一致。（2）有利于對(duì)諧波源和無功功率的辨別和分析，有利于對(duì)諧波和無功功率的流動(dòng)的理解。（3）有利于對(duì)諧波和無功功率的補(bǔ)償和抑止，并能為其

5、提供理論指導(dǎo)。（4）能夠被精確測量，有利于有關(guān)諧波和無功功率的檢測、管理和收費(fèi)。根據(jù)上述要求，可將現(xiàn)有的無功功率理論分為圖1-1所示的三大類。迄今為止各種無功功率定義和理論只解決一兩方面的問題不能滿足全部需求。Czarnecki和Depenbrock的工作對(duì)第一類功率理論一兩解決起了較大的促進(jìn)作用。H.Akagi提出的瞬時(shí)無功理論解決了諧波和無功的瞬時(shí)檢測和不用儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)諧波和無功補(bǔ)償?shù)葐栴}，無功補(bǔ)償裝置的研究開發(fā)起到了很大的推動(dòng)作用。但這一理論的物理意義較為模糊，與傳統(tǒng)理論的關(guān)系不夠明確，在解決的一類問題和第三類問題時(shí)有一定困難。對(duì)第三類理論問題的研究雖然取得了一定的成果，但迄今沒有較大突

6、破。總之如果建立更為完善的功率定義和理論，特別是為供電企業(yè)和電力用戶廣泛接受，還需要進(jìn)行更多的努力。各種功率理論第一類適應(yīng)與諧波和無功功率的識(shí)別第二類適應(yīng)于諧波和無功功率的補(bǔ)償和抑制第三類適應(yīng)于儀表測量和電能的管理、收費(fèi)圖1-11.2無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償是用普通開關(guān)將電容器或者電抗器投入電網(wǎng)，它會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，而且，將電容器從電路中切除時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，現(xiàn)已被動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置逐漸代替。早期的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置是同步調(diào)相機(jī)SC，它是用來專門產(chǎn)生無功功率的同步電動(dòng)機(jī)，它能產(chǎn)生不同大小容性或者感性的無功功率。70年代以來，同步調(diào)相機(jī)已經(jīng)開始逐漸被靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）所代替。197

7、7年美國GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行其使用了晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置。1978年，在美國電力研究院的支持下，美國西屋電氣公司制造的使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置投入實(shí)際使用。靜止無功補(bǔ)償裝置包括晶閘管控制的電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）以及兩者的混合裝置TCR+TSC，或者晶閘管控制電抗器和固定電抗器（FC）或機(jī)械投切電容器（MSC）混合使用的裝置。在國內(nèi)SVC越來越廣泛的被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，成為電力系統(tǒng)中支持電網(wǎng)電壓的重要手段。第二章 無功功率2.1什么是無功功率電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁原理工作的，他們能在能量交換中建立交變的磁場，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相

8、等。但電源能量再通過純電感或純電容電路時(shí)并沒有能量消耗，僅僅在用電負(fù)荷與電源之間進(jìn)往復(fù)交換，由于這種交換功率不對(duì)外做功，因此成為無功功率。無功功率反映了內(nèi)部與外部往返交換的能量情況，但并不像有功功率那樣表示單位時(shí)間內(nèi)所做的平均功率，無功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。2.2無功功率的物理意義前面說過，無功功率只是描述能量交換的幅度，并不消耗功率，圖2-1的單相電路就是這一方面的例子，其負(fù)載為感性負(fù)載。電阻消耗有用功，而電感則在一周期內(nèi)的一部分時(shí)間內(nèi)把從電源吸收的能量儲(chǔ)存起來，另一部分時(shí)間再把儲(chǔ)存的能量向電源和負(fù)載釋放，并不消耗能量。無功功率的大小表示

9、了電源和負(fù)載電感之間能量交換的幅度。電源向負(fù)載提供這種無功功率是阻感負(fù)載內(nèi)的需要，同時(shí)對(duì)電源的輸出帶來一定的影響。圖2-1圖2-2是帶有負(fù)載的三相電路，為了和圖2-1相對(duì)照，假設(shè)U、R、L的參數(shù)均和2-1相同，為對(duì)稱三相電路。這是無功功率的大小當(dāng)然表示了電源和負(fù)載電感之間的能量交換幅度。無功能量在電源和負(fù)載間來回流動(dòng)。同時(shí)，可以證明，各項(xiàng)的無功功率分量（）的瞬時(shí)值之和在任一時(shí)刻都為零。因此，也可以認(rèn)為無功能量是在三相之間流動(dòng)。這種流動(dòng)是通過阻感負(fù)載進(jìn)行的。圖2-2圖2-2是一個(gè)靜止無功發(fā)生器電路（SVG）。通過對(duì)各半導(dǎo)體開關(guān)器件的適當(dāng)控制，其電源電流的相位可以比電壓超前，使SVG發(fā)出的無功功率

10、或吸收無功功率。在進(jìn)行PWM控制時(shí)，如果開關(guān)頻率足夠高C的容量就可以足夠小。因此，C可以不被看成儲(chǔ)能元件。同樣，只要開關(guān)頻率足夠高，SVG交流側(cè)電感L也可以足夠小，L也不是交換無功能量意義上的電感。因此，這種電路可以近似看成無儲(chǔ)能元件的電路。這時(shí)，無功能量的交換就不能看成是在電源和負(fù)載儲(chǔ)能元件之間進(jìn)行的。因?yàn)楦飨酂o功分量的瞬時(shí)值之和在任一時(shí)刻都為零。因此，仍可以認(rèn)為無功能量在三相之間流動(dòng)。事實(shí)上，三相三線電路無論對(duì)稱還是不對(duì)稱，無論含諧波還是不含諧波，各無功分量的瞬時(shí)值都為零。這一結(jié)論是普遍成立的，因此，可以認(rèn)為無功能量是在三相之間流動(dòng)的。圖2-3a圖2-3a是帶有電阻負(fù)載的單相橋式可控整流電

11、路，圖2-3b是時(shí)u和i的波形。這時(shí)電路的有功功率為圖2-3b電流i的有效值為功率因數(shù)為無功功率Q為其無功功率一部分是由基波電流移相產(chǎn)生的，另一部分是由諧波電流產(chǎn)生的。因?yàn)樨?fù)載中沒有儲(chǔ)能元件，而且是單相電路，所以，這里沒有上述意義上的無功能量的流動(dòng)，其無功功率是由電路非線性產(chǎn)生的。2.3無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)的無功功率是由儲(chǔ)能元件引起的負(fù)荷與電源之間能量交換的最大值，是負(fù)荷與電源間交換能量的一種度量。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多非儲(chǔ)能元件也會(huì)吸收無功這主要是器件的非線性引起的。電力系統(tǒng)中的無功消耗主要來自兩個(gè)方面，一是輸電線路自身消耗的無功，另一方面是負(fù)荷消耗的無功。輸電設(shè)備在輸送電能時(shí)要

12、吸收一定的無功，在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中為了提高電網(wǎng)的輸送容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般會(huì)對(duì)這部分無功進(jìn)行補(bǔ)償，如對(duì)線路進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償，一些重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)補(bǔ)償。負(fù)荷吸收的負(fù)載主要是指感性負(fù)載和大量的非線性負(fù)荷消耗無功，如工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中使用的異步電動(dòng)機(jī)，日光燈、以及各種變流設(shè)備，工業(yè)電爐、電氣機(jī)車等，這些負(fù)荷中有些容量很大，再啟動(dòng)和使用中都會(huì)吸收大量的無功，常會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)和畸變。在電力系統(tǒng)中，負(fù)載中的感性負(fù)載會(huì)降低電網(wǎng)的功率因數(shù)，會(huì)給電力系統(tǒng)產(chǎn)生下列不良影響。 （1）降低發(fā)電機(jī)組的輸電能力和輸變電設(shè)備的輸電能力，是電氣設(shè)備的效率降低，發(fā)電和輸變電成本提高。（2）增加了輸電損耗，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

13、。（3）增加了電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的電壓損耗，引起電壓的波動(dòng)和閃變。第三章 無功優(yōu)化3.1無功優(yōu)化的基本原則及要求 任何配電網(wǎng)絡(luò)都會(huì)吸收一定量的無功功率，尤其是低壓配電系統(tǒng)最為嚴(yán)重，為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高配電設(shè)施的效率，無功補(bǔ)償?shù)呐渲脩?yīng)按“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則合理布局。國家頒布的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)冊包括了無功功率平衡及補(bǔ)償?shù)母疽蟆Ｓ嘘P(guān)規(guī)定如下（1）無功功率電源的安排應(yīng)有規(guī)劃，并留有適當(dāng)?shù)脑６?，以保證系統(tǒng)各輸壓在正常和事故后均能滿足規(guī)定的要求。（2）電網(wǎng)的無功補(bǔ)償應(yīng)分層分區(qū)就地平衡為原則，應(yīng)隨負(fù)荷的變化調(diào)整，避免長距離線路或者多級(jí)變壓器傳送無功功率，220KV以上等級(jí)線路的充

14、電電功率應(yīng)基本上予以補(bǔ)償。（3）電機(jī)或調(diào)相機(jī)應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁運(yùn)行，并保證其穩(wěn)定性。（4）為保證受端系統(tǒng)發(fā)生突然失去一回重載線路或一臺(tái)大容量組等事故時(shí)保持電壓穩(wěn)定和正常供電，受端電壓應(yīng)有足夠的動(dòng)態(tài)無功備用容量。導(dǎo)則關(guān)于對(duì)無功功率平衡機(jī)補(bǔ)償?shù)囊?guī)定是對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)分析對(duì)多年電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的結(jié)論。國標(biāo)GB12325-90電能質(zhì)量允許電壓偏差規(guī)定了各電壓等級(jí)的配電網(wǎng)母線上的電壓偏差容許值。這兩個(gè)文件是進(jìn)行電壓無功補(bǔ)償時(shí)的基本大綱。但僅有大綱是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的還需要進(jìn)一步細(xì)化出若干原則，下面將無功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t及要求總結(jié)如下：（1）功率分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡的基本原則在電網(wǎng)中，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要吸收一

15、定量的無功功率，尤其低壓配電系統(tǒng)所占比重最大，為了最大限度的減少無功功率傳輸損耗提高配電設(shè)施的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備裝置按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則合理布局。（2）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主集中補(bǔ)償是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償是指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，變電器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗，以減少變電所以上輸電線路的無功功率，從而降低輸電線路的無功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o功通過變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效的降低線損，必須做到無功功率在那里發(fā)生就補(bǔ)償?shù)侥睦铩＃?）保持各節(jié)點(diǎn)電壓合格，并留有

16、充足的無功余量保持電能質(zhì)量的合格就是對(duì)電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)幕疽?。保留充足的無功裕量，對(duì)系統(tǒng)快速跟蹤負(fù)荷的變化，中低壓電網(wǎng)應(yīng)以分散為主。應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，具有非常重大的意義。（4）要注意區(qū)域協(xié)調(diào)性經(jīng)濟(jì)性確保全局電網(wǎng)優(yōu)化降低電網(wǎng)損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，是系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)下，是所有電網(wǎng)追求的目的。為此，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募袃?yōu)化和協(xié)調(diào)優(yōu)化。對(duì)不同的變電站設(shè)定不同的優(yōu)化運(yùn)行方式，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定變電站是否參加優(yōu)化控制。若不參與優(yōu)化的變電站，則設(shè)備不可調(diào)節(jié)；用戶也可以設(shè)定具體的設(shè)備是否參與優(yōu)化，則即設(shè)備是否可調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的變電站和設(shè)備的控制方式及變電站預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行全局電網(wǎng)的無功優(yōu)化計(jì)算，得

17、出母線電壓約束并以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的控制策略。（5）應(yīng)充分考慮全局電壓穩(wěn)定的需求電壓無功補(bǔ)償說到底就是保持各節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定但是只從局部出發(fā)很可能危及整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此各電網(wǎng)的無功補(bǔ)償必須服從全電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求。（6）無功補(bǔ)償應(yīng)具常規(guī)控制和緊急控制功能系統(tǒng)不僅能在正常情況下通過調(diào)節(jié)各電壓控制器的整定值控制受控區(qū)域的無功電力至優(yōu)化狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)如負(fù)荷急劇變化或發(fā)生故障造成電壓異常時(shí)，系統(tǒng)也能夠迅速做出反應(yīng)，實(shí)施有效的控制，節(jié)點(diǎn)電壓恢復(fù)到正常的范圍。當(dāng)通訊系統(tǒng)某些遠(yuǎn)程控制線路出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)還能很好的完成調(diào)節(jié)任務(wù)。（7）避免調(diào)節(jié)設(shè)備頻繁的動(dòng)作各調(diào)節(jié)設(shè)備特別是有載調(diào)節(jié)變壓器，電容器組等，受設(shè)備

18、使用壽命及其電壓波動(dòng)的限制，其調(diào)節(jié)次數(shù)是有限的。因此系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行合理的規(guī)劃和優(yōu)化，使得既能滿足系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的要求，又能使調(diào)節(jié)設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)在理想的范圍之內(nèi)，同時(shí)在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)保證控制設(shè)備在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。 當(dāng)采用全局電網(wǎng)優(yōu)化控制時(shí)，補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果編制控制預(yù)案，避免各變電站孤立、局部的調(diào)節(jié)控制，有效地控制設(shè)備的操作和變電站間的協(xié)調(diào)配合，保證設(shè)備動(dòng)作的效果，減少全局電網(wǎng)總的設(shè)備動(dòng)作數(shù)量。（8）滿足不同調(diào)壓方式不同調(diào)壓方式（逆調(diào)壓、順調(diào)壓、長調(diào)壓）要求可通過母線（節(jié)點(diǎn)）的電壓約束體現(xiàn)。補(bǔ)償系統(tǒng)可按時(shí)段為母線設(shè)置不同的電壓限值約束，以滿足用戶對(duì)調(diào)壓方式的要求。例如，按逆調(diào)壓的

19、要求，在電壓合格范圍內(nèi)，高峰負(fù)荷時(shí)電壓偏上限運(yùn)行，低谷負(fù)荷時(shí)電壓偏下限運(yùn)行。則在設(shè)置母線電壓約束時(shí)，對(duì)高峰負(fù)荷時(shí)段、低谷負(fù)荷時(shí)段的電壓限值進(jìn)行適當(dāng)收縮，以滿足逆調(diào)壓的要求。 （9）引入閉鎖保證電網(wǎng)安全運(yùn)行 補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)在保證電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)上提高運(yùn)行效益。因而補(bǔ)償系統(tǒng)必須對(duì)電網(wǎng)故障、異常情況有充分的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施閉鎖。異常情況的發(fā)生可對(duì)應(yīng)于遙信變位(如保護(hù)動(dòng)作)、遙測越限。補(bǔ)償系統(tǒng)在運(yùn)行過程中檢測到用戶定義的需要閉鎖的異常情況時(shí)，立即執(zhí)行閉鎖。閉鎖的對(duì)象可以是設(shè)備閉鎖(該設(shè)備不可調(diào)節(jié))、變電站閉鎖(該變電站的所有設(shè)備不可調(diào)節(jié))、系統(tǒng)閉鎖(補(bǔ)償系統(tǒng)不再進(jìn)行優(yōu)化控制)。 無功

20、補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)遵照電力部電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則，無功補(bǔ)償對(duì)功率因數(shù)做如下規(guī)定：對(duì)于系統(tǒng)站，110kV及以上系統(tǒng)站主變在最大負(fù)荷時(shí)，其二次側(cè)的功率因數(shù)為0.95以上；35kV系統(tǒng)站主變在最大負(fù)荷時(shí)，其二次側(cè)的功率因數(shù)為0.95以上。對(duì)于用戶站：高壓供電的工業(yè)及裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓設(shè)備的用戶，功率因數(shù)為0.95以上；其它工業(yè)用戶功率因數(shù)為0.9以上；泵站和農(nóng)業(yè)用戶功率因數(shù)為0.80以上。3.2影響無功優(yōu)化的因素（1）負(fù)荷狀態(tài)水平的影響 在地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)總的負(fù)荷水平是地區(qū)電網(wǎng)中千萬個(gè)用電設(shè)備消耗的功率總和，在不同時(shí)刻，電網(wǎng)中的總負(fù)荷水平是不一樣的：在高峰負(fù)荷狀態(tài)下，電網(wǎng)對(duì)無功功率的需求大

21、，整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的無功功率呈現(xiàn)不足的狀態(tài)，這就要求發(fā)揮電網(wǎng)中無功補(bǔ)償設(shè)備的作用，通過投入電網(wǎng)中恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的電容器來補(bǔ)償無功負(fù)荷所需的無功功率；而在低谷負(fù)荷狀態(tài)下，電網(wǎng)對(duì)無功功率的要求將減少，為避免無功功率過剩，要求切除電網(wǎng)中適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的電容器，使得電網(wǎng)的無功功率得到合理控制；這樣必然導(dǎo)致在不同負(fù)荷水平狀態(tài)下，地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制策略的不同，即可投切電容器的位置和容量不同，因此在地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制中，根據(jù)不同負(fù)荷狀態(tài)水平和分布情況，選擇不同的電容器組投切方案，是優(yōu)化地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的重要手段，負(fù)荷狀態(tài)水平對(duì)電容器投切起著至關(guān)重要的作用。 （2）電壓水平的影響 進(jìn)行無功優(yōu)化控制的前提是保證電壓水平正常，圖

22、3-1是無功功率的靜態(tài)電壓特性。圖中和對(duì)應(yīng)著兩種電壓水平Qc1和Qc2分別為和對(duì)應(yīng)的無功功率需要供給量EQL+Q表示電網(wǎng)的無功負(fù)荷和無功損耗。從圖3-1可以看出，要維持一定的電壓水平，必然要求無功功率達(dá)到相應(yīng)的無功平衡，無功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)的電壓要求較高時(shí)，在無功功率不足的情況下，要維持較高的電壓水平是不可能的，這時(shí)就必須投入電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，來提高節(jié)點(diǎn)的電壓水平;當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)的電壓要求較低時(shí)，將不能充分利用可投切的電容器，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此對(duì)不同的電壓水平會(huì)有不同的電容器投切方案。圖3-1電壓水平與無功平衡的關(guān)系(3)電容器投切次數(shù)的影響 地區(qū)電

23、網(wǎng)無功優(yōu)化控制的主要措施是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)中已有電容器組的無功功率，對(duì)電網(wǎng)中的無功潮流進(jìn)行合理的調(diào)度，使電網(wǎng)的運(yùn)行方式得到優(yōu)化，但是這要受到電網(wǎng)中的電容器組本身?xiàng)l件、電容器組所在位置以及容量的限制，因?yàn)樵诘貐^(qū)電網(wǎng)的無功調(diào)度過程中，有些電容器由于頻繁投切，可能會(huì)造成開關(guān)或電容器等設(shè)備經(jīng)常性損壞，嚴(yán)重影響了控制設(shè)備的使用壽命，因此在實(shí)際運(yùn)行中要求盡量減少電容器組的調(diào)節(jié)次數(shù)。由于電容器投切次數(shù)限制以及可投切電容器的位置的影響，會(huì)影響無功優(yōu)化控制的結(jié)果，地區(qū)電網(wǎng)優(yōu)化控制的策略也隨之不同。(4)有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)節(jié)次數(shù)的影響 電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的另一措施是通過改變有載調(diào)壓變壓器的變比，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓，

24、來控制無功潮流，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行方式。但是這要受到電網(wǎng)中的有載調(diào)壓變壓器抽頭的位置以及調(diào)節(jié)次數(shù)的限制，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)過中，有載調(diào)壓變壓器變比的頻繁變動(dòng)，不僅會(huì)嚴(yán)重影響變壓器本身的使用壽命甚至直接引起設(shè)備損壞，而且會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此在實(shí)際操作過程中要求盡量減少有載調(diào)壓變壓器抽頭位置的變動(dòng)。3.3無功優(yōu)化的一般模型無功優(yōu)化作為一個(gè)最優(yōu)潮流的子問題，可以表示為一個(gè)同時(shí)具有連續(xù)變量和!離散變量以及等式和不等式約束的非線性規(guī)劃問題，其一般模型由如下部分組成:Fmin=f(u,x) （3.1） s.t.g(u,x)=0 （3.2） （3.3） （3.4） 其中u表示控制變量的向量

25、，主要包括發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、有載調(diào)壓變壓器的變比和并聯(lián)無功補(bǔ)償器的無功功率，其中前者為連續(xù)變量，后兩者為離散變量。x表示依存變量的向量，主要包括PQ節(jié)點(diǎn)電壓和發(fā)電機(jī)無功出力，有時(shí)也加入支路無功潮流約束。式(3.2 )即為由系統(tǒng)潮流方程構(gòu)成的等式約束，式(3.3)和(3.4)分別表示控制變量和依存變量的上下限不等式約束。 無功優(yōu)化從數(shù)學(xué)角度而言要尋找控制變量的一組設(shè)定值，使電力系統(tǒng)在依存變量不越限的前提下達(dá)到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。3.4無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)常見的無功優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)主要有以下幾類：（1）系統(tǒng)網(wǎng)損最小電力系統(tǒng)網(wǎng)損最小是電力系統(tǒng)無功優(yōu)化最常見的目標(biāo)函數(shù)之一，如式（3.5）所示。式中，

26、n 為支路數(shù)，Gk ( i , j)是以節(jié)點(diǎn) i 和節(jié)點(diǎn) j 為首末端節(jié)點(diǎn)的第 k 條支路的電導(dǎo)。隨著電力市場化運(yùn)營的開展，也可能采用計(jì)及無功發(fā)電成本及無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行成本的目標(biāo)函數(shù)。(3.5)（2）儲(chǔ)備最大化基于安全性方面的考慮，無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)也可以是最大化發(fā)電機(jī)的無功儲(chǔ)備，即最小化發(fā)電機(jī)的無功出力，從而為電力系統(tǒng)在緊急情況下提供足夠的無功出力，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如式（3.6）所示；還有考慮將無功儲(chǔ)備一致分布在不同的發(fā)電機(jī)中的目標(biāo)函數(shù)，如式（3.7）所示； （3.6） （3.7）（3）小化各約束的總越限量即越限約束的總數(shù)最小化，如式（3.8）所示，一般此類模型用于無功電壓的修正控制

27、。式中， Q為第 k 臺(tái)發(fā)電機(jī)的無功出力hV為額定無功容量， hK為越限約束，WK為hk的權(quán)重，用于考慮不同約束的重要性差異。 （3.8） (4)最優(yōu)化無功電壓運(yùn)行質(zhì)量用以對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)電壓質(zhì)量目標(biāo)要求較高的無功優(yōu)化環(huán)境。文獻(xiàn)中將最小化各重要節(jié)點(diǎn)的電壓或線路的無功潮流與相應(yīng)設(shè)定值的偏差作為目標(biāo)函數(shù)，如式（3.9）所示。式中為重要節(jié)點(diǎn)（或線路）的數(shù)目、 和分別為節(jié)點(diǎn) k 的電壓（或線路 k 的無功潮流）的實(shí)際值、設(shè)定值和最大允許偏差。 （3.9）（5）最優(yōu)化控制設(shè)備動(dòng)作量對(duì)于實(shí)際電力系統(tǒng)環(huán)境，有時(shí)對(duì)設(shè)備操作數(shù)以及操作成本有一定的要求，此時(shí)對(duì)應(yīng)于最優(yōu)化設(shè)備動(dòng)作的數(shù)學(xué)模型應(yīng)運(yùn)而生。主要包括最小化控制設(shè)備

28、動(dòng)作量的某種求和，如將最小化控制設(shè)備動(dòng)作量的加權(quán)平方和作為目標(biāo)函數(shù)如式（3.10）所示。式中 為控制設(shè)備的數(shù)目；為第 k 個(gè)控制設(shè)備的動(dòng)作量；權(quán)系數(shù)可以用來區(qū)分設(shè)備的動(dòng)作優(yōu)先級(jí)，越大，優(yōu)先級(jí)越低。 （3.10） （6）多目標(biāo)無功優(yōu)化前文列舉了無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，但如果僅僅使用上述各類單一目標(biāo)對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)行建模仿真，優(yōu)化結(jié)果往往都不夠理想，因?yàn)閱我坏哪繕?biāo)模型都不足以完整的表達(dá)電力系統(tǒng)的實(shí)際控制目標(biāo)，比如使用單一的網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)，可以看到如下缺點(diǎn)：1、個(gè)別優(yōu)化后母線的電壓接近其合格范圍的上限，系統(tǒng)承受負(fù)荷波動(dòng)的能力下降，可能導(dǎo)致調(diào)壓設(shè)備頻繁動(dòng)作；2、靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)的無功出力偏高，減少了

29、可用于應(yīng)付未來擾動(dòng)的無功儲(chǔ)備。另一方面，如果只是為了提高系統(tǒng)安全性，單純以最大化發(fā)電機(jī)無功儲(chǔ)備為目標(biāo)函數(shù)，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓偏低、網(wǎng)損偏高，也不適于在正常的系統(tǒng)狀態(tài)下運(yùn)行。因此一般需要將幾類目標(biāo)函數(shù)結(jié)合使用，形成多目標(biāo)無功優(yōu)化。多目標(biāo)的引入使無功優(yōu)化模型更加復(fù)雜，不同種類的目標(biāo)函數(shù)往往相互沖突，為優(yōu)化算法帶來很大的困難。傳統(tǒng)上處理多目標(biāo)無功優(yōu)化通常是采用某種方法將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題，如固定權(quán)重和方法、模糊集理論隸屬度算法等，但這些方法往往只能靠經(jīng)驗(yàn)性的試探，很難給出令人信服的解釋，且不同性質(zhì)的目標(biāo)函數(shù)其量綱不同，不易作出比較。最新的處理方式是利用整體親和力順序?qū)ふ遗晾弁凶顑?yōu)解（Par

30、eto Optimal Solution），其中以基于進(jìn)化算法的方法居多，在無功優(yōu)化方面也有所應(yīng)用，是近年來無功優(yōu)化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。3.5無功優(yōu)化約束條件無功優(yōu)化除了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)以外，還需要同時(shí)保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電能質(zhì)量，這樣就要滿足約束條件。無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的約束條件包括等式約束和不等式約束。等式約束等式約束即是潮流方程約束 （3.11） 其中， 和為節(jié)點(diǎn) i 的注入有功和無功；、為節(jié)點(diǎn) i 和節(jié)點(diǎn) j 之間的電導(dǎo)和電納；為節(jié)點(diǎn)電壓和之間的相角差；為與節(jié)點(diǎn) i 有關(guān)的節(jié)點(diǎn)號(hào)的集合，包括 i 本身；s 為平衡節(jié)點(diǎn)；為 PQ 節(jié)點(diǎn)集合。以上兩式實(shí)際為節(jié)點(diǎn)功率平衡公式的極坐標(biāo)形式。不等式約束包括

31、電壓幅值約束、補(bǔ)償容量約束、變壓器分接頭約束和發(fā)電機(jī)無功出力約束等。1 電壓幅值約束 （3.12）式中為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)。這一約束條件保證了用戶的用電質(zhì)量及供電穩(wěn)定性。2 補(bǔ)償容量約 （3.13）式中 和分別為節(jié)點(diǎn) i 所安裝的無功補(bǔ)償裝置投切容量的上下限。3 變壓器分接頭位置約束 （3.14）通常情況下，要求同一變電站下各臺(tái)并列運(yùn)行的主變壓器的分接頭檔位一致。 4 發(fā)電機(jī)無功出力約束 (3.15)式中為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)集。第四章 無功補(bǔ)償4.1無功功補(bǔ)償?shù)淖饔迷诟鞣N用電設(shè)備中，只有白熾燈和一些發(fā)熱設(shè)備只消耗有用功，為數(shù)不多的同步電動(dòng)機(jī)可以發(fā)出一部分無功，大多數(shù)設(shè)備都要消耗無功。因此，無論工業(yè)還是農(nóng)業(yè)用

32、戶都以滯后功率因數(shù)運(yùn)行，未經(jīng)補(bǔ)償?shù)淖匀还β室驍?shù)是0.60.9之間。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，但部分屬于感性負(fù)載，在運(yùn)行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置以后，可以提供感性電抗器消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)載提供、由線路輸送的無功功率，由于減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)的，這就是無功補(bǔ)償。無功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項(xiàng)投資少收效快的降損節(jié)能措施。電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)正要組成部分。合理的選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)無功電源合理配置，能夠有效地維持電壓水平并提

33、高電力系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性，還可以避免無功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低線損，信息系統(tǒng)能夠安全、經(jīng)濟(jì)合理地運(yùn)行。具體地說，無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)：（1）提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備所需要容量，減少線路及設(shè)備損耗，節(jié)約電能。（2）提高并穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高電能質(zhì)量。在長距離線路中安裝合適的裝置，可以改變輸電線路的穩(wěn)定性，提高輸電能力。（3）三相負(fù)載不平衡的場所，通過適當(dāng)?shù)臒o功功率補(bǔ)償，可以對(duì)三相負(fù)載起到平衡作用。（4）增加變壓器、發(fā)電機(jī)、供電線路等的備用量。（5）減少配電變壓器的安裝容量、減少基本電費(fèi)、節(jié)約電費(fèi)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償就是要電網(wǎng)達(dá)到無功平衡，即使電網(wǎng)的無功電源發(fā)出

34、的無功功率與系統(tǒng)的無功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗相平衡。事實(shí)上，系統(tǒng)中無功功率不足時(shí)的無功功率平衡是由系統(tǒng)電壓水平下降、無功功率負(fù)荷、本身的具有電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)是全系統(tǒng)的無功功率需求有所下降而達(dá)到的。如果系統(tǒng)的無功電源比較充足，能滿足較高電壓水平下和無功平衡的需求，系統(tǒng)就有較高的運(yùn)行電壓水平；反之，無功不足就反映為運(yùn)行電壓水平偏低。因此，應(yīng)力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率的平衡，并根據(jù)這個(gè)要求裝設(shè)必要的無功補(bǔ)償裝置。電力系統(tǒng)中的無功功率電源除了電機(jī)之外，還有靜電電容器及靜止補(bǔ)償裝置，又稱無功補(bǔ)償裝置。4.2無功補(bǔ)償?shù)闹匾噪S著我國各種產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)日益擴(kuò)大，因此對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行的可靠性要求

35、越來越高。改善電能運(yùn)行環(huán)境，提高功率因數(shù)、減少網(wǎng)絡(luò)損耗是一件十分重要的工作。在電力負(fù)荷中有很大一部分屬于感性負(fù)載，這些負(fù)載投入運(yùn)行之后除了消耗大量的有用功率以外還有吸收大量的無用功。根據(jù)有關(guān)資料分析，電網(wǎng)中的無用功約是有用功的1.3倍。大量的無用功全都由發(fā)電廠提供，就會(huì)使用戶的功率因數(shù)降低 ，其結(jié)果就是使線路的有功損耗加大，用戶電壓降低，電力設(shè)備得不到很好地利用。整個(gè)系統(tǒng)無功缺失嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使電力系統(tǒng)崩潰。我們知道無功功率增加使視在功率增加，從而使電力系統(tǒng)流過的電流增加這將對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生如下影響：（1）總電流增加就會(huì)使電力系統(tǒng)元件的容量增大，因而投資費(fèi)用增大；（2）在傳輸同樣有功的情況下，總電

36、流會(huì)使線路設(shè)備的損耗增大；（3）線路及變壓器的電壓損失增大；（4）對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增大電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流則使轉(zhuǎn)子溫度超過允許溫升。此外，無功功率的增加會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的相對(duì)較低。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離的傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法就是在需要消耗無功功率的地方安裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備。4.3無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)脑碓缙诘臒o功補(bǔ)償裝置不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)無功功率進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤絹碓酱?。?duì)電力系統(tǒng)中的無功功率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)無功負(fù)荷的功率因數(shù)的校正、

37、改善電壓調(diào)整、提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩、降低過電壓、減少電壓閃爍、阻尼次同步振蕩、減少電壓和電流的不平衡。應(yīng)當(dāng)指出的是，以上的這些功能雖然是相互關(guān)聯(lián)的，但實(shí)際的靜止無功補(bǔ)償裝置往往只是對(duì)其中某一條或者幾條為直接控制目標(biāo)，其控制策略亦因此而有所不同。因此，這些功能有的屬于對(duì)一個(gè)或者幾個(gè)在一起的負(fù)載的補(bǔ)償效果(負(fù)載補(bǔ)償)，有的則是以整個(gè)輸電系統(tǒng)性能的改善和傳輸能力的提高為目的(輸電補(bǔ)償)，而改善電壓調(diào)整，提高電壓穩(wěn)定性，則可以看作是兩者的共同目標(biāo)。下面以改善電壓調(diào)整的基本功能為例，對(duì)無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)脑碜龊喴慕榻B。圖4-1圖4-1(a)所示為系統(tǒng)、負(fù)載和補(bǔ)償器的單相等效電路

38、圖。其中，U為系統(tǒng)電壓，R和X為系統(tǒng)電阻和電抗。假定負(fù)載變化很小，故有，則假定RX，反映系統(tǒng)電壓與無功規(guī)律變化的特性曲線如圖4-1(b)中實(shí)線所示，由于系統(tǒng)電壓變化不大，其橫坐標(biāo)也可以換為無功電流?？梢钥闯觯撎匦郧€是向下傾斜的，即隨著系統(tǒng)供給的無功功率Q的增加，系統(tǒng)電壓下降。由電力系統(tǒng)中的分析可知，系統(tǒng)的特性曲線可近似用下式表示式中 無功功率為零時(shí)的系統(tǒng)電壓系統(tǒng)短路容量由上式可見，無功功率的變化將引起系統(tǒng)電壓成比例的變化。投入補(bǔ)償器后，系統(tǒng)供給的無功功率為負(fù)載和補(bǔ)償器無功功率之和，即 因此，當(dāng)負(fù)載無功功率變化時(shí)，如果補(bǔ)償器的無功功率總能彌補(bǔ)的變化，從而使Q維持不變，即，則也將為0，供電電壓

39、保持恒定。這就是對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)脑怼?.4無功補(bǔ)償電容器設(shè)置無功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，目前在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。使用并聯(lián)電容補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)。(1)并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的原理在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，大部分負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)。包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的多 數(shù)電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R電感L串聯(lián)的電路其功率因數(shù)為 (4-1)式中 給R、L電路并聯(lián)接入C電路5-1a所示。該電路的電流方程為 （4-2） 由4-1（b）的向量圖可知，并聯(lián)電容電壓與的相位差變小來了，供電回路的功率因數(shù)提高了。因此，電流的相位滯后電壓,這種情況叫欠補(bǔ)償。若電容C的容量過大，使得供電

40、電流的相位超前電壓，這種補(bǔ)償叫做過補(bǔ)償，其向量圖如圖 4-2所示。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)闀?huì)引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，而容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會(huì)則增加電能的損耗，使溫升增大，影響點(diǎn)電容的壽命。圖4-2（2）并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算電容器的補(bǔ)償容量與采用的補(bǔ)償方式、未補(bǔ)償時(shí)的負(fù)載情況、電容器接法有關(guān)。集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償?shù)娜萘坑?jì)算時(shí)，總的補(bǔ)償容量由下式?jīng)Q定： （4-3） 或 （4-4） 式中由變配電所供電的月最大有功計(jì)算負(fù)載（KV） 月平均負(fù)載率，一般可取0.7到0.8之間補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，可取最大負(fù)載時(shí)的值補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，參考電力部門的要求確定一般可取0.9到0.95電

41、容補(bǔ)償率(Kvar/KW),即每千瓦有功負(fù)載需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，。電容器接法不同時(shí)，每相電容器所需的容量是不一樣的。電容器組成星形連接時(shí) (4-5)式中裝設(shè)地點(diǎn)電網(wǎng)電壓（V）電容器組的線電壓（A） 每相電容器組的電容量（F）考慮到電網(wǎng)電壓的單位常用KV，的單位為Kvar，則星形聯(lián)接時(shí)每相電容器的容量為 (4-6)式中，的單位是。電容器組為三角形聯(lián)結(jié)時(shí) (4-7) 若線電壓的單位為KV則每相電容的容量（單位為） (4-8) 就地補(bǔ)償電容容量計(jì)算單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)裝有就地補(bǔ)償電容器時(shí)，如電動(dòng)機(jī)突然與電源斷開，電容器將對(duì)電動(dòng)機(jī)放電而產(chǎn)生勵(lì)磁現(xiàn)象。如果補(bǔ)償電容器補(bǔ)償過大，可能因電動(dòng)機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生過電壓，

42、導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。為防止這種情況，不宜使電容器補(bǔ)償容量過大，應(yīng)以電容器組在此時(shí)的放電電流大于電動(dòng)機(jī)的空載電流為限，即 (4-9)式中 供電系統(tǒng)額定線電壓（v） 電動(dòng)機(jī)額定空載電流（A）若電動(dòng)機(jī)空載電流在產(chǎn)品樣品中查不到可用下式估算： (4-10)4.5靜止無功發(fā)生器靜止無功功率補(bǔ)償器簡稱靜止補(bǔ)償器（SVC）,出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，是目前為止應(yīng)用較多的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。SVC主要有并聯(lián)電容器組、可調(diào)飽和電抗器以及檢測與控制系統(tǒng)三部分組成。其兼有電容器和調(diào)相機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，可在幾個(gè)周期內(nèi)快速完成調(diào)節(jié)，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。SVC平滑的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性是指補(bǔ)充進(jìn)電網(wǎng)的無功電流是按照電網(wǎng)的無功

43、需求變化而變化的。由于無功和電網(wǎng)是直接聯(lián)系的，所以調(diào)節(jié)無功在很大程度上是為了系統(tǒng)電壓質(zhì)量和電壓支撐。靜止無功發(fā)生器就是典型的一種靜止無功功率補(bǔ)償裝置。1靜止無功發(fā)生器的原理靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)是應(yīng)無功補(bǔ)償快速、準(zhǔn)確和減少諧波的要求而出現(xiàn)的，是采用變流器結(jié)構(gòu)和新型電力電子器件、智能控制芯片實(shí)現(xiàn)的高性能無功補(bǔ)償系統(tǒng)。目前研究的熱點(diǎn)主要圍繞改善電路結(jié)構(gòu)、改進(jìn)信號(hào)測量技術(shù)、尋找更佳的控制方式及濾波等方面。在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)之前，有必要對(duì)靜止無功發(fā)生器的基本原理加以介紹。其中，由于無功電流檢測的準(zhǔn)確性、快速性關(guān)系到系統(tǒng)性能的好壞，因此專門對(duì)本文所采用的基于瞬時(shí)無功功率理論的無功電流檢測原理做詳細(xì)介紹。2靜止

44、無功發(fā)生器的分類所謂靜止無功發(fā)生器 (SVG)，就是指由自由換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。簡單地說，它的基本原理就是將自換相橋式變流電路通過電抗或直接并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?。在三相平衡電路中，不論?fù)載的功率因數(shù)如何，三相瞬時(shí)功率的和是一定的，在任何時(shí)刻都等于三相總的有功功率，而三相無功功率的和為零?？偟膩砜慈嚯娫磁c負(fù)載間沒有無功能量的傳輸，各相的無功量是在三相之間來回往返的。因而從理論上來講，SVG直流側(cè)不需要設(shè)置儲(chǔ)能元件。實(shí)際上考慮到變流

45、電路吸收的電流并不是只有基波，其諧波的存在也多少會(huì)造成總體看來有少許無功能量在電源和SVG之間往返。所以，為了維持橋式變流電路的正常工作，其交流側(cè)仍需一定大小的電感或電容作為儲(chǔ)能元件。靜止無功發(fā)生器根據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，可以分為電壓型和電流型兩種，結(jié)構(gòu)圖分別如圖4-3中(a)、(b)所示。電壓型橋式電路需要串聯(lián)電抗器后才能并入電網(wǎng)，而電流型橋式電路需要在交流側(cè)并聯(lián)上電容器，以吸收換相產(chǎn)生的過電壓。圖4-3不論是電壓型還是電流型結(jié)構(gòu)，其無功補(bǔ)償?shù)幕驹硎窍嗤ǖ?。但在?shí)際應(yīng)用中，電壓型結(jié)構(gòu)的靜止無功發(fā)生器效能更高，因此迄今投入實(shí)用的SVG大多采用電壓型橋電路。下面以電壓型SVG系統(tǒng)為例，對(duì)其

46、結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。電壓型靜止無功發(fā)生器的基本原理SVG正常工作時(shí)是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的開通和關(guān)斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，SVG可以等效視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。所以，SVG的工作原理就可以用如圖4-4所示的單相等效電路圖來說明。圖4-4設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出的交流電壓分別用相量和表示，則連接電抗X上的電壓即為和，的相量差，而連接電抗的電流是可以由其電壓來控制的。這個(gè)電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流因此，改變SVG的交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。在圖4-4(a)的等效電路中，將連接電抗器視為