發(fā)布時間:2022-09-20 21:39:35
序言:寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁,我們?yōu)槟x了8篇的功率因數樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā),請盡情閱讀。
Sun Hui
(Guangdong Technical College of Water Conservancy and Electric Engineering,Guangzhou 510635,China)
摘要:本文敘述了供電系統(tǒng)的傳統(tǒng)無功補償裝置及其控制,介紹了用半導體開關器件控制、響應速度快的特點。隨著電力電子器件與計算機控制技術的發(fā)展,動態(tài)無功補償器SVC正朝著高電壓和大容量方向發(fā)展。
Abstract: This paper describes the traditional reactive power compensation device of in power supply system and its control, introduces characteristics of fast response when controlled by semiconductor switching device. With the development of power electronic devices and computer control technology, dynamic reactive power compensator SVC is developing to the direction of the high voltage and high-capacity.
關健詞:傳統(tǒng)的無功補償的特點 動態(tài)無功補償分析
Key words: the characteristics of traditional reactive power compensation;analysis of dynamic reactive power compensation
中圖分類號:TM7 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)15-0054-01
0引言
在供電系統(tǒng)中,系統(tǒng)的構成有發(fā)電機、變壓器、輸電線及用戶的負荷。工業(yè)用戶負荷中、除電阻爐是電阻負荷外,其他常用的負截如電動機、感應加熱設備、整流裝置等是感性負截,從電路的角度看,均可等效為電阻與電感的串聯或并聯。而輸電線路除個別高壓系統(tǒng)由于輸電線的分布電容較大,使線路可等效為容性外,其他供電線路,特別是低壓系統(tǒng),都可將供電線路等效為集中參數的線路電阻與電感中聯。
1傳統(tǒng)的無功功率補償的方法
根據調節(jié)同步電機可以調節(jié)其無功電流和功率因數的特點,它是專門制造用來改善電網功率因數、不帶任何機械負載的同步電機,即同步補償機,它實屬是空載的同步電動機,它的勵磁電流It與電樞電流lm的V形曲線如圖1所示。
將同步補償機工作在過勵狀態(tài),Im的為超前電網電壓的容性電流,用它可以補償負載的感性無功電流。為保持在各種情況時,負載端電壓比較穩(wěn)定和電網的功率因數在某一范圍內,將同步補償機與負載并聯接入電網。同步補償機的勵磁置用U2大小cosφ2大小進行自動控制,以自己改變勵磁電流大小,從而使電網具有較好的質量。同步補償機調節(jié)范圍寬,但結構復雜,起動和控制也麻煩,運行費用較高,所以一般在大容量系統(tǒng)中用。在過勵運行的同步電動機也能向電網供給超前的無功,所以對不調速的大容量機械,應盡量采用同步電動機拖動,以得到改善電網功率因數的效益。
并聯電容器
一般廠用電多用并聯電容器的方法進行功率因數的改善。若將電容直接接在感性負載如感應電動機端,則補償效果就可直接改善廠內的功率因數。為集中管理,多數還是將補償電器設置在變電所內,可以在高壓側補償,、也可在低壓側補償。
并聯電容補償無功提高功率因數是分組投切的,所以不能很好地保證cosφ和U2的調節(jié),且其響應速度慢,所以對于要求響應較快的無功補償系統(tǒng)來說,就應采用靜止無功補償裝置(SVC),由于SVC動態(tài)性能好,所以又叫它們?yōu)閯討B(tài)無功功率補償裝置。
2靜止無功功率補償裝置(Svc)
對無功功率變化急劇的情況,如電弧爐,大容量變流器等設備的無功功率補償,常用靜止無功功率補償裝置(SVC)。它的響應速度快,動態(tài)性能好,可以克服電容切換的分段控制,可以進行cosφ的動態(tài)補償,它是現在電力電子裝置在供電系中容量非常大的設備。常用的有用晶閘管或積極可關斷晶閘管(GTO)控制的固定電容調電感式無功補償裝置(TCR),也可用固定電感調電容式的無功補償裝置。
3采用PWM控制方式的整流器是提高有整流器功率因數的最好方法
對大容量的整流器,由于晶閘管的導通角要根據負載要求進行調節(jié),在導通角改變的一般情況下,其功率因數只有0.4-0.6,導通角小時cosφ更低。所以若將晶閘管相控制整流,改為PWM脈寬調制式整流,就可提高電網的功率因數,用GTO的PWM式整流器電路如圖2(a)所示,圖2(b)畫出整流輸出的問題波形。
由于PWM頻率比工頻高得多,所以濾波器流參數和尺寸就比工頻帶的小得多。改變脈沖的占空比即可方便調整輸出的直流電壓動態(tài)的無功功率補償裝置由于用半導體開關器件控制,有很好的動態(tài)特性,雖現在它們的造價比起并聯電容器的傳統(tǒng)方法貴得多,但對無功負荷變化迅速的重要負載來說,采用靜止無功補償裝置的技術和經濟效益還是十分顯著的,隨著電力電子器件與計算機控制技術的發(fā)展,動態(tài)無功補償器SVC正朝著高電壓和大容量方向發(fā)展。所以它應是今后的發(fā)展和推廣應用的方向。
參考文獻:
[1]晶閘管串聯調壓電容無功的方法(論文期刊,李民族,吳曉楠).
關鍵詞:功率因數 無功功率 有功功率
0 引言
功率因數是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一,通常使用cosφ表示,我們可以用以下幾項來介紹功率因數的重要性,及提高功率因數的方法。
1 有功功率和無功功率
企業(yè)的用電設備大部分都用電磁感應原理來工作的,比如:變壓器、電焊機、電磁感應式電動機等等,它們都是靠電能轉化成電磁能再轉化為電能或機械能來實現的能量轉換,這樣,用電設備就必須從電網上吸收兩種能量,一部分能量用于做功,即前邊提到得機械能或熱能,這部分能量大部分是為了滿足生產和生活的需要,稱為有功功率。另一部分能量用來產生交變磁場,它是變壓器、電焊機或電感線圈形成能量轉換和傳輸的介質,沒有了磁場,就沒有了傳輸能量的介質,從而使能量只能在電源或用電設備內部消耗,而不能對外傳輸,不能對外做功,這部分功率叫做無功功率。無功,顧名思義就是無用功,其實它并不是沒有用,沒有它,任何能量都只能自己消耗,不能傳輸,然而它確實在能量轉換的過程中沒有轉換成其它能量,所以叫作無功功率。有功功率和無功功率都是電能運用所必須的,若有功功率不足,就不能滿足用電負荷的需要,會將電網電壓拉低,系統(tǒng)發(fā)電機的轉速變慢,發(fā)電頻率降低,影響用電質量,威脅發(fā)電廠和各用電設備的安全。若無功功率不足,系統(tǒng)電壓也會降低,電流將會升高,電機過流過熱,會導致用電設備絕緣破壞,甚至燒毀。
2 功率因數
功率因數是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標之一,通常使用cosφ表示。一個供電設備的供電容量通常是用視在功率表示,字面意思就是我們所能看到的功率,即表見功率,但不是真實功率,它的真實功率是由視在功率和功率因數的乘積決定的。所以說功率因數是一個非常重要的供電指標,而視在功率是由有功功率的平方與無功功率的平方和,開跟號得到的。視在功率確定后,有功功率分量高就稱為功率因數高,有功功率分量低就稱為功率因數低,有功功率和無功功率都是靠發(fā)電機發(fā)出的,然而用電設備所需要的功率會因設備的感性和容性不同而不同,當用電設備是感性時,用電設備的電壓會超前電流90°;當用電設備是容性時,電流超前電壓90°,兩個分量將在一條直線上,但方向相反,用電設備中感性的居多,所以這就需要一個容性的負荷進行無功補償了。
3 有功功率和無功功率的三角關系
上述講的有功功率和無功功率可以用直角三角形的關系來描述:三角形的兩條直角邊,一個表示有功功率,一個表示無功功率,它們的斜邊就是視在功率,有功功率和視在功率之間的夾角就是功率因數角,功率因數角的余弦值就是功率因數。無功功率越少,功率因數角就越小,它的余弦值就越大,有功功率和視在功率就越接近,也就是說,能量的轉換效率也就越高。這就提出了一個問題,怎樣減少發(fā)電機的無功輸出?或者說怎樣減少感性負何的無功吸收?
4 提高功率因數的意義
由上述3可以看出,要使發(fā)電廠和供電所更有效利用資源進行電能的轉換和傳輸,就必須合理的進行有功功率和無功功率的分配,在無功功率配置合理的情況下,盡量的多發(fā)有功,減少無功功率的輸出。那就要提高用電設備的功率因數。當供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下,無功功率增大即功率因數的降低,就會引起:①系統(tǒng)中輸送的總電流增大,使電氣元件,如變壓器、電抗器、導線等容量增大,從而擴大了企業(yè)投資;②由于無功功率增大,造成輸電電流增大,從而也會增大供電設備的有功損耗;③因為系統(tǒng)中的總電流增大,所以電壓損失增大,造成調壓困難;④對發(fā)電機來說,轉子溫度升高,發(fā)電機達不到預期出力;⑤由于系統(tǒng)電流增大,系統(tǒng)電壓降低,會造成其他設備不能正常出力。所以,我們必須提高供電系統(tǒng)的功率因數。
5 提高功率因數和無功補償
企業(yè)的感性負荷大部分是異步電動機,運行時要消耗一定的無功功率,使得電動機和輸電線路的電流增大,如果給電動機增加就地補償電容,不但可以使線路及配電裝置的輸送電流減小,而且還可以減少有功損耗,減少初期的投資容量。下面給出異步電動機的無功補償計算公式,以供大家參考:
設補償前電動機的無功功率為Q1,補償電容器后的無功功率為Q2,則補償電容器的無功功率為:
Qc=Q1-Q2=P1(tanφ1-tanφ2)=
式中:P1、P2為電動機運行時輸入/輸出的有功功率,η為電動機運行時的效率,φ1、φ2為電容器補償前后的功率因數角。
補償前的功率因數:cosφ1=(cosφe)1/k ,式中:cosφe為電動機額定負載時的功率因數,可從產品目錄中查得,k為電機定子電流負載率,k=I1/Ie,其中I1為電機運行時的實測定子電流(A),Ie為電機的額定電流(A)。
補償后的功率因數一般是0.95左右,如果再高,投入的成本太大,不經濟,確定了所需補償的無功功率Qc之后,那么補償電容量C=
式中:f為電源頻率(Hz),Ue為電機額定電壓(V),Qc為電容補償的無功功率(Var)。
注意:個別補償的電容容量應根據電動機的功率、負載率及電網情況適當考慮,避免過補償或欠補償狀態(tài)的出現。
6 補償方式
工業(yè)企業(yè)中常用的電容器補償方式大概有三種:集中補償、分組補償和單個補償。企業(yè)電力系統(tǒng)的補償方式的選擇,要視企業(yè)的具體情況而定。比如:從無功就地平衡來說,單個補償的效果最好(單個補償應用于大容量、長期運行、無功功率需要較大的設備,或者輸電線路較長的設備,不便于實現分組補償的場合,這種方式可以減少配線電流,導線截面,配電設備的容量),不論采取什么樣的補償方式,補償電容必須選擇適當,而這一切都是為了提高電力系統(tǒng)的功率因數。
7結束語
根據功率因數進行的無功補償可以有效的提高設備的利用效率,減小了企業(yè)的初期投資,對企業(yè)供用電的穩(wěn)定性有著深遠的意義。
參考文獻:
【關鍵詞】 提高功率因數 降耗 方法
交流電路中,電源提供的總功率為視在功率S;在電阻性元件(R)上的電功率稱有功功率P;而損耗在電感性元件(L)及電容性元件(C)上的這部分電功率稱無功功率Q。同時它們之間有著以下關系。無功功率則給電網帶來額外負擔,并且因功率因數的高低關系電源的電壓損失和電壓波動,嚴重時,會導致設備損壞,系統(tǒng)解列。而在《供電營業(yè)規(guī)則》中也強調了這一點。
1 功率因數的定義
交流電路中有功功率占視在功率的比率稱功率因數cosφ,即cosφ=P/S.功率因數的大小與電路的負荷性質有關。而電力系統(tǒng)中的負載大部分是感性的,電感或電容性負載也同時存在,導致功率因數都小于1。為了最大程度電網和設備的利用率,就必須提高其功率因數。
2 功率因數低的危害
功率因數低會增加供電線路的功率損失,降低輸電效率。功率因數低造成供電線路的電壓損失導致供電質量下降。連鎖反應影響到發(fā)、供、用電設備的效率。從而增加供電企業(yè)投資成本。而供電企業(yè)對功率因數的考核,用電企業(yè)加大電費支出。
3 影響功率因數的幾點重要因素
3.1 電力變壓器和異步電動機運行不合理
變壓器的空載會產生大量的無功功率,因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數,變壓器不應在長期低負載或空載狀態(tài)下運行。在實際中由于變壓器容量過大和臺數選擇不當,導致功率因數的下降。而企業(yè)中的異步電動機在額定負載在75%時,功率因數為 0.85,而空載時功率因數僅0.2-0.3,若長期處于低負載下運行,功率損耗增大,也會使功率因數明顯降低。
3.2 用電設備自身的功率因數低
時代在發(fā)展,節(jié)能燈逐漸成了主流產品,加上社會的大力推廣節(jié)能燈也讓大家越來越接受,但這類照明用電的功率因數一般在 0.6-0.7左右,功率因數比較低。節(jié)能燈雖然可以節(jié)約有功電力,但消耗了大量無功電量。
3.3 補償切換不及時,負荷偏相調整不及時
一些企業(yè)為節(jié)約成本,聘請一些工資相對便宜的臨時電工。而這些電工經常身兼數職,加上專業(yè)水平并不達標,造成客戶設備長期無人管理維護,導致電力設備不能處于最佳狀態(tài)運行。
4 提高功率因數的方法及措施
提高功率因數的方法主要有兩種:一是提高自然功率因數,減少用電設備對無功的需要,二是采用無功補償,在用電設備處安裝能夠提供無功電力的設備,使無功功率就地得到補償。
4.1 提高自然功率因數
(1)合理選用電動機的型號、規(guī)格和容量,使其接近滿載運行,防止“大馬拉小車”。
(2)合理配置變壓器,恰當地選擇其容量。對負載率小于30%的變壓器,在考慮供電安全的前提下,采取“撤、換、并、?!钡确椒?,使其負載率提高到最佳值。
(3)安裝空載斷電裝置,避免電動機或設備空載運行。但是對于那些靜止力矩大、啟動時間長的機械,若停車時間不長,就不宜安裝空載限制器,以免引起頻繁停車,損傷機械設備。
(4)變壓器各項負荷設計均衡。負荷均衡可以減少變壓器阻抗中的無功損耗,提高負荷的自然功率因數。
4.2 加裝無功補償
當企業(yè)依靠提高自然功率因數的辦法已不能滿足其對功率因數的要求時,工業(yè)企業(yè)需裝設無功補償裝置,對功率因數進行人工補償。
(1)就地補償。就地補償是將并聯補償電容器組裝設在需要進行無功補償的各個用電設備旁邊。也稱之為分散補償。這樣的效果是能夠補償安裝部位前端的線路及變壓器的無功功率。其優(yōu)點是補償范較大,效果明顯。而投資較大,也成了最大的弊端。
(2)集中補償。目前大多數企業(yè)采用的另一種無功補償方式,是低壓配電側進行集中補償。這種方式中的無功補償裝置是采用低壓并聯電容器柜,其容量多在幾十至幾百kvar不等。它是根據用戶負荷的實際波動,控制投入相應數量的電容器來進行跟蹤補償。其主要目的是實現用戶所需無功功率的就地平衡,提高專用變用戶的功率因數,同時還能在相當程度上保障該用戶的電壓水平。
5 選擇多元化,合理補償無功功率
無功補償的原則是:全面規(guī)劃,合理布局,分級補償,就地平衡。在實際工作中,我們應嚴格遵循,并以此為切實做好無功補償工作的立足點和工作思路的出發(fā)點。實踐中,更應根據具體情況綜合采取補償方式相結合:
(1)總體平衡與局部平衡相結合。即既要滿足全網的總無功平衡,又要滿足分線、分站的無功平衡。
(2)集中補償與分散補償相結合,且以分散補償為主,這就要求在負荷集中的地方進行補償,對用電設備處進行分散補償,其目的是盡可能做到無功就地平衡,減少其長距離輸送。
(3)降損與調壓相結合,以降損為主。這是針對線路長、分支多、負荷分散且功率因數低的線路。其顯著特點是負荷率低且線路損失大,對這類此線路進行無功補償,可明顯提高其供電能力。
6 結語
功率因數低給企業(yè)、國家造成的經濟損失是不容忽視的。提高功率因數是一項系統(tǒng)工程,它需要企業(yè)內、外的通力協(xié)作,合理的選擇補償方式,減少投資成本,才能達到增效益的目的。對供用電雙方和社會經濟效益來看,都是一件利國利民的好事。嚴峻的現實告訴我們,企業(yè)的生存與發(fā)展不僅要抓好生產,還要提高自我用電意識,才能提高企業(yè)經濟效益。
參考文獻:
[1]黃偉國.《提高功率因數的意義和方法》.《廣東石油化工??茖W校學報》,1995.
關鍵詞: 10kV線路 功率因數 分析
近年來,由于電網容量的增加,對電網無功要求也與日俱增。無功電源如同有功電源一樣,是保證電力系統(tǒng)電能、電壓質量、降低網絡損耗以及安全運行所不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中,無功要保持平衡,否則,將會使系統(tǒng)電壓下降,嚴重時,會導致設備損壞、系統(tǒng)解列。此外,網絡的功率因數和電壓降低,使電氣設備得不到充分利用,促使網絡傳輸能力下降、損耗增加。因此,解決好網絡無功補償問題,對網絡降損節(jié)能有著極為重要的意義.
1、無功補償電容器概述
設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一,目前在國內外均得到廣泛的應用。設置并聯電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優(yōu)點。
并聯電容器的容量是按正常供電情況設計的,為了留有發(fā)展余地,還有適當裕量。這樣,當變電處于低谷負載時,電容器的補償容量勢必過大,出現過補償的情況,母線電壓升高,電容器的補償容量與實際供電電壓成正比,電壓升高會使補償容量進一步增大,反過來又會使電壓再升高。電壓升高會導致變壓器、電動機、電容器等設備損耗增大,影響使用壽命。若變電所處于高峰負載,電壓水平低于額定供電電壓,則電容器提供的補償容量下降,并使電壓進一步下降,嚴重時會導致局部電壓崩潰。為此,采用雙級或多級自動補償,根據運行情況的需要自動投切,適時地調節(jié)無功補償容量。
電力網絡除了要負擔用電負荷的有功功率P,還要負擔負荷的無功功率Q,有功功率P、無功功率Q和視在功率S之間存在下述關系:S=√P2+Q2,COSφ=P/S,被定義為電力網絡的功率因數,其物理意義是線路的視在功率S,供給有功功率的消耗所占百分數。在電力網的運行中,我們所希望的是,功率因數越大越好,如能做到這一點,則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率,以減少無功功率的消耗。
2、提高功率因數的意義
2.1改善設備的利用率:因為功率因數可以表示成下述形式
COSφ=P / S=P / √3UI,其中U是線電壓(KV)I是線電流(A),可見,在一定的電壓和電流下,提高COSφ,其輸出的有功功率越大。因此,改善功率因數是充分發(fā)揮設備潛能,提高設備利用率的有效方法。提高電力網絡的傳輸能力。視在功率與有功功率成下述關系P=SCOSφ,可見,在傳送一定有功功率的條件下,COSφ越高,所需視在功率越小。
2.2可減少電壓損失,即提高系統(tǒng)電壓。因為電力網的電壓損失可借用下式求出:U=(PR+QX)/U,可以看出,影響U的因素有四個:線路的有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X。如果采用容抗為XC的電容來補償,則電壓損失為U={PR+Q(X-XC)}/U,故采用補償電容提高功率因數后,電壓損失U減小,改善了電壓質量。
2.3減少線路損失(耗)。當線路通過電流I時,其有功損耗P=3I2R×10-3(KW)或P=3(P/UCOSφ)2×10-3=3P2R/U2COS2φ×10-3(KW),可見,線路有共損失P與COS2φ成反比,COSφ越高,P就越小。
3、無功補償總容量的確定
3.1 對10KV線路無功補償容量以提高功率因數來確定。電力網的最大負荷月的平均有功功率為P,補償前的功率因數為COSφ1,補償后的功率因數為COSφ2,則所需補償容量可用下式計算:
QC=P(tgφ1-tgφ2)=p{√(1/ COS2φ1-1)- √(1/ COS2φ2-1)}
有時需要將COSφ1提高到大于COSφ2而小于COSφ3,則補償容量應滿足:
p{√(1/ COS2φ1-1)- √(1/ COS2φ2-1)}≤QC≤p{√(1/ COS2φ1-1)- √(1/ COS2φ3-1)}
3.2 對于低壓線路,一般可按下式計算其補償容量:
Qc=(20%~40%)Pn
式中 Qc――補償容量(Kvar)
Pn――變壓器的額定容量(KVA)
4、10kV線路無功補償實例分析
以下對靈璧供電公司35kV漁溝變電所10kV梁集105線路進行實例分析:
4.1 10kV 梁集105線路功率因數現狀分析:
通過時間、功率因數及電量對比我們可得知:漁溝105線路無功量嚴重不足,如采取定補將產生過補償,我們根據該線路負荷、電流等參數決定采用智能型10kV線路無功補償柜。
在確定好對策方案后,我們于2010年9月10日對漁溝變電站10kV梁集105線路進行智能型無功補償電容器選定及安裝工作。
4.2、智能型無功補償電容器選定:
經多次研討,選定XBZW-10型高壓無功自動補償裝置,該裝置單元化設計、單件元件體積小、重量輕,便于搬運運輸;各部件之間采用帶航空插頭電纜連接,簡單方便且便于維護。
該裝置能根據線路電壓、無功功率、功率因數等綜合判斷依據依次投切電容器,從而達到動態(tài)、自動、精細補償線路無功的目的。
4.3、智能型無功補償電容器安裝、調試、投運:
4.3.1、安裝位置的確定
根據以上線路負荷圖所示可知,梁集105線路全長14.97KM, 所帶配變總容量約9560kVA。(29#桿與129#桿之間為兩線路并桿走線,129#桿后分為兩條10kV線路)其中:
主干線142#桿后所帶配變總容量共約4500kVA,約占配變總容量的47%;
主干線129#桿往婁圩支線所帶配變總容量共計約1930kVA,約占配變總容量的20%;
主干線76#桿往韓莊支線方向所帶配變總容量共計790kVA, 約占配變總容量的8%
主干線29#桿往馬集支線、上渡家支線所帶配變總容量共計約650kVA,約占配變總容量的7%。
由此可見,本線路負荷主要集中在中后部幾個大分支上,特別是末端,特別適合安裝線路高壓無功自動補償裝置,以降低整條線路損失,提高線路整體功率因數,提升末端電壓。
本方案為此線路共設計補償總容量1100kvar,根據負荷比例分配如下:
(1)142#桿后主干線上安裝一套50(定)+200(動)+200(動)kvar補償裝置補償末端占總線路近半數的無功負荷需求,降低大部分線損;
(2)129#桿后往婁圩方向支線上安裝一套50(定)+100(動)+200(動)kvar補償裝置,補償此大負荷支線;
(3)76#桿往韓莊方向支線上安裝一套50(定)+100(動)kvar補償裝置,補償韓莊支線所需無功缺口。
(4)主干線29#桿往馬集方向支線上安裝一套50(定)+100(動)kvar補償裝置,補償馬集支線所需無功缺口。
這樣,我們在此線路上共用4套高壓無功補償裝置,其中兩套為一級定補兩級動補模式,兩套為一級定補一級動補模式,共投入定補200kvar,動補900kvar.既考慮到了固定的無功負荷缺口,又考慮到了動態(tài)變化的負荷波動,通過兩級、三級補償多種電容組合模式使線路上的無功負荷得到最大程度的補償,以確保線路的節(jié)能效果達到最優(yōu)化,為打造優(yōu)質配電線路奠定堅實的基礎。
4.3.2、安裝容量的確定
4.4 效果檢查及取得效益
無功補償對輸配電網的降損節(jié)能、實現經濟供電和提高供電企業(yè)的經濟效益有著極為重要的作用:
4.4.1、減少電力損失,一般工廠動力配線依據不同的線路及負載情況,其電力損耗都較大,安裝無功補償裝置提高功率因數后,總電流降低,可降低供電端與用戶端的電力損失。
4.4.2、改善供電品質,提高功率因數,減少負載總電流及電壓降。
4.4.3、延長設備壽命,改善功率因數后線路總電流減少,使接近或已經飽和的變壓器、開關等設備和線路的負荷容量降低,并因此降低溫升從而延長壽命(溫度每降低10℃,壽命可延長1倍)。
4.4.4、滿足電力系統(tǒng)對無功補償的監(jiān)測要求,消除因為功率因數過低而產生的罰款。
以下就以補償后可降低電能損耗做出分析:
漁溝變電站梁集105線路2010年前八個月總有功電量為7352320kWh,可估算出全年總有功電量為7352320/8*12=11028480 kWh補償前平均力率COSΦ1為0.83,補償后力率COSΦ2為0.99;
按補償前平均線損8%計算,δP%=(1-COS2Φ1/ COS2Φ2)×100%=30.70%
式中:COSΦ1為補償前的平均功率因數,此處為0.83
COSΦ2為補償后的平均功率因數,此處為0.99
即補償后可降低電能損耗百分比:δP%=30.70%
經計算,線損率可減少0.08*0.307=2.456個百分點,全年減少有功電量為:
11028480kWh×2.456%=270859kWh
每度電0.55元計算,該設備安裝后,漁溝變電站梁集105線路每年僅降損一項約有148972元左右的經濟效益。
4.4.5、效果檢查:
2010年9-12月電量、線損、功率因數實際值:
從表中可以看出,漁溝變電站梁集105線路自安裝智能型無功補償裝置后功率因數及線損已達到預期目標值。
綜上所述,無功補償技術是提高電網功率因數及供電能力、減少電壓損失和降低網損的一種有效措施。智能型無功補償電容器具有無功補償原理簡單、安裝方便、投資小,有功損耗小,運行維護簡便、安全可靠等優(yōu)點。因此,在當前隨著電力負荷的增加,要想提高電網系統(tǒng)的利用率,穩(wěn)定線路功率因數,通過采用補償電容器進行合理的補償,是能夠提高供電質量并取得明顯的經濟效益的?!?/p>
參考文獻
引言
電力電子產品的廣泛使用,對電網造成了嚴重的諧波污染。這使得功率因數校正(PFC)技術成為電力電子研究的一個熱點。功率因數校正的目的,就是采用一定的控制方法,使電源的輸入電流跟蹤輸入電壓,功率因數接近為1。傳統(tǒng)上,模擬控制在開關電源應用中占據了主導地位[1]。隨著高速度,廉價的數字信號處理器(DSP)的出現,在開關電源中使用數字控制已成為發(fā)展的趨勢[2][3][4][5][6]。
本文對實現PFC的模擬控制方法和數字控制方法進行了比較,介紹了采用數字控制的獨特優(yōu)點。詳細討論了采用數字信號處理器作為控制核心時的設計事項和方法。
1 PFC模擬控制和數字控制的比較
功率因數校正的模擬控制方法已經使用了多年,也有現成的商業(yè)化集成電路芯片(比如TI/Unitrode的UC3854,Fairchild的ML4812,STmicroelectronics的L6561等)。圖1(a)是基于UC3854的模擬控制電路結構方框圖。電路采用平均電流控制方式,通過調節(jié)電流信號的平均幅度來控制輸出電壓。整流線電壓和電壓誤差放大器的輸出相乘,建立了電流參考信號,這樣,這個電流參考信號就具有輸入電壓的波形,同時,也具有輸出電壓的平均幅值。PFC的模擬控制方法簡單直接。但是,控制電路的元器件比較多,電路適應性差,容易受到噪聲的干擾,而且調試麻煩。因此,模擬控制有被數字控制取代的趨勢。
圖1(b)是PFC的數字控制原理框圖。類似于模擬方法,使用了兩個控制環(huán)路:電壓環(huán)和電流環(huán)。電壓環(huán)通過調節(jié)平均輸入電流來控制直流總線電壓,電流環(huán)控制交流輸入電流使之跟蹤輸入電壓??刂七^程由DSP完成,通過DSP的軟件來實現電流和電壓的調節(jié)。
數字控制方法具有以下幾個優(yōu)點:
1)通過軟件調整控制參數,比如,增益和帶寬,從而使系統(tǒng)調試很方便;
2)大量控制設計通過DSP來實現,而用模擬控制器是難以實現的;
3)在實際電路中,使用數字控制可以減少元器件的數量,從而減少材料和裝配的成本;
4)DSP內部的數字處理不會受到電路噪聲的影響,避免了模擬信號傳遞過程中的畸變、失真,從而控制可靠;
5)如果將網絡通信和電源軟件調試技術相結合,可實現遙感、遙測、遙調。
現在,數字控制PFC方法已經在深入研究。文獻[7]提出了一個基于模擬儀器公司ADMC401的數字控制PFC方案,如圖2所示。為了實現數字控制,模擬控制變量〔包括輸入電流iL(t),輸入電壓vin(t)和輸出電壓vo(t)〕必須轉換成數字量。將模擬控制變量除以他們相應的參考值(,和),得到相對值,再由ADC變換器將獲得的相對值轉換成數字量。其中iL,n,vin,n,vo,n分別表示相應的第n個采樣值。
數字控制器包括一個電流環(huán)和一個電壓環(huán)。對于電流環(huán),將指令輸入電流減去輸入電流iL,n所得的電流誤差ie,n輸入到電流環(huán)數字PI控制器。最后,將控制器輸出的占空比Dn輸入到PWM產生單元,控制開關S的通斷。對于電壓環(huán),PFC變換器的輸入電導期待值ge,n與輸入電壓vin,n相乘,得到指令輸入電流iL,n*。
2 數字控制的實現
在實現一個電力電子系統(tǒng)的實際數字控制器時,需要考慮大量的因素,比如,控制處理器的選擇,采樣算法和采樣頻率的確定,PWM信號的產生,控制器和功率電路之間的連接,硬件設計和控制算法的軟件實現等。這些因素都會對系統(tǒng)的性能產生很大影響,需要細心設計和實際實驗。
2.1 微處理器的選擇
在設計控制系統(tǒng)時,微處理器的選擇需要考慮很多的因素,諸如功能,價格,硬件設計的簡單性和軟件支持等?,F在,已經有多種內嵌有PWM單元和A/D轉換等控制外設的DSP芯片可供選擇(比如TI的TMS320C2XX系列,AD的ADMCXXX系列,Motorola的DSP56800等)。以TI公司的TMS320C2XX系列為例,它擁有很多良好的特性,比如,多個獨立可編程的時鐘,50ns指令周期,16位并聯乘法器,兩通道多路復用的10位A/D轉換器,還有片內RAM和EEPROM等。這使得它成為實現功率變換系統(tǒng)數字控制的首選。如果需要進一步降低成本,可以選擇STmicro?controller的8位DSPST52x420。
2.2 采樣算法和采樣頻率的選擇
在設計數字控制器時,選擇合適的采樣頻率起著重要的作用,因為,采樣頻率直接影響到可完成的功能和數字控制系統(tǒng)的可靠性,因此,它應該在合成控制器之前確定。對于更高的系統(tǒng)帶寬要求,應該使用更高的采樣頻率。然而,采樣頻率的提高也對字長和數字控制器的計算速度提出了更高的要求。工程設計的目標總是使用更低的采樣頻率來達到給定的設計要求。
由于Boost變換器的輸入電流含有大量諧波。因此,采樣頻率必須遠高于開關頻率,輸入電流才能不失真地還原。由于開關頻率已經很高(>20kHz),要采用更高的采樣頻率是困難的,而且,處理器也來不及處理相應的控制計算任務。而使用比較低的頻率將產生頻譜重疊。雖然可以在A/D轉換前加入前置濾波,但是,這樣又需要更高的帶寬。因此,采樣頻率選擇與開關頻率同步,這樣,開關紋波就成為隱性振蕩,不會在還原信號中出現。這種采樣方法在一個周期中只采樣一次,稱為SSOP(singlesamplinginoneperiod)方法。采用這種采樣方法時,有一個采樣點確定的問題。電感電流在開關的瞬間存在電流尖峰,如圖3所示。顯然,應該避免在開關點進行采樣,否則系統(tǒng)將不能正常工作。在PFC應用中,輸入電流必須跟蹤輸入電壓,而且輸出電壓要保持恒定,PWM信號將在一個大的范圍內變動,因此,這個問題變得更加突出。
為了保證在每次開關周期中確定一個固定的采樣點,而且遠離開關點,一個簡單的設想就是在兩個尖峰之間(上升沿或者下降沿)的中點進行采樣,即采樣平均電流。但是,當上升沿或者下降沿非常窄的時候(即開關的占空比非常窄或者非常寬),采樣信號的準確度仍然會受到開關噪音的影響。如圖4所示,如果采用上升沿采樣,當導通時間較長時〔圖4(b)〕,采樣點(Ai)是可靠的,反之是不可靠的〔圖4(a)〕。為了克服這個缺點,采用改進的采樣算法。這個算法同樣是同步采樣,但是,采樣邊沿的選擇取決于開關的導通時間。如果導通時間大于關斷時間,選擇上升沿;反之采用下降沿。這樣便很好地避免了開關噪聲的影響。而且算法本身簡單,計算量少。如圖5所示。
2.3 PWM信號的產生
為了敘述方便,定義一個開關周期的起點p,如圖6所示。對大多數數字PWM單元來說,占空比的值應該在開關周期開始之前裝載入寄存器,因此,控制變量的采樣應該在p點之前準備好,以便控制算法的計算及時完成。這里采用平均電流控制,選擇采樣點,得到每個開關周期的輸入平均電流測量值。
理想的采樣點si和實際采樣點sr之間有一個時間延遲τd。τd由兩個原因造成,一個是在信號鏈中低通濾波器產生的相移,另一個是開關S的開關指令和實際開關動作之間的延遲。這樣,留給處理器完成控制計算的時間就是τc。延遲τd和計算時間τc共同決定了反饋環(huán)路的延遲。
式中:Ts為開關周期。
使用頂點規(guī)則采樣PWM方法產生開關指令。如圖7和圖8所示。對于輸入信號u在平衡值附近的小偏移,頂點規(guī)則采樣PWM的響應可以描述為
|gPWM(jω)|=cos(ωTo) (2)
∠gPWM(jω)=wTs/2 (3)
式中:To是穩(wěn)態(tài)時開關導通時間的一半。
因為,期望的電流環(huán)的帶寬在1kHz到10kHz之間(開關頻率為50kHz),PWM的增益趨于統(tǒng)一。因此,頂點規(guī)則采樣PWM的傳輸函數可以近似為
2.4 電流環(huán)和電壓環(huán)的數字PI控制器
電壓環(huán)和電流環(huán)都包括PI控制器。參看圖1,一個數字PI控制器可以表達為
un=A0xn+A1xn-1+un-1 (5)
或者
gPI(z)=U(z)/X(z)=(A0z+A1)/(z-1) (6)
等效模擬控制器的傳輸函數是
gPI(s)=U(s)/X(s)=KPI(1+1/stPI) (7)
因為采樣頻率有限,當一個模擬轉換函數采樣生成離散時間函數時,如果模擬函數包含了頻率高于1/2采樣頻率的分量,會發(fā)生重疊效應,如圖9所示。
為了消除高頻分量(頻率大于fs/2)的影響,使用Tustin規(guī)則
s=2/Ts(z-1)/(z+1) (8)
那么數字控制器的參數A0和A1和模擬等效參數KPI和τPI的關系為
3 結語
關鍵詞:用電;功率因數;提高;措施。
中圖分類號: F407.61文獻標識碼:A 文章編號:
一、項目概述
茂名熱電廠1×600MW “上大壓小”燃煤汽輪發(fā)電機組工程項目施工中,使用的施工電源取自茂名市供電局市用電,其施工工區(qū)有水工工區(qū)、生活區(qū)、混泥土攪拌站、鋼筋廠、物管中心等。主要負荷使用機具為打樁機、焊機、切割機、鋼筋加工機、龍門吊、塔吊等機械設備,因此大部分負載為感性設備負載,且較多時候沒有負荷,為空載狀態(tài)。本工程工期較長,每月電費高達十幾萬元,且電費都因功率因素過低,導致供電局的力率罰款。為節(jié)約電費成本,響應國家節(jié)約能源政策及原則,項目部明確了采取節(jié)能降耗措施的需要。
二、現狀調查
(1)施工用電調查
2010年9月份水工部施工用電情況匯總成9月份施工用電情況表(見表1,此表數據來自供電局收取電費發(fā)票)。
表1、
(2)外部信息搜集
根據國家電力監(jiān)管部門力率因素調整電費知識宣傳信息,其罰款系數見(表2)。
表2、
注:該表已作部分省略處理。
根據電力監(jiān)管相關部門提供的功率因數調整電費增減查對表,可知需罰款電費高達總電費的37%,總費用為13041.70元。其中罰款電費為3426.74元。根據供電局提供的其他區(qū)域發(fā)票及計算統(tǒng)計,其9月份電費約為156780元,其中罰款電費約為43900元。
但是同時也了解到,當用電功率因數達到0.85時可免罰款,高于0.85可以獲得獎勵。用電功率因數越高,獎勵系數越大。
三、原因分析
根據降低功率因數原理:①提高異步電動機負載,減少電動機欠載、空載率;②降低感性電流影響。
從人、料、機、法、環(huán)五個方面,用因果關系圖進行分析功率因素低的原因(圖一)。
分析功率因數低的原因及措施(表3)
表3、
四、措施實施
針對未采用電容補償,指定專人研究分析電容補償的原理,制作安裝電容補償器。
(1)電容補償方式選擇
電容補償方式有三種:高壓集中補償、低壓分散補償、低壓成組補償。高壓集中補償補償范圍小,投入小。低壓分散補償補償范圍最大,效果最好,但投資大,利用率不高。低壓成組補償補償范圍較大,投入適中,運行維護方便。因此,選擇低壓成組補償。
(2)設備的選擇
1)投切方式選擇
電容投切有兩種,即人工投切和自動投切。因施工用電功率因數變化大,人工投切操作繁重,無法實現及時準確投切,自動投切方式自動跟蹤功率因數,合理選擇投切電容,準確快速。因此選用JKG系列無功功率自動補償控制器,該控制器能隨意設定投入門限、投入延時、切除延時、過壓門限、過壓延時、欠流切除等參數,能自動跟蹤功率因數變化合理選擇電容組數,還能在功率因數超前時快速切除已投電容。
2)電容器選擇
BSMJ0.4-20-3型自愈式移相電容器額定工作電壓400V,容量20千乏,三相三角形接法,具有自放電功能,最高過電壓110%額定電壓(每24小時不超過8小時),最高過電流130%額定電流,符合使用要求。因此,選用10組BSMJ0.4-20-3型自愈式移相電容器。
其他配件選擇
戶外配電箱1臺;總開關(NM1-400/3300350A)1把;電互感器(LMZ1-0.5 300/5)3只;空氣開關(DZ47-60/3 D45)10個,接觸器(CJ19-32220V)10個;電流表(6L2-A300/5)3只;氧化鋅避雷器(F-0.22KV)3只;采樣用電流互感器(400/5)1只,信號燈10只。配線若干米。
接線
接線詳見電容補償器接線及實物圖(圖二)。
(3)建立巡檢制度
由工程部牽頭,建立巡檢制度并實施。①確定巡檢人員,由持證電工巡檢,保證電容補償器良好的運行功況。②確定巡檢時間,上班、下班前各檢查一遍,雨天中午上班前增加檢查一次。③與廠家保持良好的溝通,在設備(特別是電容)出現故障時,第一時間得到廠家技術支持。
五、效果檢查
(1)補償效果
通過以上措施,用電功率因數有了較高的提高,由0.49提高到0.97,已經有兩組電容投入補償,提高的幅度較大(圖三)。
圖三、補償后控制器顯示效果
(2)節(jié)約施工成本
水工工區(qū)電量估計為50萬千瓦時,補償后功率因數從0.49提高到0.97。即使不計算補償后損耗減少增加的收益,僅從功率因數獎罰就獲得很高的經濟回報。功率因數0.49情況下,根據功率因數調整電費增減查對表(表2),可以查得需在標準電費外額外多交37%的電費:
實交電費=用電量×標準用電單位×(1+獎罰額 %)
=500000×0.8105×(1+37%)
=555192.5 (元)
功率因數0.97情況下,根據功率因數調整電費增減查對表(表2),可以查得需在標準電費外額外獎勵1.10%的電費:
實交電費=用電量×標準用電單位×(1+獎罰額 %)
=500000×0.8105×(1-1.10%)
=400792.25 (元)
電容補償裝置購置費用為7000元。
經濟效益:555192.5-400792.25-7000=147400.25 (元)
(3)改善用電質量,促進施工順利進行
電壓趨于穩(wěn)定,電壓波動明顯減少,改善施工用電質量,有利施工機具安全使用,延長施工機具壽命。促進施工順利進行,保證按計劃施工,為整個項目施工做好支援。
推廣應用
根據水工工區(qū)施工用電采用電容補償所取得的效果,該措施應用到其他工區(qū),及本單位其他施工工地。
六、結語
功率因素低的情況下對用電戶及電力企業(yè)都是十分不利的, 其主要方面有:降低發(fā)電、供電設備能力,降低用電設備的利用率,增大設備投資;增大系統(tǒng)電壓損失,容易造成電壓波動,電能質量嚴重下降,用電設備壽命受影響,企業(yè)產品質量下降;大大增加電能輸送過程的損耗(因設備出力不變的情況下,功率因素越低所需電流越大,電能損失自然增大,P=UICOSφ);增加用戶電費費用等。因此在我過,提高功率因數是我國電力監(jiān)管部門大力支持的一項基本政策。希望本論文給相關用電企業(yè)一些參考。
參考文獻:
[1]《電路》中國電力出版社 楊歡紅、楊爾濱、劉榮暉編
[2]《電路原理》清華大學出版社陸文娟 編
引言
近年來,功率因數校正(PFC)技術引起了人們的廣泛關注。傳統(tǒng)的兩級PFC電路的主要缺點是成本高以及控制電路復雜。單級功率因數校正(SSPFC)變換器[1][2][3][4],將PFC級和DC/DC級結合在一起大大降低了成本。然而,SSPFC變換器在負載變輕時存在直流母線電壓過高的問題。文獻[2]采用反饋線圈雖然降低了直流母線電壓,但卻減小了線電流的導通角,從而增加了總諧波畸變(THD)。
為了解決上述問題,確保在負載變化時降低直流母線電壓和減少THD,本文提出了一種具有恒功率控制的SSPFC變換器。能量直接傳遞方式使得該電路在沒有減小線電流導通角的情況下降低了直流母線電壓。恒功率控制使得變換器的輸出在輸出電壓高的時候可以看成電壓源,在輸出電壓低的時候可以看成電流源,并且當輸出電壓在一定范圍內變化的時候,輸出功率近似恒定。
1 電路工作原理
單級功率因數校正電路的原理圖如圖1所示。它實際上是由一個Boost變換器和一個flyback變換器組合而成的。Boost變換器工作在DCM模式,在占空比和頻率恒定的情況下可以達到功率因數校正的目的。flyback變換器可以工作在DCM或CCM模式。
為了分析方便,假定整流電壓在一個開關周期中為定值,電容CB足夠大使得電壓VB基本恒定,flyback變壓器視為理想變壓器,在原邊并聯勵磁電感Lm,flyback變換器工作在CCM模式。則該電路有3種工作模式如圖2所示,主要工作波形如圖3所示。
工作模式1(t0-t1)t0時刻開關S導通,直流母線電壓VB加在勵磁電感Lm上,由于flyback變換器工作在CCM模式,則電流im線性上升可表示為
im=VB/Lm(t-t0)+im(t0) (1)
而電感Lb工作在DCM模式,電流iLb由零線性上升,其表達式為
iLb=|Vin|/Lb(t-t0) (2)
開關S上流過的電流可表示為
isw=iLb+im (3)
由于二級管Df反向偏置,所以線圈Ns和Np上沒有電流流過。
工作模式2(t1-t2)開關S在t1時刻關斷,二極管Df正向偏置,勵磁電感Lm上的電壓為nVo(其中n=Np/Ns),則電流im線性下降可表示為
im=-nVo/Lm(t-t1)+im(t1) (4)
開關S上的漏源電壓VDS為VB+nVo,電感Lb上的電流iLb流過線圈Np和電容CB線性下降,其表達式為
iLb=-(VB+nVo-|Vin|)/Lb(t-t1)+iLb(t1) (5)
因此,原邊線圈Np和副邊線圈Ns上流過的電流可分別表示為
ip=iLb+im (6)
is=nip=n(iLb+im) (7)
由式(7)可以看出副邊電流由兩部分組成,負載不但從勵磁電感Lm上獲取能量而且直接從電感Lb上獲取能量,這就意味著一部分能量可以不經過儲能電容CB而直接傳遞給負載,因此,大大提高了效率并且降低了直流母線電壓。
工作模式3(t2-t3)t2時刻電流iLb下降到零,二極管Db反向偏置,勵磁電流繼續(xù)以斜率nVo/Lm線性下降直到t3時刻開關S再次導通。此時原邊線圈Np和副邊線圈Ns上的電流可分別表示為:
ip=im (8)
is=nip=nim (9)
2 恒功率控制方法
圖4給出了恒功率控制的框圖,圖中KVV和KIIo分別為電壓采樣值和電流采樣值,通過電阻R3及R4的分壓得到第一個運放的正向輸入端電壓為+,信號放大后得到運放的輸出端電壓為,這一點的電壓和第二個運放的反向輸入端電壓相等,根據運放的虛短特性,得到第一個運放的輸出電壓與第二個運放的正向輸入端電壓相等,即=Vref,由此可得到式(10)。
(KiIoR4/R3+R4)+(KVVoR3/R3+R4)=VrefR1/(R1+R2) (10)
假設a=R2/R1,b=R4/R3,則式(10)表示為
(KiI0b/1+b)+(KvV0/1+b)=(Vref)/(1+a) (11)
從式(11)可以得到輸出功率Po的表達式為
Po=VoIo=-(Kv/K1b)Vo2+[Vref(1+b)/K1b(1+a)]Vo (12)
從式(12)可以看出Po~Vo曲線是一條拋物線,在拋物線的頂點附近,輸出功率Po近似恒定。以輸出電壓80V,輸出功率80W為例,取KV=0.01,KI=0.1,Vref=5V,使拋物線的頂點位于Vo=80V,Po=80W處,則可以計算出a=27.13,b=8.00。于是式(12)可表示為
Po=-0.0125Vo2+2Vo (13)
當輸出電壓變化范圍為60V~100V(±25%)時,輸出功率變化為6.25%。
該電路同?具有限壓和限流的功能,通過變換式(11)可得
Io=2-0.0125Vo (14)
Vo=160-80Io (15)
可見在輸出短路時電流被限制在2A,在輸出開路時電壓被限制在160V。
3 仿真與實驗結果
基于上述主電路及控制電路,采用以下參數進行了仿真與試驗:Lb=300μH,CB=470μF/450V,Lp=Ls=600μH,fs=50kHz,RL=80Ω。
圖5為輸入線電壓和線電流實驗波形;圖6為輸入電壓變化時,測量的電路效率,可以看出電路效率在較寬的輸入電壓范圍內可以達到82%以上,比文獻[2][3]中所提出的電路的效率要高;圖7和圖8分別為不同輸入電壓時,功率因數和THD的測量結果,由圖7可見,電路的功率因數在輸入電壓為100~150V時可以達到0.98,在輸入電壓為220V時也可達到0.96;圖9為輸入電壓為220V時,在不同負載下直流母線電壓VB的仿真與實驗結果,仿真與實驗都證明在負載變化時直流母線電壓VB可以控制在380V以下。
【關鍵詞】 提高功率因數 補償方法 供電企業(yè)
很多用電設備均是根據電磁感應原理工作的,如配電變壓器、電動機等,它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的"無功"并不是"無用"的電功率,只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已;在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺一不可。在電力網的運行中,功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數越大越好。適當提高用戶的功率因數,不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量,而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網來說,若能有效的搞好低壓補償,不但可以減輕上一級電網補償的壓力,改善提高用戶功率因數,而且能夠有效地降低電能損失,減少用戶電費。其社會效益及經濟效益都會是非常顯著的。
1 影響功率因數的幾個主要因素
電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備,大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數,變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數造成很大影響。當供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據有關資料統(tǒng)計,當供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響,綜上所述,我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數的一些主要因素,因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法,使低壓網能夠實現無功的就地平衡,達到降損節(jié)能的效果。
2 低壓網的無功補償
隨機補償。隨機補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接,它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行的無功消耗,以補勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農網無功峰荷。隨器補償。隨器補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器二次側,以無功補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功,配變空載無功是農網無功負荷的主要部分,對于輕負載的配變而言,這部分損耗占供電量的比例很大,從而導致電費單價的增加,不利于電費的同網同價。跟蹤補償。跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配電用戶,可以替代隨機、隨器兩種補償方式,補償效果好。這三種補償方式的經濟性接近時,應優(yōu)先選用跟蹤補償方式。采用適當措施,設法提高系統(tǒng)自然功率因數。提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資,僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率,這是一種最經濟的提高功率因數的方法。
3 功率因數的人工補償
功率因數是工廠電氣設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標,也是保證電網安全、經濟運行的一項主要指標。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數的辦法已經不能滿足工廠對功率因數的要求,工廠自身還需要裝設補償裝置,對功率因數進行人工補償。