无功补偿课件.ppt

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无功补偿技术新综述及补偿电容应用浅析,无功补偿技术综述及电容补偿的简单探讨,无功补偿概述无功补偿技术发展概况常见补偿技术之比较分析电容补偿概述浅析电容补偿装置使用中的注意事项,无功补偿原理,由于电容性电流IC在相位上超前电压90，这样可以抵消一部分相位滞后电压90的感性电流IL，这不仅使线路上的总电流由减少到I，而且使功率因数提高,无功补偿的目的就是减小无功电流，提高功率因数。

无功补偿作用,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。

稳定受电端机电网电压，提高供电质量。

在长距离输电线重视和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。

三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相地有功及无功负载。

无功补偿技术的发展历程,无功补偿技术的发展历程,传统的补偿技术包括电容补偿和调节同步电机励磁技术两大类。

优点是成本较底，运行维护工作较简单，技术难度不大；缺点是补偿精度差，响应速度较慢（电容补偿不能跟踪无功变化），控制谐波能力差，损耗及噪声大，自动化水平低。

虽然有上述缺点，但由于传统补偿方式投资小，补偿效果明显，技术成熟，在许多对无功补偿要求不高的场合还在广泛应用。

补偿无功功率的传统方法中，并联电容器补偿由于其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化。

而同步调相机运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。

20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置所取代。

电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管控制的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。

SVC技术是为解决传统补偿方式在动态补偿方面的技术空白，满足现代化工业的动态无功补偿要求而诞生的。

静止无功补偿装置（StaticVARCompensator，简称SVC）是一种利用电容器和各种类型电抗器进行无功补偿的可提供可变动的容性或感性无功功率的补偿器。

SVC投入使用后，广泛应用于电力冶金化工铁路科研等部门，是目前电力系统动态无功补偿的主要技术力量。

对于静止补偿装置的研究很多集中在对其应用于输电补偿的各种场合时的控制策略和方法的进一步讨论上，结合其他研究方向诸如检测方式、投切方式、原理算法和新型元器件的应用等，目的是尽可能大的发掘静止补偿装置的技术优势，提高其性能。

本章重点介绍静止补偿的控制策略。

电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，使晶闸管控制的静止无功补偿装置的性能有了大幅度的提高。

目前静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器（TCR），晶闸管投切电容器（TSC），自饱和电抗器型（SR型）和可控硅控制高阻抗变压器型（TCT型）等。

随着现代电力电子技术和控制理论的发展，无功补偿技术也获得了很大的发展空间。

电力电子技术在无功补偿方向上的应用弥补了采用电力电容、电感补偿的补偿装置的不足。

利用先进的大功率半导体开关器件组成各种类型的开关电路，采用大规模集成电路芯片和微处理器组成控制系统，利用现代控制技术对开关器件进行适时的高频通、断控制，就可实现对电路的各类变换和控制功能。

应用PWM技术的补偿装置、电力有源滤波器（ActivePowerFilter，APF）等装置在国内外已经得到应用。

灵活交流输电系统即FACTS（FlexibleACTransmissionSystem）是20世纪80年代后期出现的新技术，近年来在世界上发展迅速。

专家们预计，未来这项技术将在电力输送和分配方面将引起重大变革，对于充分利用现有电网资源和实现电能的高效利用，将会发挥重要作用。

灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合，以实现对电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。

FACTS就是泛指采用基于电力电子元件的控制器和其他静止控制器，以提高电网可控性和增强功率传输能力的交流输电系统。

FACTS可以较大规模的控制潮流，提高输电线路输送容量，依靠限制短路和设备故障影响来防止线路串级跳闸并且可以阻尼电力系统振荡。

新型静止无功发生器（ASVG）、统一潮流控制器（UPFC）晶闸管控制串联补偿器（TCSC）、静止同步串联补偿器（SSSC）、晶闸管控制的移相变压器（TCPST）、相间功率控制器（IPC）等应用新技术装置或者已经在实际中取得了应用，或者也已经在理论研究上取得了重大的突破，相信不久后也会得到应用的。

尽管灵活交流输电技术已在多个输电工程中得到应用，并证明了它在提高线路输送能力、阻尼系统振荡、快速调节系统无功、提高系统稳定等方面的优越性能，但其推广应用的进展步伐比预期的要慢。

主要原因有：

工程造价比常规的解决方案高，因此，只有在常规技术无法解决的情况下，用户才会求助于FACTS技术；FACTS技术还需要进一步完善。

目前FACTS技术的应用还局限于个别工程，如果大规模应用FACTS装置，还要解决一些全局性的技术问题，例如：

多个FACTS装置控制系统的协调配合问题；FACTS装置与已有的常规控制、继电保护的衔接问题；FACTS控制纳入现有的电网调度控制系统问题等等。

也有专家认为，FACTS技术尚不能更快推广应用是因为电力部门对新技术持谨慎观望态度，只有相当成熟的技术才会大规模应用。

随着电力电子器件的性能提高和造价降低，以电力电子器件为核心部件的FACTS装置的造价会降低，可能会在不远的将来比常规的输配电方案更具竞争力。

晶闸管控制电抗器（TCR）,TCR的单相基本结构就是两个反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，三相多采用三角形联结。

这里需要说明的是，为了能承受实际线路上的高电压和大电流应该允许有若干个晶闸管串并联后组成一个等效的晶闸管作为高压交流开关使用。

改变晶闸管的触发角，流经电抗器的电流波将发生变化，从而使TCR等效于一个连续可变的电感器。

TCR动态无功补偿器工作原理可解释为：

根据调节控制单元的要求，改变晶闸管的相位控制角，从而改变TCR所吸收的容性无功。

当角从/2变化到时，TCR吸收的容性无功功率值从最大变化到零，即向电网补偿的容性无功从零变到最大。

角在/2之间变化时，TCR电流是动态可控的，向电网补的容性无功是无级可调的。

单独的TCR由于只能吸收感性无功功率，故常常与电容器并联使用。

TCR与电容器并联后，使总的无功功率为TCR与并联电容器的无功功率相互抵消后的净无功功率。

故可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功功率的范围内。

另外所并联的电容器串联小的调谐电抗器还可以作为滤波器使用，以吸收TCR所产生的谐波电流。

TCR型SVC具有反应时间快（1020ms），无级补偿，运行可靠，能分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格较便宜等优点，实际应用最广，在控制电弧炉负荷产生的闪烁时，几乎都采用这种型式。

晶闸管投切电容器（TSC）,TSC的基本结构是两个反向并联的晶闸管和一个电容器串联，工程中通常在并联晶闸管的另一端串联一个抑制冲击电流的小电感。

其中两个反向并联的晶闸管的作用是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电感主要是来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。

实际工程中，一般将电容器分成几组，每组都可以以由晶闸管投切。

补偿时根据电网的无功功率需求分组投切电容器。

TSC实际上是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功功率补偿器。

电容分组的具体方法比较灵活，目的都是通过组合产生的电容值的级数越多越好，但是需要在系统的复杂性、控制的难易性以及经济性等方面综合考虑。

TSC补偿原理可靠，换流过程的过电压，过电流可控制在允许范围内，容易实现；响应速度快，可频繁调解，运行时无高次谐波,TSC接线图例,静止型无功功率补偿装置的出现是为了弥补传统补偿方式的不足，同时满足现代电力系统对无功功率的快速动态补偿的要求。

静止型补偿装置和传统补偿方式相比，具有补偿响应快、精度高、损耗小、噪声小等优点，可以对电力负载进行动态无功补偿，改善电压质量，提高电力系统的静态和动态稳定性。

对于静止补偿装置的研究很多集中在对其应用于输电补偿的各种场合时的控制策略和方法的进一步讨论上，结合其他研究方向诸如检测方式、投切方式、原理算法和新型元器件的应用等，目的是尽可能大的发掘静止补偿装置的技术优势，提高其性能。

动态补偿技术的进一步发展,随着现代电力电子技术和控制理论的发展，无功补偿技术也获得了很大的发展空间。

电力电子技术在无功补偿方向上的应用弥补了采用电力电容、电感补偿的补偿装置的不足。

利用先进的大功率半导体开关器件组成各种类型的开关电路，采用大规模集成电路芯片和微处理器组成控制系统，利用现代控制技术对开关器件进行适时的高频通、断控制，就可实现对电路的各类变换和控制功能。

采用PWM技术控制的补偿电容,传统并联电容补偿方式在控制元件导通的瞬间，电容近似短路，尤其是当控制角较大时，开关管导通瞬间造成的大电流冲击十分严重。

为了避免开关管导通瞬间的电流冲击，现在可以采用PWM技术控制补偿电容支路的通断，以改变补偿电容的等效电容量。

电源电压的正、负半周，U1、U2分别控制GTR1和GTR2反复导通和关断。

U1或U2高电平使GTR1或GTR2导通后，接入电容对电网提供容性补偿；GTR1或GTR2低电平使GTR1或GTR2截止时，将电容从线路切除。

若保持开关管的开关频率不变，而改变其占空比，就改变了电容接入电路的时间，也就相应改变了电容的补偿量。

应用PWM控制技术的好处,补偿器与电网并联，不会改变负载工作状态，也不会与电网产生共振现象。

无需改变补偿器结构和参数，用一台补偿器可以处理单个高次谐波或多个高次谐波。

补偿器能限制其输出，当负载中谐波电流增大时，补偿器也不会发生过载而损害。

柔性交流输电系统设备简介,现代电力工业的发展对电力系统提出了很高的要求，在花费少和在尽可能少的制约因素的前提下，却要大规模的提高电力系统的传输能力，提高电能质量及电力系统的稳定性。

在电力系统的这一大发展趋势下，灵活交流输电系统应运而生。

静止无功发生器（StaticVarGeneration，简称SVG）适用于实时补偿冲击性负荷的无功冲击电流和谐波电流。

IGBT、GTO等电力电子元件的开发，使大功率、高电压的变流器的应用可靠性有了显著提高，而且由于采用了微处理机和大规模集成电路组件，使复杂的控制电路也提高了经济性和可靠性，从而使矢量控制的新型SVG得到了开发应用。

采用大功率门极可关断晶闸管（GTO）的静止无功发生器（ASVG）由于具有响应速度快、可以在从感性到容性的整个范围中进行连续的无功调节，特别是在欠压条件下仍可有效地发出无功功率和在系统对称运行条件下所需储能电容容量较小，装置体积小等优点得到了越来越多的关注。

统一潮流控制器（UPFC）的概念是于1990年提出的。

该控制器能分别或同时对电力系统的有功、无功、电压、谐波进行控制和调节，从而提高系统的运行质量，保障系统的暂态稳定性，阻尼系统的振荡。

但是该技术本身非常复杂，成本较高。

可控串联电容器（TCSC）作为FACTS元件的一种，其特点是电抗可以在一定范围内快速连续地变化。

与传统的固定式串联补偿电容相比，不但可以用来补偿线路电抗，提高传输能力，还可以用于抑制低频振荡和次同步谐振，提高系统的静态和暂态稳定性。

TCSC在提高系统稳定性、抑制振荡方面的作用已得到了公认。

作为一种串联于输电线上的补偿设备，SSSC具有快速调整有功和无功的能力，可以使网络的功率传输能力以及潮流和电压的可控性大为提高，为电力系统的稳定提供了强有力的控制手段。

小结柔性交流输电系统,现在采用柔性交流输电技术的控制器日益增多，其包括的类型范围也逐渐扩大。

对三种正在开发的FACTS控制器（TCPST，IPC或TCIPC和SSSC）的研究也展示了其实用结构、运行性能和应用可行性，同时也显露了一些更待深入研究的问题。

这些结果对我国有关单位在已取得一些FACTS控制器开发研制经验的基础上继续向前开拓，具有重要参考作用。

在实际系统中采用FACTS控制器，不应只根据运行需求考虑，而应从最初设计阶段就进行全局性考虑，以取得采用新技术基