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摘要............................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论............................................................. 错误！未定义书签。
1.1 课题背景与意义............................................. 错误！未定义书签。
1.1.1 无功功率的产生....................................... 错误！未定义书签。
1.1.2 无功功率的影响....................................... 错误！未定义书签。
1.1.3 无功补偿的作用....................................... 错误！未定义书签。
1.2 国内外研究现状............................................. 错误！未定义书签。
1.3 论文的主要研究内容......................................... 错误！未定义书签。
2 SVG的基础理论 (4)
2.1 无功功率和功率因数的定义 (4)
2.1.1正弦电路无功功率和功率因数 (4)
2.1.2 非正弦电路无功功率和功率因数 (4)
2.2 无功功率动态补偿原理 (5)
2.3阻抗补偿方案 (6)
2.3.1 晶闸管投切电容器TSC (6)
2.3.2 晶闸管控制电抗器TCR (7)
2.3.3晶闸管控制串联电容器TSC (8)
2.4 电压源变流器型补偿方案 (8)
2.4.1 无功功率发生器 (9)
2.4.2 开关型串联基波电压补偿器 (10)
3静止无功发生器（SVG）的设计 (11)
3.1 静止无功发生器(SVG)主电路 (11)
3.2 无功电流检测电路 (14)
3.3 无功控制电路 (15)
4系统仿真及分析 (17)
4.1 系统仿真模型 (17)
4.2 仿真结果与分析 (19)
小结与体会 (23)
参考文献 (24)
无功功率补偿器（7000VA）设计
1绪论
1.1 课题背景与意义
1.1.1 无功功率的产生
在电网中由于大量感性负载的存在，使线路电压与线路电流在相位上存在一个角度差，这样就引出了无功功率的概念。无功功率是一个反映电源与负载间的能量交换的物理量，它的大小表明了电源与负载间能量交换的幅度，本身并不消耗能量。同时，无功功率在系统中的流动对电力系统本身也产生了很大的影响。
在工业和生活用电负载中，感性负载占有很大比例。异步电动机、变压器、荧光灯等，都是典型的感性负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占很大比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。感性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。
近年来，电力系统中非线性用电设备，特别是电力电子装置的应用日益广泛，而大多数电力电子装置功率因数较低，工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率，也给电网带来额外负担，并影响供电质量。因此，提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。
1.1.2 无功功率的影响
(1) 增加设备容量。无功功率的增加会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器等各种电气设备的容量和导线的容量增加。
(2) 设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。
(3) 线路和变压器的电压降增大。若是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
(4) 功率因数降低，设备容量利用少。
1.1.3 无功补偿的作用
无功补偿是维持现代电力系统的稳定与经济运行所必须的，它对供电系统和负荷的
运行都是十分重要的。电力系统网络中不仅大多数负荷消耗无功功率，大多数网络组件也要消耗无功功率。网络组件和负荷所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率由发电机提供并经长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。因此，合理的方法应当是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即进行合理的无功补偿。无功补偿的作用主要有以下几点：
(1) 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗； (2) 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路中合适的地点设置动态无功补偿装置，还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力；
(3) 在一些三相负载不平衡的情况下，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功功率及无功负荷[1]。
1.2 国内外研究现状
解决电力电子装置产生的低功率因数问题不外乎两种途径：一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节；另外一种是装设无功补偿装置，如无功功率补偿器等，设法对无功进行补偿。前一种方法是对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而后一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。
目前，使用较为广泛的无功补偿方法主要有以下几种。
(1) 同步调相机
同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，而且对变化的无功功率也能进行动态补偿。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，提高系统电压；在欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，降低系统电压。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用，但其运行维护比较复杂，而且总体上说这种补偿手段已然落后。
(2) 并联电容器
设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内外得到了广泛应用。这种方法有集中补偿、分散补偿、就地补偿三种方式。设置并联电容器补偿无功功率具有简单、经济、方便等优点。但由于电容器供给的无功功率与节点电压成正比，当节点电压下降时，供给无功反而减少，其无功功率调节性能较差。但其维护比较方便，
装设容量可大可小，既可集中使用，又可分散装设。在国内，补偿无功用的最多的办法是并联电容器。
(3) 静止无功补偿
静止无功补偿装置是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿（可提供可变动的容性或感性无功）的上网装置，简称静补装置或精致补偿器。1967年，第一台静止补偿装置在英国研制成功后，受到世界各国的广泛关注，西德、美国、日本、瑞典、比利时、苏联等国竞先研制、大力推广，使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力，广泛用于电力、铁道、科研等部门，成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压、改善运行条件的有效设备。
(4) 变流器模块
由于ASVG(Advanced Static Var Generator,新型静止无功发生器)的工作原理是建立在电压型变流器基础之上的，其基本构成单元是变流器模块，通常采用单相桥式二电平交流器，三相基本模块的器件利用率相同，所以单纯从器件利用率的角度，或者说从同容量装置所需的器件最小数量的角度而言，三种结构是大体相同的[2]。
采用单相桥式变流器模块的明显优点是便于进行分相控制，这对于ASVG在系统电压不对称运行时，特别是不对称故障时的控制是一个重要的优点。
1.3 论文的主要研究内容
无功补偿是维持电网电压稳定，维护电流系统安全运行的重要手段。无功补偿技术是当前研究的热点之一。本文主要研究三相瞬时无功功率理论在电力系统无功补偿中的应用，主要包括：
(1) 介绍了选题背景，通过对几种无功补偿装置的比较说明了本论文研究的必要性。
(2) 分析了ASVG的工作原理。
(3) 利用MATLAB进行了仿真试验，根据仿真结果讨论了新型静止无功补偿器的优越性能。
2 SVG 的基础理论
2.1 无功功率和功率因数的定义
2.1.1正弦电路无功功率和功率因数
在正弦电路中，负载是线性的，电路中的电压和电流都是正弦波。设电压和电流可分别表示为：
sin ωu t
p q sin(ω-cos sin ωsin cos ω=+i t t t i i ???
其中，?是电流滞后电压的相角。
电流i 分解为电压同相位的分量p i ，和比电压滞后90°的分量q i 。电路的有功功率P 就是其平均功率，即：
2π2π0011=d(ω)=(+)d(ω)2π2π
P ui t uip uiq t ?? =2π2π00
11(cos -cos cos2ω)d(ω)-(sin sin ω)d(ω)=cos 2π2πUI UI t t UI t t UI ?????? 电路的无功功率定义为：
=sin Q UI ?
工程上，把电压电流有效值的乘积作为电气设备功率设计极限，这个值也就是电气设备最大可利用容量，称为视在功率：
=S UI
有功功率和视在功率的比值为功率因数：
=P S
λ 2.1.2 非正弦电路无功功率和功率因数
在含有谐波的非正弦电路中，有功功率、视在功率、功率因数的定义和正弦电路相同。经傅里叶分解，有功功率P 为：
2πn 01
1=d(ω)=cos 2πn n P ui t U I ?∞∑?
视在功率S 为
=S UI
其中，n U ，n I 为第n 次谐波电压、电流有效值，n Q 为第n 次谐波电压与电流相角差，(n =1,2,3…)。
含有谐波的非正弦电路中的无功功率情况非常复杂，至今没有被广泛接受。可以定义无功功率：
Q 其中，无功功率Q 只反映了能量的流动和交换，并不反映能量在负载中的消耗。在这一点上，它和正弦电路中无功功率最基本的意义是完全一致的。因此，这一定义被广泛接受。但是，这一定义对无功功率的描述是很粗糙的，它没有区别基波电压和电流之间产生的无功功率。也就是说，这一定义，对于谐波源和无功功率的辨识，对于理解谐波和无功功率的流动，都缺乏明确的指导意义。于是，为了更加清楚，也可以这样定义无功功率：
f n n n 1sin Q U I ?∞
=∑
其中，f Q 是由同频率电压和电流正弦波分量之间产生的，f Q 已没有度量电源和负载之间能量交换幅度的物理意义了[3]。
2.2 无功功率动态补偿原理
对电力系统进行快速的动态补偿，可以实现如下的功能：
(1) 对动态无功负荷的功率因数进行校正，使其保持在一定范围内；
(2) 改善电压，防止过电压和欠电压；
(3) 减小电压和电流的不平衡；
(4) 减少电压波动，抑制电压崩溃；
(5) 减少谐波；
(6) 提高系统的稳定极限值；
(7) 提高系统三相平衡化，使系统三相平衡程度提高。
2.3阻抗补偿方案
2.3.1 晶闸管投切电容器TSC
a）单相结构简图 b）电压——电流特性
图2-1晶闸管投切电容器
TSC(thyristor switched capacitor)电路如图2-1所示，通过控制晶闸管开关在电网上投切并联电力电容器C，改变电网负载的总阻抗性质。其中的两个反并联晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流的。因此，当电容器投入时，TSC的电压——电流特性就是该电容的伏安特性，即如图1-1（b）中OA所示。电容器C从电网吸收容性电流，相当于为电网提供感性电流，从而补偿电网的无功，负载无功功率的大小是随机变化的，因此一般设置多个小容量的TSC，根据情况分级投切，才能得到较好的补偿效果。其电压——电流特性按照投入电容器组数的不同可以是图1-1（b）中的OA、OB或OC。当TSC 用于三相电路时，可以是 连接，也可以是Y连接，每一项都可以设计成分组投切的。尽管这种方法的调节是有限的，但补偿电流不含谐波。
电容器的分组投切在较早的时候大多是用机械断路器来实现的，即投切电容器，和机械断路器相比，晶闸管的操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，以减少投切时的冲击电流和操作困难。另外与TCR相比，TSC虽然不能连续调节无功功率，但具有运行时不产生谐波而且损耗较小的优点。
2.3.2 晶闸管控制电抗器TCR
（ａ）单相 （ｂ）三相 图2-2晶闸管控制电抗器TCR
TCR(thyristor controlled reactor)电路如图2－2所示TCR 采用相控原理，其有效移相范围为90°～180°。当触发角α=90°时，晶闸管全导通，导通角δ=180°，此时电抗器吸收的无功电流最大。根据触发角与补偿器等效导纳之间的关系式max (sin )/L L B B δδπ=-和max 1/L L B X =中可知：增大触发角即可增大补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量。所以通过调整触发延迟角α的大小就可以改变补偿器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果。
在工程实际中，可以将降压变压器设计成具有很大漏抗的电抗变压器，用晶闸管控制电抗变压器。这样就不需要单独接入一个变压器，也可以不装设断路器。电抗变压器的一次绕组直接与高压线路连接，二次绕组经过较小的电抗器与晶闸管连接。如果在电抗变压器的第三绕组选择适当的装置回路，例如加装滤波器，可以进一步降低无功补偿。
由于单独的TCR 只能吸收无功功率，而不能发出无功功率，因此可以将并联电容器与TCR 配合使用构成无功补偿器。根据投切电容器的元件不同，又可分为TCR 与固定电容器配合使用的静止无功补偿器 (TCR+FC)和TCR 与断路器投切电容器配合使用的静止无功补偿器 (TCR +MSC)。这种具有 TCR 型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用广泛。
2.3.3晶闸管控制串联电容器TSC
图2-3 晶闸管控制串联电容器TSC
晶闸管控制串联电容器TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)由串联补偿电容器和与其并联的晶闸管控制的电抗器组成，在实际中一般用几个基本TCSC 模块串联而成以得到所需的电压等级和工作特性。TCSC 基本思想是通过控制TCSC 并联支路的晶闸管的触发延迟角控制电抗器来部分抵消串联电容以实现串联补偿电容值的连续调节。TCSC 可以控制为合适的电容或者电抗，从而通过调节传输线的阻抗来调节线路的功率潮流传输。然而TCSC 存在一些缺点：第一，由于TCSC 的等效阻抗是通过控制其晶闸管导通延时角来调节，所以其晶闸管是部分导通的，这样会在线路中注入低次谐波电压;第二，TCSC 的阻抗调节不是连续的，在 其最小等效容性阻抗 min C X 和最小等效感性阻抗 min L X 间存在一个不可控区，若TCSC 是由基本单元串联而成，则它的阻抗不可控区将很大，使TCSC 无法完全对系统动态稳定的控制。一般系统传输线路中分设多个TCSC 元件，协调调控有效减小整个系统阻抗不可控区;第三，TCSC 只实现对线路阻抗的补偿，而不改变线路感性性质，所以TCSC 只可调节潮流大小而不改变潮流方向;第四，串联电容与传输 线路电抗会在次同步频率点 e f =f (电 网 频 率 ) －m f ( 发电机转矩谐振频率 ) 发生次同步谐振，所以实际应用要防止与系统发生同步谐振，常在电感支路中串联一个小电阻R ，阻尼电力系统的此同步谐振。
2.4 电压源变流器型补偿方案
电压源变流器型补偿是利用电力电子开关组成变换器，向电网提供负载需要的无功功率，达到补偿的目的。变换器可以和电网并联，向电网注入无功电流，也可以串联在电网中，补偿基波电压。
2.4.1 无功功率发生器
（a)电压型桥式电路 （b ）电流型桥式电路
图2-4 无功功率发生器
无功功率发生器为并联型，电路结构如图2-4所示，它是以电容C 的充电电压作为直流电源的三相全桥电压型逆变器，其输出经电感L （电抗L X ）并联接至三相交流电
网，输出电流滞后电感上电压90，对开关器件进行PWM 控制，使得逆变器输出电压i U 跟踪电网电压s U ，如果i U 大于s U ，逆变器输出电流I 比s U 滞后90的，如果i U 小于s U ，逆变器输出电流反向。因此，调控逆变器输出电压i U 的大小，可以方便地改变向电网输出无功
功率的大小和性质。无功功率发生器的控制与有源逆变类似，电路结构如图1-4(b)所示，不同的是其输出无功功率。
为了维持逆变器的直流电压源（电容C 的电压）d U 恒定，要求电网向其输入少量
的有功功率，以补偿开关损耗和线路损耗。可以采用无功电流和直流电压的闭环控制，调节输出电压i U 的相位，使输出电流I 除含有无功电流Q I 外，还有一定的负有功电流
P I 。PWM 电压源变流器型无功功率发生器和早期采用的“旋转式无功同步补偿机”一样，可以连续调节输出无功功率，因此它又称为先进的静止型无功功率发生器ASVG （advanced static var generator ）。它是电网无功功率补偿技术的发展方向。
2.4.2 开关型串联基波电压补偿器
图2-5 PWM开关型串联基波电压补偿器
基于PWM变换器的串联基波电压补偿器如图2-5所示，变换器输出电压
U与负载
C
电流I相差90，将无功功率串联注入电网，以调节电网电压。这种方案既能连续调控，又能双向补偿（升高电压或降低电压都能实现），且不会引发LC振荡，是一项先进的调控电网节点电压、补偿线路感抗、增强电力系统传输功率极限、增加电力系统稳定性的技术。这种PWM开关型串联基波电压补偿器被称为静止串联同步电压补偿器SSSC （static synchronous series compensatory）。
3静止无功发生器（SVG ）的设计
图3-1 SVG 结构图
静止无功发生器（SVG ）的工作原理就是通过电抗器或电容器直接把三相桥式电路连到电网上，通过调节三相桥式电路交流侧电流或电压的幅值和相位，就可以是该电路发生需要的容性或感性无功电流，从而实现动态补偿，提高电力系统的功率因数。根据其工作原理，SVG 由主电路、无功检测电路和PWM 控制电路三部分组成，其结构图如图2-1所示。
3.1 静止无功发生器(SVG)主电路
由于SVG 正常工作时就是通过电力电子开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波时SVG 可以等效地被视为幅值和相位均可控的与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上。这样，SVG 的工作原理可用图2-2所示的等效电路来说明。设电网电压和SVG 输出交流电压分别用相量s U 和1U 表示，则连接电抗 X 上的电压L U 即为s U 和1U 的相量差, 而连接电抗的电流是可以由其
电压来控制的。这个电流就是 SVG 从电网吸收的电流I 。因此，改变SVG 交流侧输出电压1U 的幅值及其相对于s U 的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制SVG 从
电网吸收电流的相位和幅值，也就控制了SVG 吸收无功功率的性质和大小。
（a ）单相等效电路
（b ） 工作向量图
图3-2 SVG 等效电路及工作原理 ( 不考虑损耗)
在图3-2（a ）的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗以及变流器的损耗，因此不必从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使1U 与s U 同相，仅改
变1U 的幅值大小即可以控制SVG 从电网吸收的电流I 是超前还是滞后90°, 并且能控
制该电流的大小。如图3-2（b ）所示,当1U 大于s U 时 ,电流超前电压90°，SVG 吸收容
性的无功功率；当1U 小于s U 时，电流滞后电压90°，SVG 吸收感性的无功功率。
（a ） 单相等效电路图
（b ）电流超前 （C ）电流滞后
图3-3 SVG 单相等效电路图 考虑到连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等）, 并将总
的损耗集中作为连接电抗器的电阻考虑，则SVG 的实际等效电路如图3-3（a ）所示，其电流超前和滞后工作的相量图如图3-3（b ）所示。
用向量s U 和1U 分别表示电网电压和SVG 输出电压，由KVL 可知：
1()s U U R jX I -=+ （3-1）
由于连接电抗的作用，s U 和I 之间不再是90，而是比90少了δ角。通过调节s U 与
1U 的相位差δ和s U 的幅值来控制SVG 是发生容性无功还是感性无功，
当δ0<且1U >s U 时SVG 发出感性无功功率，当δ0>且1U
电压型SVG 直流侧采用直流电容，它的电压值和电容值的选择会影响SVG 系统的补偿容量。在本次课设中，相电压N U =220V ，直流侧电压 2.34514.8dc N U U V ==，TCR 额定输出功率N Q =7000 Var ，令负载阻抗角为45度，即o 45φ=，由
1
tan 1R C φω== （3-2）
得 1/(*)R W C =，又因为
23N Q φ= （3-3）
所以
23sin /)10.37N N R U φ==Ω
4C 1/(*)1/(2) 3.07*10W R fR F π-===
与交流系统的连接电感具有调节SVG 装置跟踪期望补偿电流的能力，电感值越大，跟踪效果越慢，值越小就会形成发生电流和期望电流较大的超调量，会使系统振荡，并且电流电压波形也会有毛刺，影响系统稳定性，因而根据能量守恒定律：
()()()n n dc s di t L Ri t u u t dt +=- （3-4）
忽略电阻，可得出：
max 4/(9)dc L U wi ≤ （3-5） 式（3-5）中，max i 为逆变器输出电流的最大值。
所以，可得出0.059L ≤。
3.2 无功电流检测电路
图2-4 基波无功分量和谐波分量电流的检测电路
系统环流器换流产生的谐波，其功率因数可定义如下：
1cos I P S I ?λ== （3-6） 式（3-6）中，1I 、?为基波电流有效值及其与基波电压的相位差；I 为总电流有效值。
根据公式（3-6）：谐波和基波相移是无功补偿的主要影响因子。故应在装置允许的范围内，将除了基波有功分量以外的所有谐波和基波无功都补偿掉。为了使SVG 产生的无功电流能更好地跟踪待补偿的无功电流，基于p I 、q I 的无功电流的检测方法，对基
波无功电流和谐波电流进行检测。将a 、b 、c 三相静止坐标系经过派克变换（park
transform ）形成两相旋转坐标系，以更好地控制功率流动。其控制算法的原理框图如图3-4所示：
图3中的变量如式（3-7）、式（3-8）及式（3-9）所示：
3/2a b c i i C i i i αβ??????=??????????
（3-7）
式（2-7
）中，3/211122022C ?--?=-??
； 基波有功分量：
12/32/32100apf bpf pq pq cpf i p p i C C C C e i -????????==??????????????
(3-8) 式（2-8
）中，2/3
1
01212C ?????
?-??-?????， 基波无功和谐波分量之和：
3.3 无功控制电路
图3-5 电流滞环控制工作原理示意图
采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM 交流电路有以下特点：
（1） 硬件电路简单；
（2） 属于实时控制纺织，电流反应快；
（3） 不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量；
（4） 和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多。 相比电流间接控制，电流直接控制响应速度和控制精度更优。电流直接控制就是对电流波形的瞬时值采用跟踪型PWM 控制技术进行反馈控制。滞环比较控制是跟踪型PWM 控制技术的一种，其跟踪效果好，控制结构简单。其工作原理结构示意图如图
2-5
所示。滞环比较控制的输入是补偿电流指令值和主电路逆变器发出电流值之差。逆变器开关的开合是通过差值控制的。其比滞环最小控制值小时，控制功率开关在电流减小状态；比滞环最大控制值大时，则在电流增大状态，此时发出电流就会根据指令电流的轨迹在滞环宽度带内跟踪，使逆变器输出电流能够较好的跟踪补偿电流指令值。
4系统仿真及分析
4.1 系统仿真模型
无功发生器系统仿真模型如图4-1所示：
图4-1无功发生器系统仿真模型
其子模块C32C变换如图4-2所示：
图4-2 C32C子模块电路图
其子模块C23C变换如图4-3所示：
图4-3 C23C子模块电路图4.2 仿真结果与分析
补偿前A相电流与电压的波形如图4-4所示：
补偿无功功率节电原理 在交流电路中，由电源供给负载率有两种：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。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P 表示，单位有瓦（W ）、千瓦（KW ）、兆瓦（MW ）。 无功功率比较抽象，它是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。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q 表示，单位为乏（Var ）或千乏（kVar ）。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。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。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，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，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？ 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，那么，这些用点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。 无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： （1） 降低发电机有功功率的输出。 （2） 降低输、变压设备的供电能力。 （3） 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 （4） 造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 从发电机和高压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。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。 2、功率因数 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cos φ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为： P= UI θcos 3 Q=3UIcos θ S=3UI cos θ=P/S
目录 摘要............................................................... 错误！未定义书签。 1 绪论............................................................. 错误！未定义书签。 1.1 课题背景与意义............................................. 错误！未定义书签。 1.1.1 无功功率的产生....................................... 错误！未定义书签。 1.1.2 无功功率的影响....................................... 错误！未定义书签。 1.1.3 无功补偿的作用....................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状............................................. 错误！未定义书签。 1.3 论文的主要研究内容......................................... 错误！未定义书签。 2 SVG的基础理论 (4) 2.1 无功功率和功率因数的定义 (4) 2.1.1正弦电路无功功率和功率因数 (4) 2.1.2 非正弦电路无功功率和功率因数 (4) 2.2 无功功率动态补偿原理 (5) 2.3阻抗补偿方案 (6) 2.3.1 晶闸管投切电容器TSC (6) 2.3.2 晶闸管控制电抗器TCR (7) 2.3.3晶闸管控制串联电容器TSC (8) 2.4 电压源变流器型补偿方案 (8) 2.4.1 无功功率发生器 (9) 2.4.2 开关型串联基波电压补偿器 (10) 3静止无功发生器（SVG）的设计 (11) 3.1 静止无功发生器(SVG)主电路 (11) 3.2 无功电流检测电路 (14) 3.3 无功控制电路 (15) 4系统仿真及分析 (17) 4.1 系统仿真模型 (17) 4.2 仿真结果与分析 (19) 小结与体会 (23) 参考文献 (24)
无功功率补偿 编辑词条分享 ?新知社新浪微博人人网腾讯微博移动说客网易微博开心001天涯MSN ? 1 定义 ? 2 产生和影响 ? 3 作用 ? 4 装置 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(X C)或感性电抗(X L)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。 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)。 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。 无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SV
无功功率补偿装置的几种方式 国家认监委于2007年4月18日发布的2007年第9号公告《强制性认证产品目录描述与界定表》，明确将低压无功功率补偿装置列入强制性产品认证。 于2007年8月6日发布的国家认监委2007年第21号公告《关于部分电子电器产品发布新版实施规则的公告》，其中包括了《CNCA-01C-010；2007低压成套开关设备强制性认证实施规则》。该实施规则对低压无功功率补偿装置的各项要求进行了明确的规定。 中国质量认证中心于2007年7月20日发布了《低压无功功率补偿装置实施CCC认证的原则和程序》明确了低压无功功率补偿装置的认证原则及申请、受理、资料等要求。 因此，本文针对已列入强制性产品认证的无功功率补偿装置的关键环节-保护问题，进行进一步较深入的讨论，以期使无功功率补偿装置的功能和性能得到进一步的提高，确保认证产品的性能安全可靠。 2．无功功率补偿装置的主回路构成 一般无功功率补偿装置主回路的典型构成,如下图所式 体积小.其缺点是对电网存在污染,易损坏, 过载能力低,成本高,对工作环境要求较高.此种投切方式适用于负载变化大,功率因数变化快,控制精度高的场所. 这种投切方式是近几年才开发出来的产品,其构成就是把机电开关和电力电子开关复合在一起,以求把这两种投切方式的优点进行组合,抑制缺点. 其结构就是将机电开关和电力电子开关并联在一起,进行工作.其工作原理是先将晶闸管投入运行,待电流稳定后,在投入机电开关,然后晶闸管撤除工作,完成投入.断开时,先将晶闸管投入工作,机电开关停止工作,晶闸管在停止工作,完成切除.这种将机电开关和电力电子开关的复合投切方式,可以说,尽可能的利用各自的优点,降低缺点. 目前,此种投切方式在目前的市场上,使用量还是比较大的.但一些固有的缺 点仍然存在,例如对电网的污染问题. 此外, 电力电子开关方式和复合式开关方式的制造商,还在其制造的产品上,增加了一些辅助和保护功能.还须视各产品分别看待.
产品技术特点--- 一、为什么需要无功补偿及补偿基本知识 企业中由于大量的用电负荷是感性负荷，因此企业的自然功率因数较低，如不采用人工补偿、提高功率因数，将造成如下不良影响： a、让发电机大量发无功，消耗发电机的功率，降低发电机的输出功率，当发电机需提高无功输出，低于额定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低； b、无功在输配电网络中传输，占据了传输容量，降低了变电、输电设备的供电能力； c、加大了网络的传输容量，使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率因数平方数成反比）； d、功率因数愈低，线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化； e、月均功率因数低于0.9（小型低压用户或农业用电为0.8），将受到“电力罚款”。 上述可见，提高功率因数不仅对电力系统，而且对企业经济运行有着重大意义。无功补偿应本作：无功在哪理发生，就在那里就地补偿的原则。因此，广泛的低压配电系统使用大量低压补偿装置。 补偿的基本知识 补偿就是用电容器的容性无功(Q C)去减小用户配电网络中的感性无功（Q L）, 减小功率因数角（φ），以提高功率因数（COSφ）。从下面的功率三角形可形象的看出这种关系。 功率三角形 例：一用户4、5、6三月的用电：（电业局数据）
1）计算每月功率因数： 4月S=（419000^2+375640^2）^5=562731（（KV A.h） COSΦ=P/S=419000/562731=0.7445 5月S=（440920^2+388820^2）^5=587870（（KV A.h）COSΦ=P/S=440920/587870=0.75 6月S=（444286^2+473480^2）^5=649287（（KV A.h） COSΦ=P/S=444286/649287=0.684 2) 将月均功率因数提高到0.9以上,应补偿多少电容器： 按有功不变来进行计算：为确保0.9，按0.92计算 A、4月：有功419000（KW.h）视在功 =419000/0.92=450978(KV A.h) 允许无功Q=(450978^2-419000^2) ^0.5=166794(Kvar.h) 现有无功375640(Kvar.h) 应补偿375640-166794=208846(Kvar.h),换算为每小时功 率:208846/30/24=290(Kvar) B、5月：有功440920（KW.h）视在功 =440920/0.92=479261(KV A.h)
无功补偿原理、方法 前言《国家电网公司农网“十一五电压质量和无功电力规划纲要》提出，纲要指导思想为：以公司“新农村、新电力、新服务农电发展战略为指导，以安全、质量、效益为核心，坚持科技进步，全面提高农网电压无功综合管理水平，持续改善供电质量，降低电能损耗，为社会主义新农村建设提供优质、经济、可靠的电力供应。切实达到《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》的“无功补偿配制应按照分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，以分散为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压为主；调压与降损相结合，以降损为主”的要求。 无功补偿的原理在交流电路中，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，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，它是电路内电场与磁场的交换，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。 采用无功补偿可以收到以下效果： 1) 根据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要 求的功率因数达标，实现节电目的。 2) 采用无功补偿技术，提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。 3) 无功补偿，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能 耗，改善电网电压质量，稳定设备运行。 4) 减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%--3%左右，使 用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。 1
JKW5C无功功率自动补偿控制器是低压电容器的配套产品。本公司根据不同用户的需求，成功地开发了JKL5C、JKL8C、JKG2B、JKGF、 JKW5C等五种型号的智能化系列控制器，控制路数有4，6，8，10，12不等。产品采用微型计算机控制，技术先进、功能完美、抗干扰力强，运行稳定可靠，补偿精度高，外形美观，是电容器厂家首选的产品。 JKW5C无功功率自动补偿控制器使用条件 1、海拔高度：不超过2500米 2、环境温度：-5℃~+40℃ 3、相对湿度：40℃时，≤50%；20℃时≤90% 4、周围环境无腐蚀气体，无导电性尘埃，无易燃易爆介质。 5、安装处无剧烈振动。 JKW5C无功功率自动补偿控制器项目 Items JK5C/JKL8C JKG2B JKGF JKW5C 额定工作电压 Rated working voltage 380V±20%,50Hz 220V±10%,50Hz 220V±10%,50Hz 380V±20%,50Hz
电流取样输入 Sampled input current 交流Iin≤5A,(AC,Iin≤5A) 交流Iin≤5A,(AC,Iin≤5A) 交流Iin≤5A,(AC,Iin≤5A) 交流Iin≤5A,(AC,Iin≤5A) 输出触点容量Output contact capacity 220V×5A,380V×3A 220V×5A,380V×3A 220V×5A,380V×3A 220V×5A,380V×3A 介电强度 Dielectric strength 交流3000V(AC3000V) 交流3000V(AC3000V) 交流4000V(AC4000V) 交流3000V(AC3000V) 工作方式 Working method 连续 Continuous 连续 Continuous 连续 Continuous 连续 Continuous
工厂无功功率因数的补 偿 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
许多企业一般都是在企业内部配电室里二次侧的千伏母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，即在供配电线路的未端，分散在各个生产车间里面，形成了企业内部的输配电网络，其结果造成大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，所造成很大的损耗。由此，企业尽可能提高自然功率因数外，还必须采取分组补偿和就地补偿等措施，来提高功率因数，最终实现节能降耗的目的。 二、现状 在二十五家企业中，抽查了他们的变压器和总共119条输配电线路运行情况，绝大多数企业能将自己变电系统中的功率因数补偿到以上的规定指标，以免被罚款。这就是说在功率因数的补偿工作中，他们的集中补偿做的不错，但仍有部分企业的分组补偿和就地补偿做的就差些了，或根本就没做，补偿好的单位，其主变压器的二次端至各车间的输配电线路的功率因数基本上在以上，而补偿差些的单位其输配电线路大部分功率因数在以下，如温州某皮革有限公司（以下简称A公司）抽查七条输配电线路，有五条在以下的，而温州某钢业有限公司（以下简称B公司）的一条输配电线路的功率因数只有。综合这些单位被抽查的输配电线路的功率因数，在以上的约占52%，在～之间的约占27%，在以下的约占21%。 可见分组补偿和就地补偿做得远远不够，这主要是企业对功率因数认识不足引起的，如B公司企业规模较大，企业内有二级变压从35KV变 10KV，到车间再变至380V，有企业变电站，中心控制室，全电脑控制显示，其设施和环境可谓一流，但检查发现其补偿就有问题，将无功补偿
概述 JKWG-12Z 无功补偿器是一款以无功功率为控制物理量的智能型无功补偿器，其控制功能完备使补偿效果能够达到最佳状态。 型号说明 产品代码：无功补偿器 控制物理量：无功功率 控制方式： 共补型 输出路数： 12路 输出方式： 12V/10mA 功能特点 ? 标准开口安装方式，安装方便。 ? 控制芯片采用PIC 单片机，抗干扰能力强。 ? 以无功功率为控制物理量同时兼顾功率因数，补偿效果好，不会产生投切振荡。 ? 实时显示网络状况：包括总无功功率、总有功功率、功率因数、电压、电流等。 ? 具有掉电参数记忆功能，掉电数据不丢失。 ? 具有过压、欠压保护功能，有效延长电容寿命。 ? 投入和切除延时分别可设，更具电网适应能力。 ? 输出路数可任意设定。 ? 可手动控制输出，便于系统调试。 常规说明 安装结构：盘面安装，背后接线。 外形尺寸：120×120×81mm 开孔尺寸：111×111mm 外壳材料：阻燃塑料。 技术指标 产品引用标准 GB/T15576-1995 低压无功功率静态补偿装置总技术条件 DL/T597-1996 低压无功补偿控制器订货技术条件 JB/T9663－1999 低压无功功率自动补偿控制器 工作环境 环境温度：-25℃～55℃ 相对湿度：≤98%，无腐蚀气体场所 辅助电源：AC 220V ±20%；频率50Hz ±5%；正弦波形总畸变率≤5% 控制方式：三相均衡补偿、循环投切。 信号采集方式：共补型采集一线电压（Ubc ）与一相电流（Ia ） 技术指标 额定电压：AC380V （三相均衡补偿） 额定电流：AC0~5A 电流输入阻抗：≤0.2? 控制器灵敏度：100 mA 输出触点容量：DC12V /10mA 整机功耗：≤5W 测量精度 电压模拟量：（80%～120%额定值）： 0.5级 电流模拟量：（20%～100%额定值）： 0.5级 相位角：ф在-30°～+60°时，功率：2级；功率因数：1.5级 接线图 按键功能说明 1.用来选择手动/自动控制模式（所有参数的设置必 须进入手动方式）。
无功功率补偿常见问题 1.考虑电网电压时，是按400V考虑还是按380V考虑? 采用就地补偿时，电容器是比较靠近负载，这时候按照380V电压选取电容器 当电容器安装在配电间时，在母线上进行集中补偿时，按照400V选取电容器。 2.电容器存放条件 不要在腐蚀性的空气中，特别是氯化物气体、硫化物气体、酸性、碱性、盐质或含有类似的同类物质的空气中使用或存放电容器。 在有尘埃的环境中，为了防止发生相间或相对地/外壳发生短路事故，特别需要定期对接线端子进行常规的维护和清洁。 3.电容器在现场初次投入运行时，为什么有时候会发出"嗞嗞"声? 这是正常情况，不是质量问题，一般电容器在出厂前均按工艺要求进行通电测试，而在通电测试当中也同时进行杂质电气清除。在这个电气清除的过程中，大多数杂质会被清除干净。但是也有可能在某些情况下，当电容器在现场刚开始通电时，会发生某种杂质再生的过程，这时候，就会听到一种“嗞嗞”声，这是电容器在刚开始运行中的一种自愈合过程，持续几个小时后，这种声音就会自行消失。 4.影响电容器使用寿命的主要因素是什么 实际工作电压、环境温度、谐波电流、投切次数都会影响到电容器的使用寿命。假定电容器的标称使用寿命为Len，电容器的实际使用寿命为Le那么， 电容器的使用寿命同系统电压的关系如下： Le=Xv×Len U=1.10Un,Xv=0.5; U=1.05Un,Xv=0.7; U=1.00Un,Xv=1; U=0.95Un,Xv=1.25; U=0.90Un,Xv=1.5; 电容器的使用寿命同环境温度的关系如下： Le=Xt×Len Tav=42℃,Xt=0.5; Tav=35℃,Xt=1; Tav=28℃,Xt=2; 而℃的温度差，会导致一个很严重的后果! 电容器的使用寿命同投切次数关系如下： Le=Xs×Len 5000次每年，并采用限流电阻，Xs=1.00; 10000次每年，并采用限流电阻，Xs=0.7; 5000次每年，无限流电阻，Xs=0.40; 10000次每年，无限流电阻，Xs=0.20; 采用晶闸管投切，Xs=1.00; 如果投切次数每年超过5000次，必须要考虑动态投切方案! 所以电容器的实际使用寿命Le=Len×Xv×Xt×Xs Xv：电压系数; Xt：温度系数; Xs：投切系数。 5.为什么有时候控制器在调试好后，不能正常投入运行，而系统的功率因数又很低?
1 静止无功补偿器的总体设计 1.1 静止无功补偿器的主电路 ASVG 分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。两者的区别是直流侧分别采用的是电容和电感这两者不同储能元件，对电压型桥式电路，还需要串联上电抗器才能并上电网；对电流型桥式电路，还需要并联上电容器才能并上电网。实际上，由于运行效率的原因，实际应用的ASVG 大多采用的是电压型桥式电路。因此ASVG 专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。ASVG 的基本结构如图1-1。它由下列几部分组成：电压支撑电容，其作用是为装置提供一个电压支撑；由大功率电力电子开关器件（IGBT 或GTO ）组成的电压源逆变器（VSC ），通过脉宽调制（PWM ）技术控制电力电子开关的通断，将电容器上的直流电压变换为具有一定频率和幅值的交流电压；耦合变压器或电抗器，一方面通过它将大功率变流装置与电力系统耦合在一起，另一方面还可以通过它将逆变器输出电压中的高次谐波滤除，使ASVG 的输出电压接近正弦波。 图1-1 电压型补偿器结构图 上图为电压型的补偿器，如果将直流侧的电容器用电抗器代替，交流侧的串联电感用并联电容代替，则为电流型的补偿器。交流侧所接的电感L 和电容C 的作用分别为阻止高次谐波进入电网和吸收换相时产生的过电压。无论是电压型，还是电流型的SVG 其动态补偿的机理是相同的。当送到逆变器的脉宽恒定时，调节逆变器输出电压与系统电压之间的夹角δ就可以调节无功功率和逆变器直流侧电容电压Uc ，同时调节夹角δ和逆变器脉宽，即可以在保持Uc 恒定的情况下， 发出或吸收所需的无功功率。SVG 装置的核心部分是逆变电路，它将整流后的直流电压进行逆变以产生-个频率与系统相同的交流电压，并且这个电压的幅值和相位都可调，然后通过电抗器把这个电压并到电网上去，从而产生所需的交流无功功率。利用IGBT 智能模块后，逆变器电路无论是在体积、性能、稳定性上还是控制方式上都得到了极大的简化。本文中所介绍到的静止无功发生器是电压型的SVG ，它具有主电路的拓扑结构简单，且逆变装置所用的电压型器件IGBT 易于控制，灵活方便。 1.2 静止无功补偿器的工作原理 系统线 路 整流器..系统线路 V dc 电压源逆变器耦合变压器 系统电压
论文：无功功率补偿容量计算方法 一、概述 在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。按照传统的计算方法有标么值法和有名值法等。采用标么值法计算时，需要把不同电压等级中元件的阻抗，根据同一基准值进行换算，继而得出短路回路总的等值阻抗，再计算短路电流等。这种计算方法虽结果比较精确，但计算过程十分复杂且公式多、难记忆、易出差错。下面根据本人在实际工作中对短路电流的计算，介绍一种比较简便实用的计算方法。 二、供电系统各种元件电抗的计算 通常我们在计算短路电流时，首先要求出短路点前各供电元件的相对电抗值，为此先要绘出供电系统简图，并假设有关的短路点。供电系统中供电元件通常包括发电机、变压器、电抗器及架空线路（包括电缆线路）等。目前，一般用户都不直接由发电机供电，而是接自电力系统, 因此也常把电力系统当作一个“元件”来看待。 假定的短路点往往取在母线上或相当于母线的地方。图1便是一个供电系统简图，其中短路点出前的元件有容量为无穷大的电力系统，70km 的110kV架空线路及3台15MVA的变压器，短路点d2前则除上述各元 件外，还有6kV, 0.3kA,相对额定电抗(XDK%)为4的电抗器一台。
下面以图1为例，说明各供电元件相对电抗(以下“相对”二字均略)的计算方法。 1、系统电抗的计算 系统电抗，百兆为1,容量增减，电抗反比。本句话的意思是当系统短路容量为100MVA时，系统电抗数值为1;当系统短路容量不为100MVA,而是更大或更小时，电抗数值应反比而变。例如当系统短路容量为200MVA时，电抗便是0.5(100/200=0.5);当系统短路容量为50MVA时，电抗便是2(100/50=2),图1中的系统容量为“』，则100/oo=0,所以其电抗为0。图1供电系统图 本计算依据一般计算短路电流书中所介绍的，均换算到100MVA基准容量条件下的相对电抗公式而编出的(以下均同)，即X*xt=习z/Sxt (1) 式中：Sjz为基准容量取100MVA. Sxt为系统容量(MVA)O 2、变压器电抗的计算 若变压器高压侧为35kV,则电抗值为7除变压器容量(单位MVA, 以下同)；若变压器高压侧为110kV,则电抗值为10.5除变压器容量；若变压器高压侧为10(6)kV,则电抗值为4?5除变压器容量，如图1中每台变压器的电抗值应为10.5/15=0.7,又如一台高压侧35kV, 5000kVA 及一台高压侧6kV, 2000kVA的变压器，其电抗值分别为7/5=1.4, 4.5/2=2.25 本计算依据公式为：X*b=(ud%/100).⑸z/Seb) (2) 式中ud%为变压器短路电压百分数，Seb为变压器的额定容量(MVA) 该公式中ud%由变压器产品而定，产品变化，ud%也略有变化。计算方法中按10⑹kV、35kV、110kV电压分别取ud%为4.5、7、10.5。
无功补偿功率节电原理 在交流电路中，由电源供给负载率有两种：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。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。 无功功率比较抽象，它是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。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。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。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，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，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？ 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，那么，这些用点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。 无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： 1. 降低发电机有功功率的输出。 2. 降低输、变压设备的供电能力。 3. 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 4. 造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 从发电机和高压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。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。 2、功率因数 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为： P= Q=UIcos S=UI cos=P/S
第04期2011年2月 企业研究Business research No.04FEB.2011 1引言 无功功率补偿是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一项重大课题，正在受到越来越多的关注。电网中无功功率不平衡主要有以下两个方面的原因：一方面是供电部门传送的电力质量不高；另一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的综合原因导致无功功率的不均匀分布和各种问题的产生。显然，这些需要补偿的无功功率如果都要由发电端产生和提供并经过长距离传输是不可能的,最有效的方法是在大量需要无功功率的地方安装无功补偿装置并进行无功功率的就地补偿。 2SVC 补偿原理 静态无功功率补偿装置(SVC)是对电力系统中的无功功率进行快速动态补偿，不仅可以实现对动态无功功率因数的修正、提高电力系统的静态和动态稳定性使系统能够抵御的大的故障诸如单相接地短路、两相短路和三相短路，还可以减少电压和电流的不平衡。 图2-1a)所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。其中，U 代表电路的电压，R 和X 分别代表电路的电阻和电抗。设负载变化很小，故有，则当时，表示电路电压与无功功率变化的特性曲线如图2-1b)中所示，由于电路电压变化率较小，其横 坐标也可以换为无功功率的电流。由此可以得出，该特性曲线 是向下倾斜的，即随着系统供给的无功功率Q 的不断增加，系统电压逐渐逐级下降。 3TCR 型无功补偿装置3.1晶闸管控制电抗器(TCR) TCR 是SVC 中最重要的组成部分之一，其单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联。如图3-1所示，串联的晶闸管要求同时触发导通。这样的电路并联到电网上， 相当于电感负载的交流调压电路的结构。IEEE 将晶闸管控制电抗器(TCR)定义为一种并联型晶闸管控制电抗器，通过控制晶闸管的导通时间，进而可以使其有效电抗连续变化。反并联的两个晶闸管就像一个双向开关，晶闸管阀T1在电压的正半周期导通，而晶闸管阀T2在电压的负半周期导通。 通过改变晶闸管的触发角α，可以 改变电抗器电流的大小，即可以达到连续调节电抗器的基波无功功率的目的。由于电感的存在，在TCR 触发角α<90°时触 发的晶闸管中包含直流分量，且不对称；因此，TCR 型晶闸管的触发角的有效范围在90°-180°。当α=90°时，晶闸管完全导通，相当于与晶闸管串联的电抗直接接到了电力网络中，这时其吸收的无功功率最大。当触发角在90°-180°之间时， 配电网无功功率补偿方法的研究 李学勤 作者简介：李学勤，河北电力设备厂，河北，邯郸，056004） 装置的电路图 无功补偿原理 图2-1无功功率动态补偿原理 图3-1TCR 的基本结构 127 ··
文献综述 课题入门： 1.对无功功率的几点认识： 1.1什么是电力系统中的无功功率？ 1、电力系统从源头发电机到终端设备都是由非纯阻性元件组成的，因此必然存在无功功率的交换。 2、电感元件或电容元件虽然不消耗功率，但功率P瞬时值按正弦规律正负交替变化，这说明元件与外电路在不断的进行着能量交换。因此电感电容元件的瞬时功率又称为交换功率。元件交换功率的幅值越大，表面同样时间内“吞吐”的能量就越多，也即能量交换的规模越大。基于上面的分析，可得如下结论：电感元件的瞬时功率的幅值，可以作为衡量电感或电容元件与外电路能量交规模的指标，并称之为电感或电容元件的无功功率，用符号Q 表示。则Q=UI无功功率的单位为var。 3、然而电力系统中大部分的无功功率并非无用的功率，相反在电力传输当中起着什么重要的作用。许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，磁场交变就需要与电源进行能量交换。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。 1.2为什么要进行无功补偿？ 一、减低电力系统网络损耗。 当电力系统运行时，在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。通常配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗。它产生在输电线路和变压器的串联阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这种损耗叫固定损耗。 电力系统的有功功率损耗不仅大大增加了发电厂和变电所的设备容量，同时也是对动力资源的额外浪费。电能损耗还密切影响到电能成本，从而影响整个国民经济的效益。 电力系统各元件中的无功功率损耗相对来说较有功功率损耗还大，由于无功功率损耗要有发电机或其他无功电源来供给，因此在众多发、输电设备视在容量为一定的条件下，无功功率的增大势必相应减少发、输电的有功功率，即减少发、输电容量。而且，当通过输电线路和变压器输送无功功率时。也将引起有功功率损耗，这些对于电力系统来说都是非常不经济的。 我们应尽力采取措施去降低功率损耗和电能损耗，这从节约能源、降低电能成本、提高设备利用率等方面来看都是非常必要的。 配电网的降损措施只要有 1合理的使用变压器，采用节能型的变压器，同时避免经多级变压； 2重视和合理进行无功补偿。合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采用集中、分散、就地相结合的方式，具体选择要根据负荷用电特点来确定。一般的电网中，无功补偿装置安装在变压器的低压侧； 3对电力线路改造，扩大导线的载流水平 4调整用电负荷。保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高
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摘要：分析了工矿企业采用无功补偿技术的必要性，介绍了无功补偿方式的确定及补偿容量的计算方法，并论述了加强无功补偿装置管理、提高运行效率应注意的问题。 关键词：无功补偿；技术管理；工矿企业 1 前言 供电部门在向用电单位（以下简称用户）输送的三相交流功率中，包括有功功率和无功功率两部分。将电能转换成机械能、热能、光能等那一部分功率叫有功功率，用户应按期向供电部门交纳所用有功电度的电费；无功功率为建立磁场而存在并未做功，所以供电部门不能向用户收取无功电度电费，但无功功率在输变电过程中要造成大量线路损耗和电压损失，占用输变电设备的容量，降低了设备利用率。因此，供电部门对输送给用户的无功功率实行限制，制订了功率因数标准，采用经济手段———功率因数调整电费对用户进行考核。用户功率因数低于考核标准，调整电费是正值，用户除了交纳正常电费之外，还要增加支付调整电费（功率因数罚款）；用户功率因数高于考核标准，调整电费是负值，用户可以从正常电费中减去调整电费（功率因数奖励）。 用电设备如变压器、交流电动机、荧光灯电感式镇流器等均是电感性负荷，绝大多数用户的自然功率因数低于考核标准，都要采取一些措施进行无功补偿来提高功率因数。安装移相电力电容器是广大用户无功补偿的首选方案。 2 无功补偿的经济意义 2．1 提高输变电设备的利用率 有功功率
接线须知 1．信号取样原则：任取两相电压和余下一相电流，即取样电流信号的互感器所在相不要与电压信号相同。 2．取样电流必须自总负荷电流线，即电流信号互感器必须套于总进线柜母线段，不得取自电容屏。 3．10路补偿器的Uk在机器内部已经与工作电压Ub相接。 4．当交流接触器线圈工作电压为380V时，P点接A相；当交流接触器线圈工作电压为220V 时，P点接N线（零线）。 操作与运行 1．870补偿有两种运行状态：自动状态和手动状态，用户可通过按MODE键来进行自动/手动转换。当接通电源时，870I补偿器默认运行状态为自动运行状态，当有一定的用电负荷，ＣＯＳΦ显示超前，这是反相，可不用调换电流信号两根线，按870I面板上的反相按钮即可。 1．自动运行状态 自动模式下，870I补偿器内部微处理器实时监测电网参数，并根据功率因数作相应的自动投切动作。 2．手动运行状态 手动模式下，电容器的投切由用户操作控制，在此模式下，用户可以通过按+键做投入动作，按-键做投入动作，按－键做切除动作。 注：（1）不管是自动模式还是手动模式，当电网电压超过用户设置的过压值时，过压指示灯亮，补偿器逐级切除已投入的电容器，同时数码显示窗显示当前的电压值直到“过压”撤消。 （2）如果取样电流输入量小于是乎200mA，本机视为低电流，自动进入休眠状态，切除所有投入的电容器，数码窗不显示。 参数设置 在运行界面状态下连续按住mode键2秒即可进入用户设置状态，通过按mode键可依次各种设置值状态，按+键对所选设置增大调整，按—键对所选设置做减小调整，具体各参数的设置范围见表1。 注：在参数设置界面连续按住mode3秒返回运行界面的自动模式，此时参数存储到掉电保护存储中，如果补偿器处于参数设置界面，30S内用户没有按键盘操作，870I补偿器自动回复到运行界面的自动模式，但此时所作的参数修改被认为无效，不予存储。 常见故障及处理
无功功率补偿原理及方法分析 摘要：无功功率补偿是保障电力系统能源质量的有效方法，其在降低电能消耗以及能源节约方面的效果是非常明显的，所以其在长距离电能运输中的作用是不可忽视的。为保障电网系统运行的效益，我国加大了对无功功率补偿技术研究的力度，本文通过对电网系统进行研究，探讨一下无功功率补偿的原理和方法以及其在电网系统中的应用。 关键词：无功功率补偿补偿原理补偿方法 无功功率补偿是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一项重大课题，正在受到越来越多的关注。电网中无功功率不平衡主要有以下两个为一面的原因:一为一面是供电部门传送的电力质量不高；另一为一面是用户的电气性能不够好，这两为一面的综合原因导致无功功率的不均匀分布和各种问题的产生。显然，这此需要补偿的无功功率如果都要由发电端产生和提供并经过长距离传输是不可能的，最有效的为一法是在大量需要无功功率的地为一安装无功补偿装置并进行无功功率的就地补偿。 1 无功补偿的原理 电流在电感元件中做功时，电流滞后于电压90o；而电流在电容元件中作功时，电流超前于电压90o。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180o。如果在电磁元件电路中安装一定的电容元件，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，从而提高电能做功的能力，这就是无功补偿的道理。图1和图2分别为感性阻抗和容性阻抗中电流、电压和功率的波形变化规则。在第一个四分之一周期内，电流由零逐渐增大，此时，电感吸收功率，转化为磁场能量，而电容放出储存在电场中的能量；第二个四分之一周期，电感放出磁场能量，电容吸收功率，以后的四分之一周期重复上述循环。 从图3可以看出并联电容器无功补偿原理。将并联电容器C与供电设备(如变压器)或负荷(如电动机)并联，则供电设备或负荷所需要的无功功率，可以全部或部分由并联电容器供给，即并联电容器发出的容性无功，可以补偿负荷所消耗的感性无功。
Plans for saving electricity 节电方案计划 Today's companies face a wide range of competition, and constantly reduce the power consumption is not only an important way to reduce costs to improve competitiveness over a long period of time, and is the realization of their own is the effective means to make contributions to reduce emissions 当今企业面临广泛的竞争，不断降低电力能耗不仅是长期降低成本提高竞争力的重要途径，而且是实现自身为降低排放作贡献的有效手段。 The way of energy saving of enterprises 企业电力节能的途径 First, because of the power efficiency of the electric power sector, the improvement of power factor can make no work penalty. 一是由于电力部门考核的电力效能，即功率因素提高方面，可使无功罚款转变为无功奖励。 Second，The energy saving effect can be about 8 ~ 15% of the compensation of the load on the side of the load 二是自身负载侧的无功修正及线损补偿，其节能效果可以达到8~15%左右。 Third，Electric power special aspects: such as load management, may reduce power load peak power 5 ~ 30%, for a lot of electricity companies such as steel mills, a year can save electricity cost millions 三是电力能源的特殊方面:比如负荷管理，可能使电力负荷高峰功率降低5~30%，对一个大量用电企业如钢厂，每年可节约用电费用几百万之巨！ Fourth，Clean energy saving on electricity, with a focus on the possible power grid harmonic filter, on the basis of conventional energy saving effect, improve skills 3 ~ 50%, especially can improve the reliability of the system 四是着力于电力清洁节能，重点是滤除可能存在的电网谐波,可在常规节能效果的基础上，提高技能率3~50%，特别是可以提高系统的可靠性。 Fifth，Comprehensive energy management, comprehensive, scientific and efficient management of electricity, water and gas can increase comprehensive energy efficiency to about 10-20% 五是综合性的能源管理，对电、水、气等实行综合、科学、高效的管理，可将综合能源利用率提高到10~20%左右。 The enterprise is reactive power and harm 企业无功功率及危害 The reverse of the magnetic field generated by the current hysteresis of a transformer,