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无功功率补偿原理及方法分析
摘要:无功功率补偿就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就是非常明显的,所以其在长距离电能运输中的作用就是不可忽视的。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与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
无功功率补偿就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:一为一面就是供电部门传送的电力质量不高;另一为一面就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与各种问题的产生。显然,这此需要补偿的无功功率如果都要由发电端产生与提供并经过长距离传输就是不可能的,最有效的为一法就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,这就就是无功补偿的道理。图1与图2分别为感性阻抗与容性阻抗中电流、电压与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可以瞧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。
图1 电感中电流、电压与功率的变化
图2 电容中的电流、电压与功率的变化
图3 并联电容器无功补偿原理
图4为并联电容器补偿向量图。当未接电容C时,流过电感L的电流为IL,流过电阻R的电流为IR,电源供给的电流为I1, I1=IR+jIL,此时相位角为φ1,,功率因数为cosφ1;并联接入电容C后,由于电容电流IC与电感电流IL方向相反,使电源供给的电流由I1减小为I2, I2=IR+j(IL-IC),相角由φ1减小到φ2,功率因数则由cosφ1提高到cosφ2。
设负荷有功功率为P(千瓦),无功功率为Q(千乏),视在功率为S(千伏安),电压有效值为‘,电流有效值为I,功率三角形如图5,则有:
图4 并联电容器补偿向量图
图5 有功、无功、视在功率向量图
2 无功补偿的作用
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。但就是从发电机与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。