reactive power compensation
在電力系統中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設無功功率電源,以改變電力系統中無功功率的流動,從而提高電力系統的電壓水平,減小網路損耗和改善電力系統的動態性能,這種技術措施稱為無功功率補償。無功功率指的是交流電路中,電壓U與電流I存在一相角差時,電流流過容性電抗(XC)或感性電抗(XL)時所形成的功率分量。這種功率在電網中會造成電壓降落(感性電抗時)或電壓升高(容性電抗時)和焦耳(電阻發熱)損失,卻不能做出有效的功。因而需要對無功功率進行補償。合理配置無功補償(包括在什麼地點、用多大容量和採用何種型式)是電力系統規劃和設計工作中一項重要內容。在運行中,合理使用無功補償容量,控制無功功率的流動是電力系統調度的主要工作之一。
無功功率的產生和影響 在交流電力系統中,發電機在發有功功率的同時也發無功功率,它是主要的無功功率電源;運行中的輸電線路,由於線間和線對地間的電容效應也產生部分無功功率,稱為線路的充電功率,它和電壓的高低、線路的長短以及線路的結構等因素有關。電能的用戶(負荷)在需要有功功率 (P)的同時還需要無功功率(Q),其大小和負荷的功率因數有關;有功功率和無功功率在電力系統的輸電線路和變壓器中流動會產生有功功率損耗(ΔP)和無功功率損耗(ΔQ),也會產生電壓降落(ΔU)。 它們之間有如下關係:
式中P、Q分別為流入輸電線(或變壓器)的有功功率和無功功率,U 是輸電線(或變壓器)與P、Q同一點測得的電壓,R、X 則分別是輸電線(或變壓器)的電阻和電抗。
由此可見,無功功率在輸電線、變壓器中的流動會增加有功功率損耗和無功功率損耗以及電壓降落;由於變壓器、高壓架空線路中電抗值遠遠大於電阻值,所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大,並且引起電壓降落的主要因素是無功功率的流動。
一般情況下,電力系統中發電機所發的無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負荷的無功需求和系統中無功的損耗,並且為了減少有功損失和電壓降落,不希望大量的無功功率在網路中流動,所以在負荷中心需要加裝無功功率電源,以實現無功功率的就地供應、分區平衡的原則。
無功補償的作用 無功補償可以收到下列的效益:①提高用戶的功率因數,從而提高電工設備的利用率;②減少電力網路的有功損耗;③合理地控制電力系統的無功功率流動,從而提高電力系統的電壓水平,改善電能質量,提高了電力系統的抗干擾能力;④在動態的無功補償裝置上,配置適當的調節器,可以改善電力系統的動態性能,提高輸電線的輸送能力和穩定性;⑤裝設靜止無功補償器(SVS)還能改善電網的電壓波形,減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等,還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。
無功補償裝置 除發電機和輸電線外的無功電源主要有:①並聯電容器組是一種靜態的無功補償裝置。用它進行的補償稱為並聯電容補償。②同步調相機;③靜止無功補償器。后兩者屬於動態的無功補償裝置。3種無功補償裝置的性能比較見表。
另外,在遠方水電站和坑口火電廠等的出線母線上,長距離輸電線的兩側線路上,以及長距離輸電線的開關站等地方接有並聯電抗器,也是一種無功補償裝置。用其進行的補償稱為並聯電抗補償。遠方電站出口母線上的並聯電抗器主要是吸收發電機所發的無功功率,以使發電機能運行在合理的功率因數下而又避免無功的長距離輸送。長距輸電級上配置的並聯電抗器,主要是吸收線路空載和輕載時的充電功率,使沿線電壓分佈合理並降低工頻穩態和暫態過電壓。
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