《并聯電容補償》PPT課件

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1、9.1 概述o牽引負荷特點牽引負荷特點 由于整流型電力機車：由于整流型電力機車：1.1.功率因數低（功率因數低（無功無功成份大），成份大），2.2.諧波諧波含量多，含量多，3.3.其單相獨立性又通過牽引變電所在系統中造成其單相獨立性又通過牽引變電所在系統中造成負序負序電電流，流，4.4.以及通過牽引供電系統對鄰近通訊線以及通過牽引供電系統對鄰近通訊線感應干擾感應干擾，構成，構成了交流牽引供電系統的主要四個技術課題。了交流牽引供電系統的主要四個技術課題。其中，通訊干擾已通過采用特殊供電方式（其中，通訊干擾已通過采用特殊供電方式（BTBT、ATAT、DNDN）及其他措施得到緩解。及其他措施得到緩解

2、。而無功、負序、諧波對電力系統的不良影響則需要而無功、負序、諧波對電力系統的不良影響則需要在牽引供電系統中采取技術措施以期在牽引供電系統中采取技術措施以期綜合綜合解決。解決。o并聯補償并聯補償就是具有這種綜合作用的技術措施。就是具有這種綜合作用的技術措施。并聯并聯補償補償并聯無功補償并聯無功補償PRC（并聯電抗器、并聯電容器）（并聯電抗器、并聯電容器）并聯電容補償并聯電容補償PCCo并聯電容補償的綜合效益并聯電容補償的綜合效益1.1.補償無功，提高功率因數補償無功，提高功率因數2.2.降低負序降低負序3.3.構成有效的濾波通路構成有效的濾波通路4.4.綜合第綜合第1 1、2 2點，降低母線壓損

3、，提高網壓水平點，降低母線壓損，提高網壓水平5.5.同時降低牽引變壓器功率損失和網損（節能），同時降低牽引變壓器功率損失和網損（節能），提高牽引變壓器的容量利用率（節容），并由此提提高牽引變壓器的容量利用率（節容），并由此提高運輸供電能力高運輸供電能力9.2 無功功率與功率因數一、正弦電路的無功功率和功率因數一、正弦電路的無功功率和功率因數 在電壓和電流都為正弦波形，負荷為線性時，電壓、在電壓和電流都為正弦波形，負荷為線性時，電壓、電流的瞬時值表達式為：電流的瞬時值表達式為：瞬時功率瞬時功率p為：為：瞬時功率的實用意義不大。為充分反映正弦電路能量瞬時功率的實用意義不大。為充分反映正弦電路能量交

4、換的情況，定義了三種功率：交換的情況，定義了三種功率：tItItIitUu1111cossin2sincos2sin2sin2piqitUItUIttUIuip11112sinsin2cos1cossinsin2非正弦周期量非正弦周期量正弦量正弦量1.1.平均功率平均功率P P（有功功率）（有功功率）2.2.無功功率無功功率Q Q無功功率是無功功率是uiuiq q的變化幅度，的變化幅度，uiuiq q的平均值為零，表示了其有的平均值為零，表示了其有能量交換而并不消耗功率。能量交換而并不消耗功率。Q Q表示了這種能量交換的幅度。表示了這種能量交換的幅度。cos2sinsin12coscoscos

5、11110101000UIdttUITdttUIUITdtuiuiTuidtTpdtTPTTTqpTTsinUIQ 3.3.視在功率視在功率S S 對于發電機和變壓器等電氣設備來說，其額定對于發電機和變壓器等電氣設備來說，其額定電流值與導線的截面積及銅耗有關，其額定電壓還電流值與導線的截面積及銅耗有關，其額定電壓還和鐵心尺寸及鐵心損耗有關。和鐵心尺寸及鐵心損耗有關。因此，工程上把電壓電流有效值的乘積作為電因此，工程上把電壓電流有效值的乘積作為電氣設備功率設計極限值，這個值就是電氣設備最大氣設備功率設計極限值，這個值就是電氣設備最大可利用容量?？衫萌萘?。S=UIS=UI4.4.功率因數功率因數

6、有功功率有功功率P P的最大值為視在功率的最大值為視在功率S S，P P越接近越接近S S，電氣，電氣設備的容量越得到充分利用。為了反映設備的容量越得到充分利用。為了反映P P接近接近S S的程的程度，定義：度，定義：cosSP二、非正弦電路的無功功率和功率因數二、非正弦電路的無功功率和功率因數 在含有諧波的非正弦電路中，在含有諧波的非正弦電路中，P、S及功率因數的及功率因數的定義和正弦電路相同，物理意義也沒有變化。定義和正弦電路相同，物理意義也沒有變化。而無功功率的情況比較復雜，至今沒有被廣泛接而無功功率的情況比較復雜，至今沒有被廣泛接受的科學而權威性的定義。新的理論往往是解決了受的科學而權

7、威性的定義。新的理論往往是解決了前人未解決好的問題，同時又存在一些不足，或引前人未解決好的問題，同時又存在一些不足，或引出了新的待解決的問題。對新提出的功率定義和理出了新的待解決的問題。對新提出的功率定義和理論有如下要求：論有如下要求：1.物理意義明確，能清楚地解釋各種功率現象，并物理意義明確，能清楚地解釋各種功率現象，并能在某種程度上與傳統功率理論保持一致；能在某種程度上與傳統功率理論保持一致；2.有利于對諧波源與無功功率的辨識和分析，有利有利于對諧波源與無功功率的辨識和分析，有利于對諧波和無功功率流動的理解；于對諧波和無功功率流動的理解；3.3.有利于對諧波和無功功率的補償和抑制，能為其有

8、利于對諧波和無功功率的補償和抑制，能為其提供理論指導；提供理論指導；4.4.能夠被精確測量，有利于有關諧波和無功功率的能夠被精確測量，有利于有關諧波和無功功率的監測、管理和收費。監測、管理和收費。根據上述要求，可將現有的功率理論分為三大類：根據上述要求，可將現有的功率理論分為三大類：第一類：適用于諧波和無功功率的辨識第一類：適用于諧波和無功功率的辨識第二類：適用于諧波和無功功率的補償和抑制第二類：適用于諧波和無功功率的補償和抑制第三類：適用于儀表測量和電能的管理、收費第三類：適用于儀表測量和電能的管理、收費迄今為止的各種功率定義和理論只是較好的解決了迄今為止的各種功率定義和理論只是較好的解決了

9、上述一兩個方面的問題，而未能滿足所有要求。上述一兩個方面的問題，而未能滿足所有要求?？傊?，如何建立更為完善的功率定義和理論，特別總之，如何建立更為完善的功率定義和理論，特別是能為供電企業和電力用戶廣泛接受，還需進行更是能為供電企業和電力用戶廣泛接受，還需進行更多的努力。多的努力。o無功功率的定義：無功功率的定義：1.式中式中Qf是由同頻率電壓、電流正弦波分量之間產生是由同頻率電壓、電流正弦波分量之間產生的。的。此處的定義沒有度量電源和負載之間能量交換幅度此處的定義沒有度量電源和負載之間能量交換幅度的物理意義。的物理意義。2.沒有區別基波電壓、電流之間產生的無功功率、同沒有區別基波電壓、電流之間

10、產生的無功功率、同頻率諧波電壓、電流之間產生的無功、不同頻率電頻率諧波電壓、電流之間產生的無功、不同頻率電壓、電流之間產生的無功。壓、電流之間產生的無功。nnnnfIUQsin22PSQ (整流型電力機車，整流型電力機車，由于交流側電流波形畸變及由于交流側電流波形畸變及整流換相過程中的重疊導通角整流換相過程中的重疊導通角的影響，使功率因數低的影響，使功率因數低)85.08.0cos (牽引網阻抗影響，牽引變電所牽引網阻抗影響，牽引變電所低壓側功率因數要降低低壓側功率因數要降低0.01-0.05)0.01-0.05)82.080.0cos (由于牽引變壓器影響，其高壓由于牽引變壓器影響，其高壓側

11、的功率因數還要降低約側的功率因數還要降低約0.05)0.05)78.075.0cos9.3 提高功率因數o功率因數低對電力系統的影響：功率因數低對電力系統的影響：(1)(1)降低了發電機設備的輸出能力和輸變電設備的降低了發電機設備的輸出能力和輸變電設備的供電能力，使電氣設備效率降低，成本提高。供電能力，使電氣設備效率降低，成本提高。(2)(2)無功功率在電網中傳播，造成可觀的功率損失無功功率在電網中傳播，造成可觀的功率損失當電流流過輸電網時，產生的有功功率損失為：當電流流過輸電網時，產生的有功功率損失為：PSPS,cos:一定時cosPUrPrUPrIP,coscos13cos3322222(

12、3)(3)惡化供電電壓損失惡化供電電壓損失UISPXRIU一定，則,cos)sincos(o基本思想：基本思想：1.1.計算變電所合成牽引負荷電流計算變電所合成牽引負荷電流 2.2.設置并補容量，設法使補償裝置的合成負序電流設置并補容量，設法使補償裝置的合成負序電流 與與 反向抵消反向抵消iiII)()(jjccII)()()()()(I9.4 并聯電容補償對牽引負序電流的抑制o對于對于YNYN，d11d11牽引變壓器做定性分析：牽引變壓器做定性分析：分析以下三種典型情況：分析以下三種典型情況：(1)(1)由負序電壓、電流相量圖可見：由負序電壓、電流相量圖可見：應在超前相、滯后相上設置并補裝置

13、。應在超前相、滯后相上設置并補裝置。)()()(baIII)()(:即abaIIII(2)(2)應在滯后相設置集中并補。應在滯后相設置集中并補。(3)(3)應在滯后相和自由相設置并補。應在滯后相和自由相設置并補。baII)()(:即babIIII 基本的無功補償元件基本的無功補償元件 具有飽和電抗特性的無功補償裝置具有飽和電抗特性的無功補償裝置（SRSR）分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種。兩種。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，它利用鐵心的飽和特性來控制發出

14、或吸收它利用鐵心的飽和特性來控制發出或吸收無功功率的大小。無功功率的大小?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制繞組中可控飽和電抗器通過改變控制繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度，從而的工作電流來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。流的大小。L（2 2）真空斷路器投切電容器（）真空斷路器投切電容器（FCFC）真空斷路器投切電容器原理圖真空斷路器投切電容器原理圖CL(3)(3)晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCRTCR）通過調整觸發角的大小就可以改變補償器通過調整觸發角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達到調整無功功率的所吸

15、收的無功分量，達到調整無功功率的效果。效果。TCRTCR補償器原理圖補償器原理圖ThyristorReactor(4)(4)晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（TSCTSC）分組投入，通過改變投入的組數來改分組投入，通過改變投入的組數來改變補償設備吸收的無功功率。變補償設備吸收的無功功率。TSCTSC電路原理圖電路原理圖(5)(5)新型靜止無功發生器新型靜止無功發生器(ASVG)(ASVG)通過改變其吸收的電流的大小和方向通過改變其吸收的電流的大小和方向實現無功補償。實現無功補償。GTOC電壓型電壓型ASVGASVG補償器原理圖補償器原理圖9.6 現階段的具體補償措施（1 1）真空斷路器投切電

16、容器（）真空斷路器投切電容器（FCFC）CL（2 2）固定濾波器（）固定濾波器（FCFC）晶閘管調節電抗器（）晶閘管調節電抗器（TCRTCR）TCR+FCTCR+FC電路原理圖電路原理圖CLThyristorReactor（3 3）固定濾波器（）固定濾波器（FCFC）可控飽和電抗器）可控飽和電抗器 LCL（4 4）晶閘管投切電容器（）晶閘管投切電容器（TSCTSC）（7 7）有源補償器）有源補償器 補償靈活，調節速度快，不會與系統發生補償靈活，調節速度快，不會與系統發生諧振；但因電力電子設備價格昂貴，諧振；但因電力電子設備價格昂貴，并沒有并沒有得到廣泛應用得到廣泛應用 GTOC（8 8）無源補償器有源補償器）無源補償器有源補償器 APFAPF與與PPFPPF串聯后與系統并聯的混合濾波器串聯后與系統并聯的混合濾波器非線性負載非線性負載TrPPF