电力系统中的无功功率电源

2014-12-2 14:15| 编辑:电工学习网| 查看: 30282| 评论: 0

　　电力系统的无功电源向系统发出滞后的无功功率，一般系统中有以下几类无功电源，一是同步发电机以及过激运行的同步电动机；二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同步调相机；三是110kV及以上电压线路的充电功率。
　　1）同步发电机
　　发电机既是唯一的有功功率电源，同时也是最基本的无功功率电源。发电机发出的无功功率一般为有功功率的40-60%。同步发电机允许运行范围如图2-10所示，发电机只有运行在额定状态（即额定电压、电流和功率因数）下的N点才能发出额定的无功功率，其容量才可得到充分的利用。当系统中有功功率备用充足时，可使靠近负荷中心的发电机降低有功功率，多发无功功率，以提高系统运行的电压水平。大型发电机受制造上的限制，额定功率因数随容量的增大而增高，因而额定无功功率相对下降，如表1所示，

表1 发电机的额定功率因数

功率因数	容量S_GN	无功功率Q_GN
0.80	1.25P_GN	0.75P_GN
0.85	1.17P_GN	0.62P_GN
0.90	1.11P_GN	0.48P_GN

　　其中发电机发出的功率如下，

（1）

　　式中，SGN为发电机的额定容量，MVA；PGN为发电机的额定有功功率，MW；QGN为发电机的额定无功功率，Mvar。
　　2）同步调相机
　　同步调相机是系统中的无功功率电源，实质上，它是专用的空载运行的大容量同步电机，同步调相机运行时，由电网供给的有功功率约为其额定容量的1.5-3%，功率因数

。
　　同步调相机正常运行时数学模型与同步发电机相同，简化条件为

，即电压与电流的相量相交。因此输出电流只有纵轴分量，I=Id，Iq=0。电压只有横轴分量，U=Uq，Ud=0，端电压与电流的关系为

（2）

　　电压与电流向量图如图1所示，

（

a）过励磁（b）欠励磁
图1 同步调相机的工作状态

　　同步调相机输出的无功功率为：

（3）

　　式中，Eq和U表示线电势和线电压，Q为三相无功功率。
　　式（5-3）表明，当

，过励磁运行（相位滞后），无功功率为正，同步调相机输出滞后的无功功率，相当于电容器，它向系统供给感性无功，起无功电源的作用，过励磁运行时的额定无功功率即为调相机的容量。当

欠励磁运行（相位超前），无功功率为负，同步调相机输出超前的无功功率或吸收滞后的无功功率，相当于电抗器。起无功负荷作用，欠励磁运行时的容量为过励磁运行时容量的50％～65％。欠励磁的极限为励磁电流为零，此时

，达到极限值。
　　同步调相机一般装设有自动电压调节器，根据电压的变化可自动调节励磁电流，以达到改变输出无功功率的作用，使节点电压的允许的范围内。调相机的优点是，它不仅能输出无功功率，还能吸收无功功率，具有良好的电压调节特性，对提高系统运行性能和稳定性有一定的作用。但调相机是旋转机械，运行维护不方便，投资费用与其容量有关，容量越小，投资费用越大，因此同步调相机适宜于大容量集中使用。
　　3）静电电容器
　　电容器一般采用并联形式接入电网，并联电容器广泛应用于改善负荷的功率因数，是电力系统中一种重要的无功功率电源。由于单台容量有限，使用时可将电容器连接成若干组，按需要成组地投入或切除。其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较小，约为额定容量的0.3％～0.5％。当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。而当系统发生故障或其它原因导致电压降低时，电容器向系统供给的无功功率反而减少，从而导致电压继续下降。这是电容器在调节性能上的缺点。
　　并联电容器输出的电流与无功功率为

（4）

　　4）静止补偿器
　　静止补偿器由电容器组与可调电抗器组成，是一种动态无功补偿装置，既可向系统供给无功功率，也可以从系统吸取无功功率。静止补偿器的全称为静止无功补偿器（SVC），有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗器固定电容器型（TCR-FC型）、晶闸管开关电容器型（TSC）和饱和电抗器型（SR型）。电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。它由静止元件组成，运行维护方便，并且有功损耗较小（低于1％）。

图2静止补偿器（a）TCR型；（b）TSC型；（c）SR型

　　TCR-FC型补偿器（晶闸管控制电抗器固定电容器型）接线如图2（a）所示，控制导通角a可改变线性电抗器的导纳值，

（5

　　TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组构成的（Thyristor Switched Capacitor）
用可控硅开关代替机械类开关，接线如图2（b）所示。SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗器（D.C. Control Saturable Reaction）与固定电容器的并联组合。这类补偿器是用直流控制的饱和电抗器与固定电容器的并联组合，这类补偿器是用改变励磁电流来调节电抗值，从而达到调整输出无功功率的目的。接线如图如图2（c）所示。静止无功补偿器的优点是调节速度快，响应时间小，损耗小，无旋转部分，可靠性高，比调相机价格低25-30%，缺点是具有负的电压调节效应。为克服这一缺点，采取新型的有源静止无功补偿器。
　　5）高压输电线路的充电功率
　　如前所述，高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比，电力线路中的无功功率包括两部分，串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。