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无功功率范文1
关键词:孤岛;无功功率;频率
中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)18-4903-02
Based on Reactive Power and Frequency of the Islanding Detection
SUN Mei-ling, GUO Yong
(Qinhuangdao Institute of Technology, Qinhuangdao 066100, China)
Abstract: inverter islanding detection methods to analyze the circumstances under which the island can not be high/low frequency (OFR/UFR) protection device to detect the reasons for the application of proposed reactive power and frequency detection of isolated islands of methods and simulation verification.
Key words: island; reactive power; frequency
随着对低碳绿色能源的需求,分布式发电系统中的电源也采用了多种形式,如太阳能、燃料电池组、氢能、风能以及潮汐能等。其中分布式发电系统中的大部分电源均采用逆变器与电网连接,因此应用的孤岛检测是基于逆变器的孤岛检测。通常我们可以采用过/欠电压(OVR/UVR)和高/低频率(OFR/UFR)保护装置作为孤岛的检测装置。
1 分析孤岛不能被检测到的原因
如图1所示为基于逆变器孤岛检测的测试电路图。在逆变器和电网中间,RLC谐振电路模拟反孤岛检测负载,改变负载大小可以检测逆变装置的反孤岛可靠性。用S的开和关模拟并网和断网工作状态。
1)当并网工作时根据其功率平衡可得公式1和公式2:
(1)
(2)
式1中电网电压用Ug表示,逆变电源输出的有功功率用P表示,逆变电源输出的有功功率和负载的有功功率的差值用ΔP表示,式2中电网电压波形的角频率用ωg表示,逆变电源输出的无功功率用Q表示,而逆变电源输出的无功功率和负载的无功功率差值用ΔQ表示。
2)当电网断开时根据其功率关系可以得到公式3和公式4:
(3)
(4)
式3中逆变电源输出电压用Uinv表示,式4中逆变电源输出电压波形的角频率用ωinv表示。
由公式1～公式4可得到公式5:
(5)
当逆变电源与电网断开时,如果ΔP≠0,ΔQ≠0则由公式5可以推出,当逆变电源输出的频率发生变化超过设定的阈值时,就可以应用高/低频率(OFR/UFR)保护装置检测到孤岛,从而关闭逆变器。如果ΔP=0,ΔQ=0,带入公式5可得公式6:
(6)
解公式6,可以得到ωinv=ωg,由于逆变电源输出的频率变化太小,以至于不能应用高/低频率(OFR/UFR)继电保护装置检测到孤岛发生。
2 无功功率和频率的关系
当开关S断开,模拟逆变系统与电网断开情形,此时系统处于孤岛运行状态,负载端电压变化的大小将由逆变电源与负载的有功功率的不匹配程度决定。而频率变化的大小将由逆变电源与负载无功功率的不匹配程度决定。由公式(7)、公式(8)表示其负载特性。
(7)
(8)
从公式(8)中我们可以推出,当负载电压V增大或减小时,ω也会发生相应的变化。即当ΔP≠0时,负载电压增大或减小,如果此时逆变电源的无功功率没有变化,则ω依据公式8相应的减小或增大。如果此时逆变电源输出的功率因数等于1,即Qload=Qpv=0。则可得到公式(9):
(9)
从公式(9)中可以得出电感电容发生谐振,其谐振频率为。如果功率因数不等于1,即使逆变电源输出的无功功率与负载所需求的无功功率相等,此时角频率ω的大小将由无功补偿的匹配程度决定。在一定负载条件下,系统无功功率平衡时的电压变化可以用图2来描述。
负载电压特性由1曲线和1'曲线两条曲线表示; 电力系统Q-V特性由2曲线和2'曲线两条曲线表示,两者的交点A为系统平衡点。当增加负载无功功率需求时,由1曲线升高到1'曲线,如果此时系统提供的无功功率也相应增加,则2曲线可升高到2'曲线,若系统电压仍维持在VA,则系统平衡点将由点A变为点C;如果电压变小即由,则系统平衡点将由点A点变为点A'。再根据公式7和公式8所示的负载特性,我们就可以得到无功功率和频率之间的关系,从而应用此关系检测孤岛。
3 应用无功功率和频率之间的关系检测孤岛的仿真实验
系统并网运行时,电网频率恒定在50Hz。当分布式发电系统与电网断开处于孤岛运行状态时,如果逆变电源输出的无功功率和负载需求的无功功率不匹配时,负载频率将发生变化。本仿真实验中对并网运行时负载需求的无功功率进行相应设计,使逆变系统提供的无功功率和负载所需求的无功功率不匹配,即部分无功功率由电网提供。这样就可以使系统发生孤岛时,频率由于ΔQ≠0而发生相应变化,从而应用高/低频率(OFR/UFR)保护装置能够检测出孤岛发生。本实验中应用Matlab进行仿真,其实验仿真如图3所示。实验中系统仿真时间设定为1.6s。在0.2s时3-Phase Break控件设定为断开即逆变系统与电网断开,使逆变系统运行在孤岛状态。
1)当负载为纯电阻时,值为1000 W(P),频率下降约为0.22Hz。如图4所示。
图4 纯电阻频率仿真
2)当负载为电阻电感电容并联时,值为1000 W(P)+1000 Var(QL)+1000 Var(QC),频率下降约为0.25Hz。其频率仿真图如图5所示。
参考文献:
[1] 赵为,余世杰.光伏并网发电系统的孤岛效应与防止策略[J].太阳能学报,2003,(z1):94-97.
无功功率范文2
关键词：电动机，电容器，就地无功补偿，无功功率
0.概述
现代工矿企业中，三相异步电动机是最常用的电气设备之一，在企业的生产设备中占有相当大的比例。由于它们都是电感性负荷，所以在企业内部的生产运行中，功率因数一般都比较低，需要从电源中吸收大量的无功功率，才能正常工作，给企业造成较大的电压损失和电能损耗。无功补偿是指采用另加无功补偿装置的办法，让无功负荷与无功补偿装置之间进行无功功率交换，以提高系统的功率因数，降低能耗，从而大大减少供电线路，改善电网电压质量。
许多企业一般都是在企业内部配电室里低压母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，分散在各个生产车间，形成企业内部的输配电网络，由此，大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，这些无功电流在企业内部所造成的损耗，依然不能解决。
电动机无功功率就地补偿，就是把电动机所需要的无功电流局限在电动机设备的最终端，实现无功功率就地平衡，使得整个变配电网络的功率因数都比较高，有效地减少输配电线路的无功损耗。
1.三相异步电动机运行功率因数及损耗
三相异步电动机运行时，所消耗的功率包括有功功率和无功功率两个分量。有功功率是用于电动机产生机械转矩并且驱动负载所需的功率，它的电流随负载的增加而增加，而无功功率，则是用于电动机内部的电场与磁场随着电源频率的反复变化，在负载与电源之间不断地进行能量交换时所消耗的功率。无功电流在负载变化的情况下，其变化很微小，在相位上，电流的变化总是滞后于电压90°，所以是纯电感性质的。在实际运行中，电源供给电动机的总电流是有功电流和无功电流的矢量和，当电动机处于满负荷运行时，有功电流大于无功电流，总电流的功率因数较高，而当负载下降时，有功电流减小，无功电流基本不变，所以功率因数降低。
可以这样认为：当电动机的输出功率一定时，功率因数越低，就意味着其所需的无功功率越大，因而造成的损耗也较大。实践证明，无功功率所产生的电能损耗，主要是发生在输配电线路上的，对于那些距离电源较远，线路电阻比较大，电动机运行功率因数低的终端设备，所造成的无功损耗就更加突出了。
2.无功功率就地补偿原理及电容量的选择
2.1因为在电容负载中产生的超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补偿，所以在电动机电源终端并联一个适当容量的电容器，就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而减少输配电线路上的总电流，降低线路损耗。
若对该电动机的无功功率进行就地补偿，使其无功功率为Q2，视在功率为S2。这时我们可以看出，就地并联安装了一个Qc＝(Q1-Q2）的无功电容量以后，电动机从电源吸收的无功功率就由原来的Q1减到Q2，视在功率S2＜S1，功率因数得到提高。很显然，无功功率就地补偿后，就等于减少了线路输送的视在功率。。
2.2在给电动机选择补偿电容量时，根据电动机功率的大小，以及补偿前后的功率因数值进行如下选择：
即：Qc=Q1-Q2
Qc——补偿电容量
P——电动机功率
一般情况下，选择的补偿电容量，只要能够补偿0.9～0.95就可以了，不宜选择过高补偿，否则会使投资费用大幅度增加。
在选择补偿电容量时，如果无法确定电动机的运行功率因数值，也可以根据以下的经验公式进行选择：
即：Qc＝(1／4～1／3）P
这种选择一般可以达到补偿要求，而且不会出现过补偿的情况。
3.无功功率就地补偿的经济效益
从以上的分析中，我们了解到，电动机无功功率就地补偿后，实际上是节约了线路输送的视在功率，而视在功率转换为有功功率，就相当于节约了有功功率。
P——相当于节约的有功功率
S——节约的视在功率
P——电动机有功功率
S1——补偿前的视在功率
I1——补偿前线路电流
则其节电率为：
×100%＝11.76%
电流节约率：(I1-I2)/ I1×100%＝(105-94)/105×100%＝10.48%
电流节约率＜η说明补偿正确。
注意：电流节约率不等于节电率。
如果每年按运行250天计算，则年可节电为：
(1.73×380×105×0.85×0.1176×24×250)/1000
＝41400kWh
每kWh电价按0.5元计算，年可节约电费：
0.5×41400=20700元
每kVar电容量以55元的价格计算，投资回收期为：
T=(19×55×250)/(20700)=13天
可见，无功功率就地补偿，是一种投资少，见效快的节电措施，仅节约线损这一项，一般在一个月以内就可收回投资。
4.补偿电容器的安装位置及注意事项
4.1安装就地补偿电容器时，应把它并接到电动机控制接触器的负荷侧，或者电动机的进线端，使之与电动机一起投入一起停用。但对于Y-起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上，使电动机在Y连接起动时，同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后，电动机进入连接运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。。
4.2安装补偿电容器的电动机，不能承受反转或反接制动。
4.3电动机仍在继续运转，并产生相当大的反电势时，不能再起动。。
4.4应避免电容器和电动机产生自激电压。
5.电动机无功功率就地补偿的应用范围
5.1长期连续运行的电动机，经常轻载或空载运行的电动机。
5.2离供电变压器距离较远的电动机，一般不小于10米。
5.3单台容量较大的电动机，一般高压电动机不小于90千瓦，低压电动机不小于5.5千瓦。
参考文献
[1]三相异步电动机经济运行. 国标(GB12497-1995).
[2]供配电系统设计规范. 国标(GB50052－1995).
无功功率范文3
因为电容器有贮能的功能，无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。
把具有容性功率负荷的装置（电容器）与感性功率负荷（电机等线圈）并连接在同一电路，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。
（来源：文章屋网 ）
无功功率范文4
关键词：电网；无功功率补偿；电力系统
中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2011）-12-0-01
由于电力系统中无任是发电机、输电设备和用电设备，它们的技术参数是由电阻、电抗、电容等组成，无功分量是由电抗、电容产生，电抗、电容中电流的电角度相差180度，矢量方向相反；在电力系统运行中一般电抗值大于电容值，也就是缺少容性无功功率，所谓的无功补偿就是电容补偿。我国规定电力系统有功和无功比值是1比0.75(功率因数COS￠=0.8)；一旦失去比例对电网的电能质量将受到影响，造成电能损耗加大或电压不稳定运行；又影响企业的正常生产。造成的损失也是不可估量的。
电能的生产、转换工艺，是由发电机设备、电能的输送设备、电能的转换（机械能、热能等等）。所有的设备都是由铁及金属线、金属绝缘线组成，在电网中存在着电阻、电抗、电容等，交流电能的指标包括电压、频率、电流、相位、功率因数等，交流电是矢量，在电力系统中以电压相位为参考，纯电阻负荷中的电流与电压同相，之间的电角度为零度；纯感性负荷中的电流滞后电压90度电角度；纯容性负荷中的电流超前电压90度电角度；纯感性负荷与纯容性负荷中电流方向相反（相互抵消）。达到国家标准比例运行，一般是加装电容补偿。
无功功率范文5
关键字：无功功率补偿装置，功率因数，供电效率
中图分类号：TG501.3 文献标识码：A 文章编号：
1按投切方式分类
1.1延时投切方式
延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。
1.2瞬时投切方式
瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。
动态补偿的线路方式
1)LC串接法原理如图1所示
这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。
2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件，C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关，另一相直接接电网省去一组开关，有很多优越性。
作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。
元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷却方式也要考虑周全。
1.3混合投切方式
实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失。
2.在无功功率补偿装置的应用
在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。
3无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件--集成线路--单片机--DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器"，名称里出现的"无功功率"的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。
3.1功率因数型控制器
功率因数用cosΦ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。
1） "延时"整定，投切的延时时间，应在10s-120s范围内调节 "灵敏度"整定，电流灵敏度，不大于0-2A 。
2）投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85（滞后）-0.95（超前）范围内整定。
3）过压保护设量。
4）显示设置、循环投切等功能。
这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。举例说明：设定投入门限；cosΦ=0.95（滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。
3.2无功功率（无功电流）型控制器
无功功率范文6
关键词：变电站；输电线路负载；传输；有功功率；无功功率
作者简介：李井阳（1964-），男，吉林双阳人，国网吉林省电力有限公司培训中心，高级讲师；贾建夫（1961-），男，吉林九台人，国网吉林省电力有限公司培训中心，高级讲师。（吉林 长春 130062）
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0266-02
通过输电线路连接的两个电网或两个变电站，从一侧传输到另一侧的功率最好只有有功功率，而无无功功率。否则，就会使输电线路总的电流增大，压降也增大，有功损耗也增多，对电网是不利的。然而大多数情况下，一个变电站所提供的总的无功功率超过输电线路负载（输电线路本身有电阻和感抗，所以它本身就相当于一个负载），本身需要无功功率时，就会传输到对侧变电站。本文利用相量图可以直观地分析出其中的原理。
一、系统分析
本文所研究的电网为环网运行系统的一部分，以220kV电网为例，输电线路两侧变电站都有电源和负荷，整个电网的中性点直接接地，故可以认为系统中所有变电站的中性点都相当于接在一个点上，按电动机负载惯例[1]进行分析，各电源和输电线路负载的电流参考方向选择和其电压为关联方向；各电源的电压参考方向取其本身的“+”极指向“-”极方向。输电线路两端电压的参考方向由A1指向A2，电路如图1所示。
为了突出研究的重点，本文不分析输电线路的充电电容电流，因为它与输电线路中的串联参数起的作用不同；也不考虑变电站等值电源的内阻抗，而是多数采用定性分析的方法。
由于电力系统中A、B、C三相是对称的，因此可以用单相回路图进行分析，图2为A相电路接线图。
一般情况下，相邻两个变电站母线上的电压相位差较小（其大小及相位是由电网的结构、参数、发电机和负荷的位置决定的）。在图2中，超前相电源1（相对于电源2而言）的电压用u1表示，滞后相电源2的电压用u2表示。为了能够清晰地分辨出每个相量，故把两个变电站母线上对应相电压的相位差画大一些，以30°为例。并以某220kV联络线路的阻抗Z=7.2+j27=28∠75°Ω为例，（即阻抗角为75°，不同输电线路的阻抗角是不同的，但阻抗角都比较大），这是分析问题的主要参数。对同一条输电线路，其串联的阻抗参数基本不变。
在以下各相量图中，为清晰直观，除了两电源电压和末端画在一起（N1和N2都接大地相当于一点）外，其他每个相量不是从原点开始画出，而是在接线图对应位置画出各电压和电流的相量。
由于所接输电线路负载的阻抗角为75°，故流过输电线路负载的电流落后其两端电压亦为75°。根据KCL，对于图2中连接点A1可得：i1+i=0，即i1=-i，可在对应相量图3中得=-；对于连接点A2而言：同理可得=；所以：==-（以下都会直接用到此结论），相量图如图3所示。[2]从电工理论[3]可得出电路中实际电流的方向不随所选择参考方向的改变而改变。以下每个相量图都遵循这一原理。
二、两个电源之间传输无功功率分析
在以下分析中，设输电线路的阻抗参数不变，两个电源电压u1超前u2相位30°。首先要对两个特殊点进行分析，其他区间就容易理解了。
1.电源1的电压与其电流反相时
为了使电源1的电压u1与其电流i1反相，或者与输电线路负载中的电流i同相，必须使图3中的电压三角形一个底角ψ1与阻抗角75°相等（同位角相等），及前边假设的前提，画出图3。
由于假设顶角为30°，所以导致另一个底角也为75°，正好使输电线路两端电压U12和两个电源电压U1、U2组成一个等腰三角形，即U1=U2。
由画图3时每个相量的条件可知，当系统在此状态下运行时，电源1中的电压u1与电流i1相位相反（电流i1、i2的相量由输电线路负载中的电流i决定，前边已述及，下同），因此，电源1只发出有功功率，而不会提供无功功率。除了此时输电线路的阻抗角与u1和u12两相量之间的夹角ψ1（即相位差）相等的条件外，其他任何时候，电源1都会提供无功功率（提供的无功为感性或容性，由其电流超前或滞后其电压决定）。
此时电源2中的电流i2比电压u2超前30°相位角，电源2变为电阻电容负载，而输电线路是电阻电感负载，根据已有条件，设U1=U2=U，由图3可得：
U12=2×U1×sin（30°/2）=0.5176×U
则各元件的有功功率和无功功率S=P+jQ为：
电源1：
S1=U1×I∠180°=-UI
输电线路：
S=U12×I∠75°=0.5176×U×I∠75°
=0.5176×（cos75°+jsin75°）UI
=（0.134+j0.5）UI
电源2：
S2=U2×I∠-30°=U×I∠-30°
=（cos（-30°）+jsin（-30°））UI
=（0.866-j0.5）UI
