无功补偿的工作原理

无功补偿原理及意义

默认分类 2009-12-07 18:45 阅读19 评论0

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无功补偿的原理

电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.

2.无功补偿的意义

(1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数

(2)减少发,供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW.对原有设备而言,相当于增大了发,供电设备容量.因此,对新建,改建工程.应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资.

(3)降低线损,由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则

cosΦ>cosΦ,所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行.

3.无功补偿的原则

提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,应该遵循：全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则.

SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）是一种用于电力系统中动态补偿无功功率的装置。其工作原理基于先进的电力电子技术，主要通过自换相桥式电路实现。

1. 基本结构：

SVG的核心部件是采用可关断电力电子器件（如IGBT，绝缘栅双极型晶体管）组成的电压源逆变器（VSI）。该逆变器经过适当的控制后并联接入电网。

2. 实时监测与控制：

- SVG首先通过外部电流互感器（CT）或其他传感器检测系统的电流、电压等参数。

- 控制系统根据这些信息计算出当前所需的无功功率和相位，并实时调整逆变器输出的交流侧电压幅值和相位。

3. 无功补偿过程：

- 通过快速调节逆变器输出的交流电流，SVG能够在需要时产生或吸收无功功率，精确匹配负载变化，从而改善电网的功率因数，减少线损，稳定电压，提高电能质量。 - 当系统需要无功功率时，SVG会向电网注入滞后90度相位的电流；当系统有过多无功功率需要消耗时，SVG则从电网吸收相同相位的电流。

4. 动态响应能力：

- SVG具有非常快的动态响应速度，可以在毫秒级的时间内完成对无功需求的跟踪和补偿，尤其适用于负荷变化频繁、冲击性大或者谐波含量高的场合。

5. 谐波抑制：

- 高性能的SVG不仅可以补偿基波无功，还可以通过特定算法对谐波进行抵消，有助于改善整个电力系统的电能质量。

总之，SVG通过高级的电力电子技术和数字信号处理技术，实现了对电网无功功率的精准控制和高效补偿，是现代电力系统中不可或缺的重要组成部分之一。

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；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，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。

无功功率比较抽象，它用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

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。

打个比方，农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么能运到堤上?

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。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

无功补偿的基本原理是：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，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、无功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。

要搞清楚什么是“无功功率”，说实话，如果不是科班出身，就是在电力系统工作一辈子也是知其然而不知其所以然。其次纠正一下概念，电压降是电流产生的，有功电流也会造成系统电压降低（直流供电没有无功的概念，但是系统照样有电压损耗）。

无功功率的定义：无功功率是指电力系统中用于电磁能量转换的那一部分功率。无功功率在电源和负载之间来回传递而不被消耗。

举一个简单的例子：一个LC震荡电路，充了电的电容向电感放电，电感将电能变成磁场能量，电容放电终止时，电感中的磁场能量又会转变成电能向电容充电变成电场能量，周而复始。这其中传递的就是“无功功率”。

还要引申一个概念：电力系统中的大部分负载都是电感性的，在系统电压的作用下，它们同时进行电磁转换，它们“消耗”无功功率。并入系统运行的发电机正常时都是电流超前电压的，具有电容的特性，它们“发出”无功功率，也就是说，当电感负载磁场储能的瞬间，发电机相当于电容释放电场能量。当负载释放磁场能量时，发电机将这部分能量储存起来。说到这里很多人不能理解，明明发电机线圈也是电感，发电机怎么会变成“电容”呢？道理很简单，我们的发电机是在“过励磁”（感应电势大于端电压）状态运行，它从系统吸收电磁能量的相位正好跟负载相反，所以说它相当于“电容”，发出“容性无功”。

现在问题已经比较清楚了。改变发电机的励磁电流，就可以改变定子的感应电势，增大励磁电流就可以使感应电势大于端电压（电动机的端电压永远大于感应电势），从而使发电机的电流超前于端电压，使发电机发出无功功率。

电力系统的某一时间，负载“消耗”的无功是和发电机“发出”的无功平衡的。一台机多带了无功，其他机组的无功负荷就会下降。当负载无功功率增大时，无功电流的增量就会在发电机的电枢反应中起到“去磁作用”，使发电机的感应电势降低，从而造成系统电压下降（严格说是在较低的电压下达到新的平衡），所以可以认为系统电压下降是因为发电机输出的无功功率不足造成的。