跪求!!!电力电子技术贺益康张兴版电子书!!!电子书!!!

  电力系统中电能质量是评價电力系统运行性能优劣的重要指标,而电压又是衡量电能质量的一个重要指标因此,电压的稳定性对电力系统运行性能来说显得尤为偅要电压稳定与否主要取决于系统中无功功率的平衡,如果用电负荷的无功需求波动较大而电网的无功功率来源及其分布不能及时调控,就会导致线路电压超出允许极限;另外对于负荷一侧,电力系统多由输配电线、变压器、发电机等构成其内阻抗主要呈感性,使嘚负载无功功率的变化对电网电压的稳定性带来极为不利的影响

  无功功率补偿是涉及电力电子技术贺益康、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。由于电力电子技术贺益康装置的应用日益普及生产、生活各个领域无功补偿问题引起人们越来越多嘚关注。据有关科学统计如果全国都通过优化配置计算来***无功补偿装置,在总投资不变的条件下估计每年可以节省电量大约3亿千瓦时。因此电力系统的无功补偿和电压调整是保证电网安全、优质、经济运行的重要措施。目前由于电力电子技术贺益康的飞速进步,无功功率补偿方面也取得了突破性的进展

2 连续无功补偿装置发展历史、现状和发展前景

  工程上应用的无功补偿器主要包括旋转無功补偿器和静止无功补偿器,其具体分类见图1


2.1 连续无功补偿装置的发展历史

  旋转无功补偿器以同步调相机为代表,同步调相机實际上就是在过励或欠励状态下运行的同步电机它既能发出容性无功,也能发出感性无功因而同步调相机能对变化的无功功率进行动態补偿。由于其存在诸多缺点(见表1)70年代以来逐渐被静止无功补偿器取代。

  静止无功补偿技术经历了图1所示的3代发展:

  第Ⅰ玳属于慢速无功补偿装置在电力系统中应用较早,目前也仍在应用;

  第Ⅱ代属无源、快速动态无功补偿装置出现于 20 世纪 70 年代,国外应用普遍我国目前有一定应用,主要用于配电系统中输电网中应用很少,SVC 可以看成是电纳值能调节的无功元件它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。 SVC 作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换;

  第Ⅲ代属快速的动态无功补偿装置国外从20世纪80姩***始研究,90年代末得到较广泛的应用随着大功率全控型电力电子器件GTO、IGBT、及IGCT的出现,特别是相控技术、脉宽调制技术(PWM)、四象限變流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展,以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展静止同步补偿器,作为FACTS家族最重要嘚成员在美国、德国、日本、中国相继得到成功应用。此外SVG和SVC相比还拥有调节速度更快、调节范围更广、欠压条件下的无功调节能力哽强等优点,同时谐波含量和占用空间都大大减少3代无功补偿装置的优缺点见表1。


2.2 国内外电网动态无功补偿的现状

  我国电网中目湔使用最为广泛的补偿装置是机械投切的并联电容器组为满足调压要求,在低压供电网络中装设了大量的并联电容器组在中压配电网絡中装设了少量的并联电容器组。牡丹江科海电气设备有限公司设计生产的G(X)JF1型电容器跟踪投切柜(箱)采用了KH-ZK电容器智能投切开关;G(X)JK1型接触器式电容器跟踪投切柜(箱)投切电容过程涌流小整机使用寿命长, 维修量小,无功补偿响应快,可频繁投切多级补偿一次到位。包括G(X)D1型电容投切产品都是该补偿装置的进步发展

  目前,我国输电系统中一共有5地 6套大容量SVC投入使用它们分别被装设在广东江门、湖南云田、湖北凤凰山(2套)、河南小刘以及辽宁沙岭的500kV变电站中。此类SVC多为进口其中有3套是ABB公司的产品。

  SVC在大型工矿企业Φ的应用较为广泛在钢铁企业中的应用尤为突出,武汉钢铁公、包头钢铁公司、宝山钢铁公司、济南钢铁公司、张家港沙钢铁公司、天津钢管公司等均装有该补偿装置如济南钢铁公司中厚板厂二期工程在35kV母线上***了由西门子公司设计制造的一套容量为25Mvar的SVC,2001年底带负荷┅次投运成功

  从国际范围来讲,目前SVC与SVG都已得到普遍的应用SVC出现早,应用时间长仅ABB公司,其目前在全世界投运的SVC就已超过370套ABB 與西门子两个公司已***的SVC总容量约为9万Mvar(包括已退役装置)。SVG装置在20世纪主要以示范工程为主从上世纪90年代末到本世纪初,SVG在日本及歐美得到了广泛应用尤其是在冶金、铁道等需要快速动态无功补偿的场合。1999 年3月我国第一台工业化STATCON在河南省洛阳市朝阳变电站成功并網运行,标志着我国掌握了高压大容量FACTS 设备的设计制造技术

2.3 静止无功补偿装置的发展前景

  随着电力电子技术贺益康的日新月异以忣各门学科的交叉影响,静止无功补偿的发展趋势主要有以下几点: 

  (1)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時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一体化的问题 

  (2)快速准确地检测系统的无功参數,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、微机控制等。

  (3)目前无功补偿技术还主要鼡于低压系统高压系统由于受到晶闸管水平的限制,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償的装置具有十分重要的意义关键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问题

  (4)由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电子技术贺益康的发展和电力电子产品的推广应用供电系統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、稳萣系统电压、改善电能质量的有效手段。有源电力虑波器(APF)、统一潮流控制器(UPFC)正是既能补偿谐波又能补偿无功的装置,虽然有电鋶中的高次谐波单台容量低,成本较高等问题但是其发展前景仍然看好。

  (5)将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加茬输电线相电压上使其幅值和相角皆可连续变化,从而实现线路有功和无功功率的准确调节并可提高输送能力以及阻尼系统振荡。目湔综合潮流控制器(UPFC)发展较为迅速美国西屋电气公司研制出串联潮流控制器(SPFC),其造价明显低于UPFC功能可与之相比且优于SVG。

[page]3 无功功率补偿的根本目的

  工程运用中为了提高电网功率因数及稳定电网电压,通常引入无功补偿装置对系统进行无功补偿,能够改变功率因数降低系统损耗,大大提高电网功率的运行效率另外,无功补偿还可以减少电压闪变、降低过电压以及提高电力系统的静止和動态稳定性等就其经济价值而言,具有重要意义

3.1 减少线路压降,提高电压的稳定性

  无功补偿装置的引入平衡了系统中无功功率,提高了电压的稳定性由于线路传送电流小了,系统的线路电压损失也相应减小有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电壓上升过高),有利于大电机装置的起动

3.2 降低系统能耗,提高资源的利用率

  功率因数的提高能一定程度减少线路损耗及变压器的銅耗。

为原线路损耗引入无功补偿装置后,线路损耗为


  引入补偿后由于功率因数提高,

为分析方便,可近似认为


  当功率因數从0.8提高至0.9时通过上式计算,可求得有功损耗降低20.99%左右

不变情况下,功率因数提高则I相对降低。设

分别为补偿前、后变压器的电鋶铜耗分别为

  由(5)式可知,功率因数从0.8提高至0.9时铜耗相当于原来的79%。

3.3 改善功率因数减少相应电费

  根据国家水电部,粅价局颁布的《功率因数调整电费办法》规定三种功率因数标准值,相应减少电费: 

  (1)高压供电的用电单位功率因数为0.9以上。

  (2)低压供电的用电单位功率因数为0.85以上。

  (3)低压供电的农业用户功率因数为0.8以上。

  根据《办法》补偿后的功率因数以分别不超絀0.95、0.94、0.92为宜,因为超过此值电费并没有减少,相反初次设备增加是不经济的。

3.4 增加供电功率减少用电投资

  对于原有供电设备來讲,同样的有功功率下功率因数

提高,负荷电流减小因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储備,发挥了设备的潜力对于新建项目来说,降低了变压器容量减少了投资费用,同时也减少了运行后的基本电费

[page]4 无功补偿的一般方法

  无功功率补偿通常采用的方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿和高压集中补偿。

  低压个别补偿就是根据个别用电设備对无功的需求将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接。它与用电设备共用一套断路器通过控制、保护装置与电机同时投切,随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点:根据用电设備运行或者停运无功补偿投入或者退出,不会造成无功倒送具有投资少、体积小、***容易、配置方便、操作灵活、维护简单、事故率低等优点。

  低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根據低压母线上的无功负荷直接控制电容器的投切电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节低压集中补偿的优点:配置容易、维护簡单、平衡迅捷,从而提高配变利用率降低网损,具有较高的经济价值是目前无功补偿常用手段之一。

  高压集中补偿是指将并联電容器组直接接在变电所6~10kV高压母线上的补偿方式适用于远离变电所或在供电线路末端的用户,用户本身又有一定的高压负荷时可以減少对电力系统无功的消耗,起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因數降低导致电费的增加高压集中补偿的优点:配置灵活、维护简单,补偿效益高等 

5 无功功率补偿的基本原理

  在电力系统中,无功功率的动态补偿可以实现如下诸多功能,比如:

  ①对动态无功负荷的功率因数校正;②调整电压;③提高电力系统的动态和静态穩定性;④降低过电压;⑤减少电压闪烁;⑥阻尼功率振荡;⑦阻尼次同步振荡;⑧减少电压和电流的不平衡

  虽然以上八种功能相互关联,然而实际的静止无功补偿装置往往只能以其中的某一条或某几条为直接控制目标,尽可能的兼顾其它功能并且,在控制策略囷控制方式有所侧重本文仅以改善电压调整的基本功能做一介绍。

  将电路具体分为系统、负载和补偿器三部分的等效电路其动态補偿原理如图2所示。


  [page]系统的特性曲线可近似用下式表示:


  由(7)式可以看出无功功率的变化,引起系统电压成比例的变化系統供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和,即:

  在电力工程运行过程中负载无功功率

变化时,补偿器的无功功率 总能够弥补負载无功功率
维持不变由(7式)可知,
维持恒定这就是对无功功率进行动态补偿的基本原理。

  图2b标绘出了动态的无功补偿系统嘚工作点保

;当使系统的工作点保持在
,系统即实现了功率因数的完全补偿

  工程实际运用过程中,一般把负载包括在系统之内进荇总体等效,将图2a系统和负载部分等效为图 3a系统虚框内的部分忽略内部阻抗中的电阻,电抗

由于补偿器具有维持连续点电压恒定的作鼡,可以将其视为恒定电压源电压值取为等效前连接点处未接补偿器且负载无功不变时的供电电压

为零时,补偿器具有图3b中所示的水平嘚理想补偿器特性而实际的静止无功补偿装置不设计成具有水平的电压-电流特性,而是该图中所示的倾斜特性倾斜的方向是电压随吸收的感性电流的增加而升高,这种倾斜特性还可以兼顾补偿器容量和电压稳定的要求可以改善并联补偿器之间的电流分配,并有利于預留稳定要求的无功备用

  投入补偿器后,补偿器所吸收的无功功率为:


不为零所以补偿器吸收的无功功率相对理想补偿情况而言昰减小了。连接点电压也并不像理想补偿器时保持原正常值不变而是变化了:


  因此,在具有倾斜特性的无功功率特性中实际补偿器所需容量比理想补偿器所需容量有较大幅度的减小。当

时能维持连接点电压变化为系统电源电压变化一半的补偿器,所需容量为理想補偿器的一半这就是所谓的补偿器容量与电压调整之间折中的问题。

[page]6 结合实例浅谈无功补偿的作用

  以某大型项目能源中心为例該项目供电电源的电压等级为10kV,设备装机容量约为21000多千瓦其中高压电动机设备容量为5400多千瓦,其他低压设备容量为5000多千瓦经过经济分析,采用10kV作为高压电动机的供电电压等级投资较省,减少变电环节同时亦减少了故障点。根据负荷计算共采用六路10kV电源,分别对高壓电动机直配

  该项目中,高压电动机主要用于中央空调机组、冷冻水循环泵和冷却水循环泵等多台设备这些设备单机容量很大,離心机组单机最大达2810kW(共5台)小的870kW(共4台),冷冻水循环泵单机560kW(共9台)冷却水循环泵单机380kW(共3台),自然功率因数在0.8左右如果在10kV配电室集中补偿电嫆,不采用高压无功自动补偿的话如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定,有可能造成过补偿引起系统电压升高。同时從配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m,最远140m线路损耗相当可观,综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求较高因此采鼡高压电容器就地补偿,与电动机同时投切高压电容器组放置在电动机附近,这些电动机采用自耦降压起动方式高压就地补偿装置以並联电容器为主体,采用熔断器做保护装设避雷器用于过电压保护,串联电抗器抑制涌流和谐波这样做,不仅提高了电动机的功率因數降低了线路损耗,同时释放了系统容量缩小了馈电电缆的截面,节约了投资

  对于低压设备,由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出低压電机配置较分散,因此在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小但这些设备主要用于锅爐房和给排水设备,锅炉房的设备不如冷冻机房集中环境较差,管理不便因此,在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的

  随着电力电子技术贺益康的发展和电力电子器件的不断研制创新,无功功率补偿也处于不断发展之中目前,国内外的研制成果发展迅速出现了许多种类的SVC、SVG补偿装置。比如:牡丹江科海电气设备有限公司研制开发的G(X)JF1型、G(X)JK1型(接触器式)、G(X)D1型电容器跟蹤投切柜(箱)以及VQCL—D12/J12无功补偿控制器;哈尔滨工大威翰科技开发有限责任公司研制开发的HVC高压自动无功电压综合调节装置和TSC系列可控硅動态无功功率补偿器;深圳市赛源电气技术有限公司研制开发的JKWA-15A型和JKWA—12J型低压无功补偿控制器等等虽然兼顾价格、质量、体积、操作等一系列因素最优化配置的补偿装置目前还没有面世,但是发展前景比较广阔。

〔1〕王兆安杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿.北京:机械工业出版社1998.9.

〔2〕浣喜明,姚为正.电力电子技术贺益康.北京:高等教育出版社2004.11.

〔3〕张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制.北京:机械工業出版社2003.11.

〔4〕林辉,王辉.电力电子技术贺益康.武汉:武汉理工大学出版社2002.3.

〔5〕凌志斌,邓超平郑益慧,叶芃生.新型连续无功调节控淛器的研制.电工技术杂志.2003.08.

〔6〕贺益康潘再平.电力电子技术贺益康.北京:科学出版社,2004.

〔7〕〔日〕正田英介楠本一幸.电力电子学.北京:科学出版社,2001.

〔8〕〔日〕堀 孝正.电力电子学.北京:科学出版社2001.

〔9〕董云龙,吴杰王念春,张颖.无功补偿技术综述[J]节能~15.

〔10〕王兆安,刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J],电力电子技术贺益康.0~104.

我要回帖

更多关于 电力电子技术 的文章

 

随机推荐