配电网无功补偿方式及效益分析.docx
- 文档编号:4071002
- 上传时间:2022-11-27
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:62KB
配电网无功补偿方式及效益分析.docx
《配电网无功补偿方式及效益分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《配电网无功补偿方式及效益分析.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
配电网无功补偿方式及效益分析
编号1251401127
课程设计
(2012级本科)
题目:
配电网无功补偿方式及效益分析
学院:
物理与机电工程学院
专业:
电气工程及其自动化
作者姓名:
马亮
指导教师:
刘永科职称:
副教授
完成日期:
2015年6月25日
二零一五年六月二十五日
河西学院本科生课程设计任务书
设计题目
配电网无功补偿方式及效益分析
作者姓名
马亮
学院、专业、年级
物电学院电气工程专业12级
指导教师姓名、职称
刘永科副教授
任务下达日期
2015年5月20日
一、设计的主要内容
无功补偿意义;无功补偿方式;无功补偿效益分析等。
二、设计依据
国内配电网
三、论文的基本要求
1.论文要求书写整齐,条理分明,表达正确、语言正确。
2.论文要求内容全面,丰富。
四、论文(设计)进度安排
阶段
论文(设计)各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
5.20~5.25
2
查阅有关资料
5.26~5.27
3
阅读设计要求必读的参考资料
5.28~5.29
4
书写设计说明书
5.30~6.15
5
小组答辩质疑
6.21~6.22
6
上交设计成果
6.30
五、需收集和阅读的资料及参考文献(指导教师指定)
[1]靳龙章,丁毓山.电网无功补偿实用技术.北京:
中国水利水电出版社,2009.
[2]丁毓山.配电网无功优化及无功补偿装置.北京:
中国水利水电出版社,2010.
[3]王兆安.谐波抑制和无功功率补偿.北京:
机械工业出版社,2009.
[4]张振荣,晋明武等。
MCS51单片机原理及实用技术.北京:
人民邮电出版社,2008.
[5]李林川,夏道止。
电力系统电压和网损优化计算.北京:
机械工业出版社,2011.
[6]李润先.中压电网系统接地实用技术.北京:
中国电力出版社2001.1—9,11,14
[7]张睿,孟燕,吴德仁.6-35KV配电网中性点接地方式探讨.2000年电气网第七居全网大会论文集234-235.
[8]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册(补充本).北京:
水利电力出版1990.
[9]江文、许慧中.供配电技术.北京:
机械工业出版社,2005.
[10]陈小虎.工厂供电技术.北京:
高等教育出版社,2001.
[11]李友文、李尔学.工厂供电.北京:
化学工业出版社,2006.
[12]刘笙.电气工程基础.北京:
科学出版社,2004.
教研室意见
负责人签名:
年月日
摘要
随着我国电力工业的飞速发展,用户对电力供电可靠性和供电质量的要求也随着我国电力工业的飞速发展,用户对供电可靠性和供电质量的要求也越来越高。
如何使配电网无功优化、提高供电质量、提高供电可靠性已成为电力部门面临的实际问题。
无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用,无功补偿是电力企业追求经济效益的目标之一。
电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。
通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性,而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChina'selectricpowerindustry,user'srequirementonpowersupplyreliabilityandpowerqualityalsowiththerapiddevelopmentofChina'selectricpowerindustry,userrequirementstothepowersupplyreliabilityandqualityisalsogettinghigherandhigher.Howtomakethedistributionnetworkreactivepoweroptimization,improvethepowersupplyquality,improvethereliabilityofpowersupplyhasbecometheactualproblemofthepowersector.Reactivepowercompensationplaysanimportantroleinsafety,qualityandeconomicoperationofpowersystem,reactivepowercompensationisoneofthegoalsofelectricpowerenterprisestopursueeconomicbenefits.Reactivepoweroptimizationandreactivepowercompensationinpowersystemisanimportantpartoftheresearchonthesafeandeconomicoperationofpowersystem.Bythepowersystemwithouttherationalallocationofreactivepowerandtheoptimumcompensationofreactiveloadtothecannotonlymaintainvoltagelevelandimprovethestabilityofpowersystemoperation,butalsocanreducetheactivepowerlossandreactivepowerloss,makepowersystemsafeandeconomicoperation.
目录
摘要1
引言3
1无功及其对电网的影响4
2无功补偿及其作用5
2.1 无功补偿的概念5
2.2无功补偿的作用5
3无功补偿及其分配7
4我国目前无功补偿的方式及适用场合8
4.1变电站集中补偿方式8
4.2低压配电网无功补偿的方法9
4.3杆上补偿方式10
5功率因数对无功补偿的影响12
5.1耗用无功功率的主要设备12
5.2供电电压对功率因数的影响12
5.3电网频率的波动对无功的影响。
13
6发展趋势14
7无功补偿的效益15
7.1节省企业电费开支15
7.2提高设备的利用率15
7.3降低系统的能耗15
7.4改善电压质量16
7.5无功补偿对考核指标线损率的改善17
(1)计算模型及方法17
例118
(2)无功补偿经济效益分析19
例219
7.6无功补偿的经济分析20
7.7无功补偿的经济效益比较21
结论23
引言
由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用,因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。
合理选择无功补偿方案和补偿容量,能有效提高系统电压的稳定性,保证电网的电压质量,提高发输电设备的利用率,降低有功网损和较少发电费用。
我国配电网的规模巨大,因此配电网无功补偿对降损节能,改善电压质量意义重大。
本文结合当前人们关注的电网无功补偿问题,重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案特点,并通过对无功补偿应用技术的分析,提出了配电网无功补偿工程应注意问题和相关建议。
1无功及其对电网的影响
电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换而占有的电网容量叫无功。
它是交流电路中,电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量。
一方面,无功功率可以用来产生用电设备所需要的磁场,比如电动机等电感性设备。
另一方面,这种功率在电网中会造成电(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。
电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响,无功是影响电压的一个重要因素。
尤其对确定规模的电网络终端系统,无功过剩一方面会提高系统运行电压,导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况,缩短设备的使用寿命;另一方面,也会影响线路传输的安全稳定性,导致系统的输送容量下降,给电网运行调度带来不利的影响。
而系统无功不足时,一方面会降低电网电压,另一方面,电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗,加大了电网的运行成本。
因此,无功的合理调整在提高电能质量、降低网损、操作电网运行的稳定性和安全性等方面具有极为重要的意义。
2无功补偿及其作用
2.1 无功补偿的概念
无功要在电路中产生电流,这种电流称之为电感电流。
电感电流同样会增加电气线路和变压设备的负担,降低电气线路和变压设备的利用率,增加电气线路的发热量。
但没有它,用电设备(特别是电动机等电感性设备)又不能正常工作。
因此,就需要找一种电器件接在线路上,这个器件在同一电源下,所产生的电流与电感电流方向相反,可以用来抵消电感电流。
这样,既不影响电动机产生磁场,又能消除或减少线路上的电感电流,这种电容器就叫补偿电容器,也叫电力电容器,它在线路上的电流正好与电感电流相反。
只要在线路上接的电容数量与负载的电感分量向匹配,他产生的电容电流就能非常有效地消除或减少线路上的电感电流,也就是消除或减少负载向电网吸取无功功率。
这样就能减少电气线路和变压设备的负担,提高电气线路和变压设备的利用率,降低电气线路的发热量。
这种在电气线路上安装补偿电容器以减少无功功率方式就称为无功补偿。
2.2无功补偿的作用
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高,人们对电力的需求日益增长,同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。
由于负荷的不断增加,以及电源的大幅增加,不但改变了电力系统的网络结构,也改变了系统的电源分布,造成系统的无功分布不尽合理,甚至可能造成局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。
随着系统结构日趋复杂,当系统受到较大干扰时,就可能在电压稳定薄弱环节导致电压崩溃。
合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定,能够有效地维持系统的电压水平,提高系统的电压稳定性,避免大量无功的远距离传输,从而降低有功网损,减少发电费用。
采用无功补偿可以收到以下效果:
①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。
②改善供电品质,提高功率因数,减少负载总电流及电压降。
于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。
③延长设备寿命。
改善功率因数后线路总电流减少,使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低,因此可以降低温升增加寿命(温度每降低10°C,寿命可延长1倍)
最终满足电力系统对无功补偿的监测要求,消除因为功率因数过低而产生的罚款。
3无功补偿及其分配
无功补偿,就其概念而言早为人所知,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。
无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出,各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率,尤以低压配电网所占比重最大。
为了最大限度地减少无功功率的传输损耗,提高输配电设备的效率,无功补偿设备的配置,应按照“分级补偿,就地平衡”的原则,合理布局。
(1)总体平衡与局部平衡相结合,以局部为主。
(2)降损与调压相结合,以降损为主。
(3)电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50%~60%,其余的无功功率消耗在配电网中。
因此,为了减少无功功率在网络中的输送,要尽可能地实现就地补偿,就地平衡,所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
(4)分散补偿与集中补偿相结合,以分散为主。
集中补偿,是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。
分散补偿,指在配电网络中分散的负荷区,如配电线路,配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。
集中补偿,主要是补偿主变压器本身的无功损耗,以及减少变电所以上输电线路的无功电力,从而降低供电网络的无功损耗。
但不能降低配电网络的无功损耗。
因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。
所以为了有效地降低线损,必须做到无功功率在哪里发生,就应在哪里补偿。
所以,中、低压配电网应以分散补偿为主。
4我国目前无功补偿的方式及适用场合
目前,国内电网采用的无功补偿技术主要有:
变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式。
4.1变电站集中补偿方式
针对输电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿(如图1的方式1),补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。
这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上,因此具有管理容易、维护方便等优点,但是这种方案对电网的降损起不到什么作用。
图1 配电网系统各种无功补偿方式示意图
为了实现变电站的电压控制,通常无功补偿装置(一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节。
通过两者的协调来进行电压/无功控制在国内已经积累了丰富的经验,九区图便是一种变电站电压/无功控制的有效方法。
然而操作上还是较为麻烦的,因为由于限值需要随不同运行方式进行相应的调整;在某些区上会产生振荡现象;而且由于实际操作中抽头调节和电容器组投切次数是有限的,但九区图没有相应的判断。
而现行九区图的调节效果也不是数学上证明的最好效果,因此九区图的应用还有待进一步改善。
用模糊数学的概念建立了数学模型,得出了模糊边界的无功调节判据,它的特点是将九区图中固定的无功上下限边界改变成受电压影响的模糊边界,其边界的斜率可根据具体的投切边界条件进行调整。
所设计的一种新型的变电站电压无功微机综合控制装置,在保证电压合格和无功最佳补偿效果的情况下,有载变压器分接头的调节次数比同类装置或人工调节约减少1/3,提高了变电站电压合格率,线损降低20%左右。
4.2低压配电网无功补偿的方法
提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术,我们通常采用的方法主要有三种:
随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
(1)随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电机,同时投切。
随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。
随机补偿的优点是:
用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,而且不需频繁调整补偿容量。
具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活,维护简单、事故率低等。
(2)随器补偿
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。
配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分,对于轻负载的配变而言,这部分损耗占供电量的比例很大,从而导致电费单价的增加。
随器补偿的优点:
接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配变利用率,降低无功网损,具有较高的经济性,是目前补偿无功最有效的手段之一。
(3)跟踪补偿
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式。
适用于100KVA以上的专用配变用户,可以替代随机、随器两种补偿方式,补偿效果好。
跟踪补偿的优点是运行方式灵活,运行维护工作量小,比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。
但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。
但当这三种补偿方式的经济性接近时,应优先选用跟踪补偿方式。
目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380V侧进行集中补偿(如图1的方式2),通常采用微机控制的低压并联电容器柜,容量在几十至几百千乏不等,根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。
目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的,也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的。
这虽然有助于保证用户的电能质量,但对电力系统并不可取。
因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起,但线路的电压水平是由系统情况决定的。
当线路电压基准偏高或偏低时,无功的投切量可能与实际需求相去甚远,出现无功过补偿或欠补偿。
对配电系统来说,除了专用变之外,还有许多公用变。
而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器,由于其通常安装在户外的杆架上,进行低压无功集中补偿则是不现实的:
难于维护、控制和管理,且容易成为生产安全隐患。
这样,电网的补偿度就受到了限制。
4.3杆上补偿方式
资料中提出了进行配电系统杆上无功补偿的必要性和方法。
由于电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿,使得补偿度受到限制。
由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填,大量的无功沿线传输使得电网网损仍然居高难下。
因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿(如图1的方式3),以提高电网功率因数,达到降损升压的目的。
由于杆上安装的并联电容器远离变电站,容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。
显然,杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿,资料中提出了这种补偿方式的最优地点和容量的算法。
因其具有投资小,回收快,补偿效率较高,便于管理和维护等优点,适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路,但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿,故其适应能力较差,主要是补偿了无功基本负荷,在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。
应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术。
4.4用户终端分散补偿方式
目前在我国城镇,低压用户的用电量大幅增长,企业、厂矿和小区等对无功需求都很大,直接对用户末端进行无功补偿(如图1的方式4)将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。
《 供电系统设计规范》(GB50052-1995)指出,容量较大,负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。
故对于企业和厂矿中的电动机,应该进行就地无功补偿,即随机补偿;针对小区用户终端,由于用户负荷小,波动大,地点分散,无人管理,因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置,并满足以下要求:
①智能型控制,免维护;②体积小,易安装;③功能完善,造价较低。
5功率因数对无功补偿的影响
功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。
当有功功率P一定时,如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。
在极端情况下,当Q=0时,则其力率=1。
因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
5.1耗用无功功率的主要设备
异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。
而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。
所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。
变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。
因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。
5.2供电电压对功率因数的影响
当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般工厂的无功将增加35%左右。
当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。
但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。
所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
5.3电网频率的波动对无功的影响。
以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素,因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法,使低压网能够实现无功的就地平衡,达到降损节能的效果。
6发展趋势
随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响,无功补偿的发展趋势主要有以下几点:
在城网改造中,运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪,因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。
快速准确地检测系统的无功参数,提高动态响应时间,快速投切电容器,以满足工作条件较恶劣的情况(如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合)。
随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展,可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法,如模糊控制等。
目前无功补偿技术还主要用于低压系统。
高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制,是通过变压器降压接入的,如用于电气化铁道牵引变电所等。
研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义,关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压,即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。
由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。
随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用,供电系统或负荷中含有大量谐波。
研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器,将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。
7无功补偿的效益
在现代用电企业中,在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中,以致电网传输功率除有功功率外,还需无功功率。
如自然平均功率因数在0.70~0.85之间。
企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%~90%,如果把功率因数提高到0.95左右,则无功消耗只占有功消耗的30%左右。
由于减少了电网无功功率的输入,会给用电企业带来效益。
7.1节省企业电费开支
提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的,因为国家电价制度中,从合理利用有限电能出发,对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值,低于规定的数值,需要多收电费,高于规定数值,可相应地减少电费。
可见,提高功率因数对企业有着重要的经济意义。
7.2提高设备的利用率
对于原有供电设备来讲,在同样有功功率下,因功率因数的提高,负荷电流减少,因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备,从而满足了负荷增长的需要;如果原网络已趋于过载,由于功率因数的提高,输送无功电流的减少,使系统不致于过载运行,从而发挥原有设备的潜力;对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量,减少投资费用,在一定条件下,改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。
因此,使用无功补偿不但减少初次投资费用,而且减少了运行后的基本电费。
7.3降低系统的能耗
补偿前后线路传送的有功功率不变,P=IUCOSφ,由于COSφ提高,补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便,可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。
即I1/I2=COSφ2/C
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 配电网 无功 补偿 方式 效益 分析
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)