无功补偿原理

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有功功率、无功功率及视在功率

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-3 16:08:01

国际电工委员会定义:

有功电流与线路电压的乘积称为有功功率(P:常用单位为瓦(W)或千瓦(KW));

无功电流与线路电压的乘积称为无功功率(Q:常用单位为乏(Var)或千乏(Kvar));

线路电压与线路电流的乘积称为视在功率(S:常用单位为伏安(VA)或千伏安(KVA));

有功功率(P)、无功功率(Q)及视在功率(S)的关系如下图的功率三角形:

功率因数是有功功率与视在功率的比率,俗称力率:

cosj =P/S 或写成:P=S·cosj

并联补偿原理

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-9 00:42:01

并联补偿电路是在工厂、生活用电、农业用电、电力网与变电站内最常见和具有实用意义的电路,如图4-2。

我们知道感性电路中电流滞后电压相位90°,而容性电路中电流超前电压相位90°,因此容性无功功率与感性无功功率二者正好相差180°。换句话说,如果电容性电抗等于电感性电抗,即X L=X C,此时Q C=Q L,二者正好抵消,电路中没有无功功率。这便是并联无功补偿的基本思路。

当未接电容C时,流过电感L的电流为I L,流过电阻R的电流为I R。电源所供给的电流与I1相等。I1=I R+jI L,此时相位角为j1,功率因数为cosj1。并联接入电容C后,由于电容电流I C与电

感电流I L方向相反(电容电流I C超前电压U90°,而电感电流滞后电压U90°),使电源供给的电流由I1减小为I2,I2=I R+j(I L_I C),相角由j1减小到j2,功率因数则由cosj1提高到cosj2。

在并联补偿电路中,如果所采用补偿电容的容量正好抵消电感线圈的容量,使电路中电压与电流同相位,此时电路呈电阻性,没有电抗,电感的无功功率正好为电容器的无功功率全部抵消,电源只向负载供应有功功率,此时功率因数cosj =1,这便是完全补偿状态。

无功补偿经济当量

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-9 00:42:54

所谓无功补偿经济当量,就是无功补偿后,当电网输送的无功功率减少1千乏时,使电网有功功率损耗降低的千瓦数。

众所周知,线路的有功功率损耗值如式(4-1)

因此减少的有功功率损耗为:

按无功补偿经济当量的定义,则

由上式可见,当Q b<

实际工作中,无功补偿经济当量由用电单位确定,无详细资料时,可按图4-3和表4-1确定。

例如,在I处安装1000千乏并联电容器装置,该处在功率因数为0.9时,无功经济当量为0.062千瓦/千乏,则每小时可节电62度,全年按实际运行4000小时计算,可节电24.8万度,每度电成本按0.04元计算,全年节电价值为9920元。

最佳功率因数的确定

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-3 16:45:09

设系统输送的有功功率为P1,无功功率为Q1,相应的视在功率为S1,其功率三角形如图4-4。

安装无功补偿容量Q c后,输送的无功功率降为Q2,在维持有功功率不变时,

按(4-5)式,对应于每一cosj1值,以cosj2为纵座标,b为横座标,可绘出一组cosj2—b

曲线,如图4-5。如cosj1= ,cosj2=1时,则P=Q c 。

由图4-5可见,当cosϕ2<0.96时,cosϕ2—β基本为直线,即补偿后的功率因数cosϕ2随β值增加而增加,也即随Q c容量增加近似成比例增加,但在cosϕ2>0.96时,曲线趋于平缓,即随Q c容量增加,cosϕ2增加缓慢,如从cosϕ1=0.7曲线中可查得,由cosϕ2=0.7提高到

cosϕ2=0.96时,相对提高37%,β值为0.70;而cosϕ2再从0.96提高到1时,相对提高4.16%,β值需相应增大0.3,因此cosϕ2越接近于1,无功补偿容量Q c越大,投资高,但效益愈小。

无功补偿降低线损计算方法

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-9 00:46:51

线损是电网经济运行的一项重要指标。线损与通过线路总电流的平方成正比,设送电线路输送的有功功率P为定值,功率因数为cosj1时,流过线路的总电流为I1,线路电压为U,等值电阻为R,则此时线损为:

装设并联电容器装置后,功率因数提高为cosj2,则线损为:

线损降低值为:

设,K P为线损降低功率系数或节能功率系数。

则(4-13)式为:

线损降低的比例为:

由(4-14)式可得,补偿后功率因数cosj2越高,线损降低功率系数越大,节能效果愈好,在不同的cosj1和cosj2时,K P值可由图4-8查出。

例如某用电负荷P=1000KW,cosj1=0.8,线损P L1=80KW,装并联电容器装置Q c=400Kvar 后,求cosj2和K P 。装设并联电容器装置前,视在功率为:

无功功率为:

装设并联电容器装置后,视在功率和功率因数为:

线损降低的比例:

无功补偿改善电网电压质量计算方法

[ 解决方案1 ] PostTime: 2008-9-3 17:03:13

当集中电力负荷直接从电力线路受电时,典型接线和向量图如图4-6。

线路电压降U的简化计算如式(4-7)。

没有无功补偿装置时,线路电压降为U1:

式中:P、Q分别为负荷有功和无功功率;R、X分别为线路等值电阻和电抗;U为线路额定电压。

安装无功补偿装置Q c后,线路电压降为U2

显然U2< U1,一般情况下,因X>>R,QX>>PR,因此安装无功补偿装置Q c后,引起母线的稳态电压升高为:

若补偿装置连接处母线三相短路容量为S K,则,代入上式得:

式中:U——投入并联电容器装置的电压升高值,KV;

U——并联电容器装置未投入时的母线电压,KV;

Q c——并联电容器装置容量,Mvar;

S K——并联电容器装置连接处母线三相短路容量,MVA。

由式(4-10)可见,Q c愈大,S K愈小,U愈大,即升压效果越显著,而与负荷的有功功率,无功功率关系不大。因此越接近线路末端,系统短路容量S K愈小的场合,安装并联电容器装置的效果愈显著。统计资料表明,用电电压升高1%,可平均增产0.5%;电网电压升高1%,可使送变电设备容量增加1.5%,降低线损2%;发电机电压升高1%,可挖掘电源输出1%。

例如某变电站接线如图4-7,并联电容器装置投入后,提高功率因数和电压的效果。如下: