无功补偿及谐波治理方案

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
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。
• 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。
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
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。
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。
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
•
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。
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：
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。
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
• 1.2 无功功率补偿的基本原理
把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路， 当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时 ，容性负荷却在吸收能量。能量在两种负荷之间交换。这样感性负荷 所需要的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是
无功功率补偿的基本原理.
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
、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
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
电力电容器作为补偿装置有两种方法：串联补偿和并联补偿。
•
1) 串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输
电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。这种
补偿方法的电容器称作串联电容器，应用于高压远距离输电线路上，
用电单位很少采用。
•
2) 并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，
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
• 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。
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
•
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
• 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电 所，一般用户很少应用。
由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，当用电企业 cosΦ越小，其视在功率越大，为满足用电的需要，供电线路和变压 器的容量也越大，这样，不仅增加供电投资，降低设备利用率，也将 增加线路网损。
负载的功率因数低，对电力系统不利。
1)负载的功率因数过低，供电设备的容量不能充分利用。例如： 一台容量为 60KVA 的单相变压器，设它在额定电压，额定电流下运 行，在负载的功率因数等于 1 时，它传输的有功功率 P=60×cosΦ=60KW，它的容量得到充分利用，负载的 cosΦ=0.8 时 ，它传输的有功功率降低48KW，容量的利用较差，cosΦ越小，容量 利用的越不充分。
• 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。
2)在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因 数越低，通过输电线的电流越大，导线电阻的能量损耗和导线阻抗的 电压降落越大，所以功率因数是电力经济中的一个重要指标。
• 全国供用电规则规定：在电网高峰负荷时，用户的功 率因数应达到的标准：高压用电的工业用户和高压用电装 有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为 0.9 以 上；其它 100KVA 及以上电力用户和大中型电力排灌站， 功率因数为 0.85 以上；农业用电功率因数为 0.80 以上 。凡功率因数达不到上述规定的用户，供电部门会在其用 户使用电费的基础上按一定比例对其进行罚款（力率电费 ），要提高企业的用电功率因数，必须进行无功补偿，并 做到随其负荷和电压的变动及时投入或切除，防止无功电 力倒送。
•
2)当负载很重时，微小的功率因数变化将对应很大的无功功率，
由于功率因数采集及计算误差可能导致部分电容器在系统需要时不能
及时投入运行。
• 2.3 传统无功自动补偿设备保护方法及局限性
•
为保证无功补偿设备安全、可靠、长期运行，设备本身应具备完
善、灵敏的保护及自检功能并应提供相应方式的告警信号。传统的无
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
SVC静止式无功补偿及谐波 治理
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。