无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

电子发烧友网整理 08-07 0评

  无功功率补偿,是一种在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境的技术。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置,可以做到最大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多因素。详细介绍了无功补偿的基本原理、意义、投切方式、线路、控制器、高低压装置、补偿方式、存在的问题等。

  无功补偿原理

  无功功率补偿Reactive power compensation,简称无功补偿,在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用,降低供电变压器及输送线路的损耗,提高供电效率,改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置,可以做到最大限度的减少电网的损耗,使电网质量提高。反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多因素。

  无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能,把电能转变为机械能、热能、化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;二是无功功率:不消耗电能,只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能)。

  当电网电压的波形为正弦波,且电压与电流同相位时,电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积,即:P=U×I。

  电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场,此时所消耗的能量不能转化为有功功率,故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S,即有功功率和无功功率的矢量和:

  无功功率为:

  有功功率与视在功率的比值为功率因数:

  cosf=P/S

  无功功率的传输加重了电网负荷,使电网损耗增加,系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时,电网只传输有功功率P。根据国家有关规定,高压用户的功率因数应达到0.9以上,低压用户的功率因数应达到0.85以上。

  如果选择电容器功率为Qc,则功率因数为:

  cosf= P/ (P2 + (QL- QC)2)1/2

  在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值,然后再计算电容器的安装容量:

  Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕

  式中:

  Qc一电容器的安装容量,kvar

  P一系统的有功功率,kW

  tanf1--补偿前的功率因数角, cosf1--补偿前的功率因数

  tanf2--补偿后的功率因数角, cosf2--补偿后的功率因数[1]

  在大系统中,无功补偿还用于调整电网的电压,提高电网的稳定性。

  在小系统中,通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理:在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此,对于三相电流不平衡的系统,只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器,不但可以将各相的功率因数均补偿至接近1,而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。

  无功补偿的具体实现方式:把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路,能量在两种负荷之间相互交换。这样,感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

  无功补偿的意义:

  ⑴ 补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数。

  ⑵ 减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时,装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW;反之,增加0.52KW对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。因此,对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资。

  ⑶ 降低线损,由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosθ为补偿前的功率因数则:

  cosΦ》cosθ,所以提高功率因数后,线损率也下降了,减少设计容量、减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。

  无功补偿需求量计算公式

  无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

  补偿前后的无功差值即为补偿容量,则需求的补偿容量为:

  无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

  其中:

  无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

  据此公式计算,如果需要将功率因数提升至0.9,在30%无功补偿情况下,起始功率因数为:

  无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

  即:当起始功率因数为0.749时,在补偿量为30%的情况下,可以将功率因数正好提升至0.9。

  据此公式计算,如果需要将功率因数提升至0.9,在40%无功补偿情况下,起始功率因数为:

  无功补偿原理 _无功补偿需求量计算公式_有功功率和无功功率的关系

  即:当起始功率因数为0.683时,在补偿量为40%的情况下,可以将功率因数正好提升至0.9。

  功率因数与有功功率、无功功率的关系

  电能由电压和电流两者提供,即S=UI。在实际供电中,就好比两个人进行协作,若协作没有偏差时,电能可向外供出,当两个人又差别时,如电流超前或电流滞后,则供电的效率将降低,差别的大小就是电压和电流之间的相角差,反应到效率则用相角差的余弦即功率因素表示。有功功率就是有效的能量输出,无功功率则是无效的能量输出(无用功)。他们之间的数学关系是:

  S=UI :视在功率

  P=S*cosa :有功功率,a为相角差,cosa称为功率因素

  Q=S*sina :无功功率

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