無功補償及電網測試攀鋼信息工程技術有限公司自動化分公司設計調試部清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023問題什么是無功功率，它是怎樣產生的？無功功率為什么要進行補償？怎么補償？目前無功補償方面有哪些主要的技術和產品？怎么進行無功補償裝置的設計和選型？電網測試的目的是什么？其內容包括哪些方面？我公司目前進行電網測試的手段主要有哪些？清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023第一部分

無功補償技術清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023任意一兩端無源網絡如圖所示。設電壓和電流分別為則瞬時功率pr在一周期內的平均值為px在一周期內的平均值為0。Pr即為電路消耗的有功功率，用P表示；px這一部分電流不消耗有功功率，但它要占用電源的視在功率，即電源的發(fā)電能力，其幅值為，該值定義為電路的無功功率Q。對于感性負載而言，這一部分電流是在電源與負載中的電感之間交換，用于建立磁場，儲存于電感中；而對于容性負載，它在電源與電容之間交換，用于建立電場，儲存于電容中。

1.交流電路的無功功率清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20232.無功功率的計算有功功率是一個平均值，無功功率是一個交換功率的幅值。在電路中將u（t）與I（t）的有效值之積定義為視在功率S，S=UI=P2+Q2P=ScosФQ=SsinФ功率因數PF=cosФ=P/S感性無功符號為正，或者說感性負荷吸收無功功率。容性無功符號為負，或者說容性負荷供給無功功率。功率三角形：清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20233.無功功率對電網的影響無功功率在電力網元件之間流動，將會在電力網元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網的電壓質量，增加電網的線損率。清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20233.1無功負荷對電壓損耗的影響清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20233.2無功負荷對電力網線損的影響清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20234.無功補償無功功率不能遠距離輸送有功功率損耗電壓損耗因此：需要就地設置除發(fā)電機外的其它無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求，稱：無功補償清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.無功補償的原理補償前：Q，S，cosφ補償容量：Qc補償后：Q’，S’，cosφ’清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20236.無功補償的必要性工礦企業(yè)大量應用三項異步電動機，由于該種電機的特性，其額定功率因數不超過0.89，且隨著負載的降低，電動機的功率因數也隨之下降。一般工礦企業(yè)的功率因數為0.65——0.84。這樣就有大量的無功功率（無功電流）在企業(yè)內部電網中流動，造成的有功損耗是非常大的，也增加了電網、變壓器的負荷。所以應采取措施，改善企業(yè)中異步電動機的功率因數，節(jié)約電能。補償低壓無功負荷，不但可以減輕上一級電網的補償壓力，而且可以提高配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數和電壓質量，降低線損。

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20237.無功補償的意義1）提高發(fā)供電設備效率無功補償后，可使補償點以前的輸配電線路和變壓器中通過的無功電流減少，從而使線路和變壓器的供電能力增加。2）降低有功損耗

3）提高供電電壓質量

4）減少用電貼費

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.無功補償技術分類無功補償技術包括同步調相機、靜電電容器（濾波器）、機械觸點開關投切電容器、靜止無功補償裝置、有源濾波器等。

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.1同步調相機同步調相機就是空載運行的同步電動機，通過改變勵磁電流的大小，可以控制它從電網中吸收無功功率或是輸出無功功率。它可以連續(xù)、快速地調整無功出力，對于保持與維護電力系統(tǒng)無功靜態(tài)穩(wěn)定的作用好。但是它價格較貴，有功損耗大，噪音大，運行與維護費用高，而且它沒有能力去穩(wěn)定沖擊性無功功率的變動，更沒有能力消除高次諧波電流。

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.2靜電電容器清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.3機械觸點開關投切電容器電容器組投入瞬間有沖擊電流，會產生暫態(tài)過電壓和過電流現(xiàn)象，投切時有火花，而且當系統(tǒng)中有諧波存在時容易造成過諧振，對電容器的運行壽命很不利，不能頻繁投切。清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.4靜止無功補償器（SVC）是指凡是能夠以無機械傳動部件而達到提供無功出力的裝置，它是由電容器和晶閘管等部件組合而成的

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.5有源濾波器向系統(tǒng)中注入與諧波源產生的諧波幅值相同單相位相反的諧波電流或電壓使用可關斷的電力電子元件造價高電壓型有源濾波器帶直流儲能電容器采用電壓源逆變器(VSI).電流型有源濾波器直流側采用電抗器采用電流型逆變器(CSI).清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20239.靜止無功補償器分類1）

可控飽和電抗器式靜補裝置CSR2）

自飽和電抗器式靜補裝置SSR3）

晶閘管控制電抗器式靜補裝置TCR4）

晶閘管投切電容器式靜補裝置TSC5）

晶閘管控制電抗器和投切電容器的混合式靜補裝置其中TCR和TSC響應速度快、損耗小、控制靈活，可靠性高，在全世界得到了廣泛的應用。清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,202310.SVC技術所包含的類型晶閘管控制SVC的結構型式(a)TCR(b)TSC(c)TSR(d)TCR/TSC(e)TCT清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,202311.TCR裝置的典型接線和特性TCR裝置典型應用線路帶電容器的TCR輸出特性清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,202312.TSC裝置的典型接線和特性TSC型靜補裝置基本電路圖TSC輸出特性主回路中串聯(lián)電抗器的作用：抑制浪涌電流濾除系統(tǒng)中的部分諧波清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,202313.補償容量計算（1）已知：視在功率S（變壓器容量）目前功率因數PF補償后要達到的功率因數：PF’補償容量QC：清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,202314.補償容量計算（2）已知：有功功率S（負荷功率）目前功率因數PF補償后要達到的功率因數：PF’補償容量QC：清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023第二部分

電網測試清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023電能質量：公用電網供應到用戶受電端的電能品質的優(yōu)劣程度。通常用電壓質量和頻率質量來衡量。衡量指標：供電頻率允許偏差供電電壓允許偏差供電電壓波動和閃變供電三相電壓允許不平衡度供電電壓正弦波形畸變率1.電能質量清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023非線性負荷諧波源閃變源各種瞬變過程不同的變流裝置2.電能質量問題的根源清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20233.電能質量問題的分類（1）電壓質量問題：影響用戶設備正常運行的不理想的系統(tǒng)電壓閃變瞬時過電壓、跌落諧波、畸變各相電壓不平衡等電流質量問題：電力電子設備等非線性負荷給電網帶來的電流畸變流入電網的諧波電流無功、不平衡負荷電流低頻負荷變化造成的閃爍等

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20234.電能質量問題的分類（2）穩(wěn)態(tài)電能質量問題以波形畸變?yōu)樘卣?，主要包括諧波、間諧波、波形下陷以及噪聲等；動態(tài)電能質量問題通常以頻譜和暫態(tài)持續(xù)時間為特征，分脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類。

主要體現(xiàn)為電壓質量問題電壓跌落占其中很大的比例幾種動態(tài)電壓質量問題的示意圖波形

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.電力系統(tǒng)中的電能質量問題電力系統(tǒng)元件存在的電能質量問題用電負荷存在的電能質量問題清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.1.電力系統(tǒng)元件存在的電能質量問題電力系統(tǒng)元件存在的電能質量問題發(fā)電機產生的諧波變壓器勵磁電流產生的諧波直流輸電產生的諧波輸電線路對諧波的放大作用變電站并聯(lián)電容器補償裝置對諧波的影響大的諧波用戶產生的諧波沒有得到很好的治理（特別是電氣化鐵道）大量小用戶和民用負荷產生的諧波不經治理直接注入系統(tǒng)系統(tǒng)變電站的補償電容器串聯(lián)電抗器參數的選擇不合理

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.2.用電負荷存在的電能質量問題——產生諧波的負荷產生諧波的負荷

各類采用直流或交流變流器傳動的軋鋼機、軋管機、壓延機負荷；采用整流器供電的直流電弧爐負荷；采用交流供電的交流電弧爐負荷；整流供電的電解負荷；電氣化鐵道機車負荷；城市的地鐵、電車；各類交直流電源；各類電焊機、縫焊機負荷；計算機、電視機、日光燈、充電器等

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.3.用電負荷存在的電能質量問題——引起無功沖擊和電壓波動的負荷引起無功沖擊和電壓波動的負荷各類采用直流或交流變流器傳動的軋鋼機、軋管機、壓延機負荷；采用整流器供電的直流電弧爐負荷；采用交流供電的交流電弧爐負荷；各類電焊機、縫焊機負荷；頻繁啟動的電動機負荷清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20235.4.用電負荷存在的電能質量問題——產生電壓閃變的負荷產生電壓閃變的負荷交流供電的交流電弧爐直流供電的直流電弧爐電焊機

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20236.典型非線性負荷的電能質量特性整流電源與直流傳動清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023交流電弧爐負荷無功沖擊特性諧波特性電壓閃變特性負序特性運行特性電爐額定運行工況下一相斷電流，只有兩相電極有電流；一相電極處于正常運行，另兩相電極發(fā)生短路。實測表明，電弧爐運行過程中產生的負序電流可達其額定電流的40%左右

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023直流電弧爐無功沖擊特性諧波特性電壓閃變特性負序特性運行特性三相負荷基本平衡，負序電流減少；諧波分量減少；隨著整流器相數的增加，諧波的頻譜向高次方向移動；產生的無功功率沖擊略為同容量交流電弧爐的50%；直流電弧比交流電弧更加穩(wěn)定，因此，直流電弧爐引起的電壓閃變較小

清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,2023循環(huán)變流器（交交變頻器）負荷無功沖擊特性諧波特性運行特性清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20237.電網電能質量測試手段測試方法：以一定的采樣頻率記錄一段時間電壓、電流數據軟件分析得出結論清華大學電機系電力系統(tǒng)研究所 Sunday,February5,20238.測試工具電力錄波儀：型號：H8861通道數：32最大測試電壓：DC500V最大測試電流：AC500A最高