神马文学网功率因数补偿1
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 03:17:30
电网电压质量通常用稳定性、对称性和正弦性等指标来衡量。随着非线形负荷大量接入电网，使电网电压质量受到严重影响，而各种类型的晶闸管电路是最主要的干扰源。
晶闸管变流（变频）电路对电网的影响主要是：
-功率因数低，增加电网损耗；
-产生谐波电流，导致电网电压畸变；
-起动无功冲击引起电网电压波动。
功率因数
晶闸管电路相当于一个感性负载，产生控制无功功率、换向无功功率和畸变无功功率，随着控制角的改变，其功率因数也发生变化，即使晶闸管装置接的是纯电阻负载，也具有感性特征。
晶闸管电路的功率因数较低（约为0.6~0.8）要进行无功补偿。
谐波电流
晶闸管在进行相切控制时,网侧交流电流呈现非正弦波形,按傅立叶级数进行分解,可得到工频基波电流 和谐波电流。因此，可将晶闸管变流器看作谐波源，整个电网作为它的负载。谐波电流在电网阻抗上产生同频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电压上，使电网电压发生畸变。畸变的电网电压 施加在所有电气设备端，会对这些设备的正常工作产生危害。因为电气设备均按正弦电股杓浦圃欤钡缪褂谢涫保缙璞附岱⑷龋夭晃龋踔了鸹怠?br> 为了保证电气设备的正常工作，抑制谐波干扰，我国于1984处颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，并于1993处制定了《电能质量：公用电网谐波》国家标准，规定了电网谐波的允许值
冲击压降
大型负载起动时，需要较多的无功功率，无功冲击会导致电压降落。如果负载周期性重复起动，则会形成电压波动，甚至会出现“闪变”。
电网电压的稳定性是衡量电网电压质量的重要条件，而电压波动的允许值与其出现的频度有关。对于矿井提升机和轧钢机这类负载，电压波动一般应小于5%。
技术措施
对于有谐波源的电网，通常将无功补偿与谐波抑制结合起来，即在电容器回路中串联电抗器，形成谐波阻塞回路或者滤波回路。
谐波阻塞回路 谐波阻塞回路主要用于防止电容器谐波过负荷，滤波作用不大，通常安装在谐波电流较小的电网。
电容器基波功率按下式计算
Qc1=S*[sinφ1-(sinφ2/cosφ2)*cosφ1]
S——负载视在功率
φ1——补偿前电流电压相差角
φ2——补偿后欲达到的电流电压相差角
串联电抗器一般定为基波容抗的6%左右，即XL=6%XC1。串联谐振频率为
滤波回路
当谐电流超过规程允许值，或者虽然谐波电流不超限，但却对电网产生干扰时，应设置滤波回路。滤波回路具有吸收谐波电流和补偿基波无功功率的作用，原理电路及其阻抗曲线见图1。
在特征次谐波频率下，滤波回路的阻抗为
Q——回路的品质因数
L——电感受值
C——电容值
ωR——滤波回路谐振角频率
ω1——电网基波角频率
在谐振频率处滤波回路的阻抗ZS接近于零，对于有关谐波形成短路。在谐振频率以下，滤波回路呈容性，在谐振频率以上则呈感性。
滤波回路与电网形成并联谐振回路，谐振频率在滤波回路特征频率以下（见图2）。
滤波回路与电网的并联谐振频率按下式计算
NP ——并联谐和振频率次数
ω1——基波角频率
LN ——电网电感
LS ——滤波回路电感
C ——滤波回路每相电容
动态无功补偿
大功率负载频繁动时，产生冲击压降，严重时甚至出现闪变效应。冲击压降可按下式计算
△Q——起动无功功率
SK ——电网短路功率
抑制电压波动通常采用动态补偿法，主要有晶闸管控制电抗器（TCR)和晶闸管投切电容器（TSC）以及这两种形式的组合，见图4所示。
如果需要更快的跟随速度，还可以采用感性或容性的无功储能器进行动态补偿。
由于动态无功补偿通常需要与无功补偿及滤波电路结合使用，所以一般采用TCR+FC方式。晶闸管控制电抗器（TCR方式）产生变化的感性无功功率，控制器由两组反并联晶闸管组成，在35KV及以下电压等级可以采取直联方式。
晶闸管交流控制器由纯水冷却，并设有RC均压电路及BOD保护电路。晶闸管可以采用电磁触发或者光电触发，均具有较高的可靠性。
动态补偿原理见图5，其中QC为滤波回路提供的容性无功功率。QL为负载功功率，QLS为TR可调无功功率。当负载休止时，TCR提供感性无功电流，用于平衡电容电流。当负载起动时，TCR关闭，电容电流全部补偿负载感性电流，即QLS+QL=QC。
TCR动态补偿方式具有以下特点：
a）从0到最大功率连续可调；
b）跟随速度快，跟随时间约10ms（半个交流周期）；
c）交流控制器产生的谐波电流较小；
d）可以根据电网负荷情况分相调节；
e）电路简单，便于操作维护。
典型干扰源
负载类型 谐波 中间谐波 电压波动 电压不对称
电动机 由于磁饱和作用可能产生 负载变化和起动时可产生非稳定中间谐波 起动时产生电压降落脉动负载时产生电压波动 单相负载时
直流拖动 相切控制时产生谐波 频繁起动时产生电压波动
变频拖动 连续运行时产生谐波 通过电机调制频率产生
电弧炉 产生非稳定谐波 产生边带谐波 产生闪变和电压跌落 电网三相阻抗不相等和三相负载不相等时导致电压不对称
电焊机 直流电焊机产生谐波 焊接电弧周期性变化时产生中间谐波 产生周期性电压波动或闪变 一般接于两相可产生电压不对称
感应炉 带变频器的中频感应炉产生谐波 带变频器的中频感应炉 接通时产生电压降 工频感应炉接于两相时产生
晶闸管变流（变频）电路对电网的影响主要是：
-功率因数低，增加电网损耗；
-产生谐波电流，导致电网电压畸变；
-起动无功冲击引起电网电压波动。
功率因数
晶闸管电路相当于一个感性负载，产生控制无功功率、换向无功功率和畸变无功功率，随着控制角的改变，其功率因数也发生变化，即使晶闸管装置接的是纯电阻负载，也具有感性特征。
晶闸管电路的功率因数较低（约为0.6~0.8）要进行无功补偿。
谐波电流
晶闸管在进行相切控制时,网侧交流电流呈现非正弦波形,按傅立叶级数进行分解,可得到工频基波电流 和谐波电流。因此，可将晶闸管变流器看作谐波源，整个电网作为它的负载。谐波电流在电网阻抗上产生同频率的谐波电压，并叠加在电网正弦电压上，使电网电压发生畸变。畸变的电网电压 施加在所有电气设备端，会对这些设备的正常工作产生危害。因为电气设备均按正弦电股杓浦圃欤钡缪褂谢涫保缙璞附岱⑷龋夭晃龋踔了鸹怠?br> 为了保证电气设备的正常工作，抑制谐波干扰，我国于1984处颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，并于1993处制定了《电能质量：公用电网谐波》国家标准，规定了电网谐波的允许值
冲击压降
大型负载起动时，需要较多的无功功率，无功冲击会导致电压降落。如果负载周期性重复起动，则会形成电压波动，甚至会出现“闪变”。
电网电压的稳定性是衡量电网电压质量的重要条件，而电压波动的允许值与其出现的频度有关。对于矿井提升机和轧钢机这类负载，电压波动一般应小于5%。
技术措施
对于有谐波源的电网，通常将无功补偿与谐波抑制结合起来，即在电容器回路中串联电抗器，形成谐波阻塞回路或者滤波回路。
谐波阻塞回路 谐波阻塞回路主要用于防止电容器谐波过负荷，滤波作用不大，通常安装在谐波电流较小的电网。
电容器基波功率按下式计算
Qc1=S*[sinφ1-(sinφ2/cosφ2)*cosφ1]
S——负载视在功率
φ1——补偿前电流电压相差角
φ2——补偿后欲达到的电流电压相差角
串联电抗器一般定为基波容抗的6%左右，即XL=6%XC1。串联谐振频率为
滤波回路
当谐电流超过规程允许值，或者虽然谐波电流不超限，但却对电网产生干扰时，应设置滤波回路。滤波回路具有吸收谐波电流和补偿基波无功功率的作用，原理电路及其阻抗曲线见图1。
在特征次谐波频率下，滤波回路的阻抗为
Q——回路的品质因数
L——电感受值
C——电容值
ωR——滤波回路谐振角频率
ω1——电网基波角频率
在谐振频率处滤波回路的阻抗ZS接近于零，对于有关谐波形成短路。在谐振频率以下，滤波回路呈容性，在谐振频率以上则呈感性。
滤波回路与电网形成并联谐振回路，谐振频率在滤波回路特征频率以下（见图2）。
滤波回路与电网的并联谐振频率按下式计算
NP ——并联谐和振频率次数
ω1——基波角频率
LN ——电网电感
LS ——滤波回路电感
C ——滤波回路每相电容
动态无功补偿
大功率负载频繁动时，产生冲击压降，严重时甚至出现闪变效应。冲击压降可按下式计算
△Q——起动无功功率
SK ——电网短路功率
抑制电压波动通常采用动态补偿法，主要有晶闸管控制电抗器（TCR)和晶闸管投切电容器（TSC）以及这两种形式的组合，见图4所示。
如果需要更快的跟随速度，还可以采用感性或容性的无功储能器进行动态补偿。
由于动态无功补偿通常需要与无功补偿及滤波电路结合使用，所以一般采用TCR+FC方式。晶闸管控制电抗器（TCR方式）产生变化的感性无功功率，控制器由两组反并联晶闸管组成，在35KV及以下电压等级可以采取直联方式。
晶闸管交流控制器由纯水冷却，并设有RC均压电路及BOD保护电路。晶闸管可以采用电磁触发或者光电触发，均具有较高的可靠性。
动态补偿原理见图5，其中QC为滤波回路提供的容性无功功率。QL为负载功功率，QLS为TR可调无功功率。当负载休止时，TCR提供感性无功电流，用于平衡电容电流。当负载起动时，TCR关闭，电容电流全部补偿负载感性电流，即QLS+QL=QC。
TCR动态补偿方式具有以下特点：
a）从0到最大功率连续可调；
b）跟随速度快，跟随时间约10ms（半个交流周期）；
c）交流控制器产生的谐波电流较小；
d）可以根据电网负荷情况分相调节；
e）电路简单，便于操作维护。
典型干扰源
负载类型 谐波 中间谐波 电压波动 电压不对称
电动机 由于磁饱和作用可能产生 负载变化和起动时可产生非稳定中间谐波 起动时产生电压降落脉动负载时产生电压波动 单相负载时
直流拖动 相切控制时产生谐波 频繁起动时产生电压波动
变频拖动 连续运行时产生谐波 通过电机调制频率产生
电弧炉 产生非稳定谐波 产生边带谐波 产生闪变和电压跌落 电网三相阻抗不相等和三相负载不相等时导致电压不对称
电焊机 直流电焊机产生谐波 焊接电弧周期性变化时产生中间谐波 产生周期性电压波动或闪变 一般接于两相可产生电压不对称
感应炉 带变频器的中频感应炉产生谐波 带变频器的中频感应炉 接通时产生电压降 工频感应炉接于两相时产生