无功补偿的研究开题报告.docx

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无功补偿的研究开题报告

无功补偿的研究开题报告

一、课题来源

指导老师指定

决于电力系统无功潮流分布是否合理。

这不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣问题，而且还直接影响电网的安全、经济运行。

若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。

随着电网容量的不断增加，对电网无功功率的要求也与日增加。

因此，还需考虑网络的功率因数和电压，因为网络功率因数和电压的降低会使电气设备得不到充分利用，从而降低网络的传输能力，并引起损耗增加。

因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全和降损节能有着重要的意义。

　　无功补偿点的合理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，避免大量无功功率的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。

我国配电网长期以来无功匮乏，由其造成的网损严重，因此，进行无功功率补偿，能投资少回报高。

通常采用的方法是在配电变压器低压侧进行补偿，既可降低线路损耗，也能降低配电变压器损耗，电压质量也有较大的改善。

1.3无功补偿研究的目标及意义

我国是一个发展中国家，改革开放前，工业化水平还比较落后，制造工艺还较粗糙，高、精、尖方面的制造业更是缺乏，因而对电网的电能质量还未引起足够的重视。

人们普遍认为：

只要电能可以送出去，就等于保证了电网的安全运行。

20世纪80年代以来，我国的电力工业取得了飞速的发展，不仅装机容量空前增加，输变电设备质量以及电力自动化水平也取得了日新月异的变化。

与此同时，各类负荷的种类与容量发展更快，由此引发的新问题逐渐浮出水面。

电力供应的严重不足已制约了国民经济发展的速度。

而要缓解当前乃至今后一个时期电力供需之间的矛盾,并从根本上解决问题,除了国家及地方加大对电力建设的投资力度、增加发电量这一主渠道外,节约用电、合理用电－采用各种节电措施,最大限度地利用现有各种电力设施资源也是非常重要的、也是很有必要的。

就是要开源与节流并举。

由于目前我国在配网中普遍采用的变电所低压母线集中补偿和配电变压器低压侧集中补偿等方式，不能补偿低压电网中大量的无功损耗。

针对低压网的特点，从工程实际出发，提出了低压线路无功补偿方式及灵敏度分析法与无功分量直接分析法两种计算方法，以确定补偿电容的最佳安装位置和容量，并讨论了实际应用中电容器的在线动态控制。

计算表明，在低压线上投入无功补偿后，大大降低了线损，经济效益显著，可以推广采用。

采用无功功率补偿来实现功率因数趋近于1，可以大量减少线路中因输送无功电流而产生的电能损耗，并有效地改善电压调节，因此无功功率的补偿一直以来都是供配电系统中的一个重要环节。

参考文献

【1】王兆安，黄俊.电力电子技术，北京：

机械工业出版社，2000.

【2】《电力线路技术手册》[L]兵器工业出版社齐文禄1991年7月.

【3】靳龙章、丁毓山.电网无功补偿实用技术［M］.北京：

中国水利水电出版社，1997

【4】陈伯时.自动控制系统,北京:

机械工业出版社.

【5】孙成宝、李广泽.配电网实用技术［M］.北京：

中国水利水电出版社，1997.

【6】陈珩．电力系统稳态分析［K］．北京：

水利电力出版社，1995.

【7】李宏.电力电子设备用器件与集成电路-控制用集成电路.北京:

机械工业出版社,2001.

【8】宋万杰.CPLD技术及其应用.西安:

西安电子科技大学出版社,1999.

二、研究的主要内容、研究方案及准备采取的技术路线、拟解决的关键问题（注：

本部分内容必须详细填写）

1.课题的主要内容：

低压配电网无功补偿及其容量的测定。

近年来，我国电力装机容量逐年递增，大大缓解了供电紧张的局面。

伴随着供电量的增加，电网建设的速度明显滞后，网络损耗问题日益突出。

大家普遍认识到降低网损是供电部门减小供电成本的重要突破口，也是今后增加供电量的重要手段。

由于配电网建设严重滞后，网架薄弱，设施老化，线路长（有的l0kv线路长50～70km），线径小，配电变压器也大部分存在高能耗问题，所以降低损耗应主要从城市的配电网着手。

2.研究方案：

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。

为防止电机退出运行时产生自激过电压，补偿容量一般不应大于电机的空载无功，即：

Qc≤√3UeIo，通常推荐Qc=（0.95∽0.98）√3UeIo。

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。

1随器补偿电容器

（1）随器补偿的电容器主要用来补偿变压器的空载无功损耗，所以其容量应按变压器容量的5%～7%选定。

（2）随器补偿电容器应安装在配电屏总开关的前面。

有的安装在配电屏的母线上，这样就会出现低压线路停电检修时，由于电容器还未来得及放电而造成低压线路触电事故。

（3）电容器接线必须牢固，以防电容器出现断线、缺相运行，造成三相电压不平衡，严重时某相对地电压超过220V，从而损坏电容器和其他电器设备。

最好采用具有缺相保护功能的断路器，确保电容器安全运行。

2随线补偿电容器

（1）随线补偿的电容器应安装在支线熔断器以后，以便于电容器的检修。

每组电容器的容量不宜超过200kvar，以便于电容器的放电。

（2）在有随线补偿电容器的线路停电时，应间隔20min再送电（20min后，电容器通过变压器自放电的过程基本完毕），否则会出现带电荷合电容器的现象，就会损坏电容器。

（3）电容器所有熔断器的熔丝应按电容器额定电流的1.5～2.5倍选，且三相熔丝要选的一样粗细，以防一相熔丝熔断，出现电容器缺相运行，这样容易出现谐振过电压，从而损坏电容器和其他电器设备。

（4）在检修时如果电容器两极直接放电，会损坏电容器，并造成事故。

正确放电过程如下：

①电容器停电时，应先使电容器所在的支线停电，使电容器通过该支线上的配电变压器进行自放电，一般需要经过20min。

②自放电完成后，要用接地线使电容器各极分别对地放电。

③用三根接地线的一端分别连接电容器的三级，另一端接在一起，进行直接放电。

这时就可以对电容器进行检修工作。

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。

主要有3种：

定值补偿式、电流跟踪式、电压跟踪式。

1、定值补偿式

定值补偿式补偿器根据其工作原理可以分为有源定值补偿器和无源定值补偿器。

无源定值补偿器的工作原理是利用自祸变压器补偿比差，利用移相器补偿角差。

利用此补偿器可以将电能表计端电压与电压互感器二次端电压幅值与相位调至相等，从而达到补偿的目的。

这种补偿器可以对回路阻抗和回路电流一定的线路调节补偿电压，使二次压降为零。

但如果二次回路阻抗或电流发生变化，例如熔体电阻或端子接触电阻增大或电压互感器二次负载电流发生改变，这种补偿器就不能适应了。

采用无源定值补偿装置，可靠性相对较高。

有源定值补偿器的工作原理是在电压互感器二次回路中计量仪表接入端口处串入一个定值的电压源，达到提高计量仪表的入口电势以抵消二次压降影响的目的。

当电压互感器二次回路阻抗和回路电流一定时，调节补偿电压，使二次压降接近于零，但二次回路阻抗或电流发生变化时，这种补偿器就不适应了。

总之，定值补偿器在电压互感器二次回路阻抗和回路电流不变的前提下，能够对二次压降进行有效补偿，由于不能跟踪电压互感器二次回路阻抗和回路电流发生变化而引起二次压降的变化，因此不可避免地引起电压互感器二次综合压降欠补偿或过补偿现象发生。

由此可以说，定值补偿装置（无论是有源的，还是无源的）在设计时就存在缺陷，是绝对禁止用于二次压降补偿的。

2、电流跟踪式

电流跟踪式补偿器基本原理是利用电子线路通过对电压互感器二次回路电流的跟踪产生一个与二次回路阻抗大小相等的负阻抗，最终使二次回路总阻抗等效为零。

这样，即使有PT二次回路电流的存在，由于回路阻抗为零，压降也为零。

这种补偿器对于二次线路较长的，可补偿线阻。

对于PT二次负载不稳定、二次电流变化的回路，由于二次回路总阻抗等效为零，可以保持压降为零。

但对于二次回路阻抗变化的情况，则不能自动跟踪，也就是说，如果熔体电阻或接点接触电阻发生改变，则回路等效阻抗就不为零了，这是该补偿器的局限性。

换句话就是说，电流跟踪式补偿器的设计前提是电压互感器二次回路阻抗不变，只要跟踪二次回路变化的电流就可以达到补偿二次压降的目的。

从前面对二次回路阻抗的特性分析可以看出，电压互感器二次回路阻抗是变化的，且具有一定随机性，显然电流跟踪式补偿器同样存在设计缺陷，可能造成过补偿或欠补偿现象的发生，因而也是绝对禁止用于二次压降补偿的。

3、电压跟踪式

电压跟踪式补偿器的原理是通过一取样电缆，将电压互感器二次端电压信号与电能表计端电压信号进行比较，以产生1个与二次回路压降大小相等，方向相反的电压叠加于电压互感器二次回路，使电压互感器二次回路电压降等效为零。

当电压互感器二次回路电流或阻抗改变导致回路电压改变时，补偿器自动跟踪压降的变化并产生相应变化的补偿电压叠加于电压互感器二次回路，以保持回路压降始终为零。

因而这种补偿器几乎适用于所有场合，唯一不足的是需同时敷设一条从电压互感器二次端电压信号取样的电缆。

低压无功补偿成套装置主要应用于城乡配电网公用变台。

低压无功补偿装置七大特点:

1.独特的电容补偿方式。

2.先进的智能型无功控制策略。

3.先进的配电监控终端。

4.先进的电容投切开关。

5.充分的防护设计。

6.充分的安全设计。

7.充分的独特的模块化设计

电容器的容量Q＝ω×C×U×U＝2×π×f×C×U×U

3.准备采取的技术路线

以全网网损尽量小、各节点电压合格为目标，以调度中心为控制中心，以各变电站的有载调压变压器分接头调节与电容器投切为控制手段。

首先从调度自动化系统采集数据，送入电压分析模块和无功分析模块进行综合分析，形成变电所主变分接头调节指令、变电所电容器投切指令，由调度中心、集控中心、配调中心控制系统执行，循环往复。

无功电压实时控制流程.

4.拟解决的关键问题

装置控制器硬件采取基于MCS-96系列的80C196单片机微处理器配以适当的外围电路来完成各项功能；软件的设计采用PL/M-96程序设计语言，测量部分采用快速福利叶变换算法，从存在各次谐波的输入信号中计算出几波电压、电流的有效值，实现有功功率、无功功率、功率因数、电度等参数的计算，同时可以进行15次谐波的分析。

实现对线路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、频率、电度等参数的测量及显示，并根据无功缺额结合电网电压控制住电路晶闸管开关实现电容器投切，实现对电网无功的跟踪补偿。

三、已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件（包括已经取得的科研成果、已经完成的科学实验及调查研究、具备的主要仪器设备及资料与数据等），以及可行性分析

电网负荷分为有功负荷和无功负荷，所谓有功负苛就是从电源经线路传送给负载，而被负载消耗掉的那部分功率。

而无功就是电源向负载传送，而负载其实并没有真正消耗而是全部反送给电源的那部分功率。

反送的频率是2倍工频，这样无功实际就是往返于电源和负载之间（以100HZ的速度）而负载实际并没有消耗的一种功率。

这种功率的传送同样需要电流来完成，显然无功在线路上传送会增加线路上不必要的电流，从而增加线路上的有功损耗，引起发热，增加线路末端电压降。

电网中的电力负荷主要是电动机、变压器等属于感性负荷，其无功是属于感性无功，其值大于零。

在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，由于容性无功的值小于零，这样一个小于零的无功和一个大于零的无功就可相互抵消。

这样就减少了无功功率在电网线路中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

四、课题研究起止年限、任务安排、分阶段要求和预期结果

第一阶段：

2010年12月1日—2010年12月15日，选题。

第二阶段：

2010年12月15日—2010年12月25日，拟写开题报告。

第三阶段:

2011年1月3日—2011年1月15日，开题报告答辩。

第四阶段：

2011年1月19日—2011年2月20日，查阅、整理撰写论文所需的资料。

第五阶段：

2011年2月21日—2011年3月1日，概述低压无功补偿的原理。

第六阶段：

2011年3月2日—２011年3月10日，了解低压无功补偿的现状和意义。

第七阶段：

2011年3月11日—2011年3月20日，综述低压无功补偿的几种方法。

第八阶段：

2011年3月20日—2011年4月1日，选择最佳的无功补偿方案。

第九阶段：

2011年4月2日—2011年4月10日，到学校实验室进行实验仿真。

第十阶段：

2011年4月11日—2011年4月20日，对实验结果进行分析和修改。

第十一阶段：

2011年4月21—2011年5月9日，撰写、修改毕业论文。

第十二阶段：

2011年5月10日—2011年5月15日，定稿，打印、提交毕业论文。

第十三阶段：

2010年5月16—2010年5月25，论文答辩

六、指导教师审查意见

指导老师签字：

年月日