電力中級(jí)工程師論文
電力中級(jí)工程師論文
電力是重要的動(dòng)力和資源,是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家搜集整理的關(guān)于電力中級(jí)工程師論文的內(nèi)容,歡迎大家閱讀參考!
電力中級(jí)工程師論文篇1
淺談電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償
在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的很多電氣設(shè)備如電弧爐、電動(dòng)機(jī)、變壓器等,它們屬于既有電感又有電阻的感性負(fù)載,這些感性負(fù)載在正常運(yùn)行中,會(huì)建立交變磁場(chǎng),進(jìn)行著“電”“磁”之間的轉(zhuǎn)換。這些電感性負(fù)載的電流和電壓向量之間存在著一個(gè)相位差,相位差的余弦cosφ即是功率因數(shù),它是有功功率(P)與視在功率(S)之比。功率因數(shù)是電氣設(shè)備合理使用狀況及用電管理水平的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo),可以衡量電氣設(shè)備效率的高低。
交流電源提供的功率為視在功率(S),視在功率不等于有功功率(P)也不等于無(wú)功功率(Q)。視在功率、有功功率和無(wú)功功率的關(guān)系可以用功率三角形來(lái)表示,如圖1所示:
功率三角形實(shí)際是一個(gè)直角三角形,兩個(gè)直角邊分別是有功功率和無(wú)功功率,斜邊為視在功率,有功功率和視在功率的夾角為功率因數(shù)角(φ),它表示交流回路中電壓與電流之間的相位差。從以上功率三角形中可以看出,當(dāng)設(shè)備的視在功率一定時(shí),如果功率因數(shù)降低,有功功率也就隨之降低,此時(shí)無(wú)功功率就會(huì)增大,這樣線路及變壓器就會(huì)傳送更多的無(wú)功功率以滿足電網(wǎng)需求,從而降低了設(shè)備的利用率,也增加了電氣設(shè)備及線路中的損耗,因此電力系統(tǒng)必須采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)拇胧?,以提高功率因?shù)。
1 無(wú)功功率及無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍?/p>
在電力系統(tǒng)中,變壓器、電動(dòng)機(jī)等一些電氣設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,當(dāng)設(shè)備線圈流過(guò)交流電流時(shí),在鐵芯中會(huì)產(chǎn)生交變磁通,在交變磁場(chǎng)的作用下,這些電氣設(shè)備才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞,建立磁場(chǎng)所需要的電流是電感性的,相位滯后電壓90度,屬于無(wú)功電流。因此為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無(wú)功功率,無(wú)功功率并不會(huì)直接轉(zhuǎn)化為熱能或者機(jī)械能,它們并不是“無(wú)用”的電功率,相反它們是電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)必備條件。無(wú)功功率在電網(wǎng)中不會(huì)被消耗,它只是與電能一直進(jìn)行著周期性轉(zhuǎn)換,并沒(méi)有真正消耗能量,因此這類功率通常稱之為無(wú)功功率,為保證電力系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行,電力系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無(wú)功電源,兩者缺一不可。
電流在電感元件中做功時(shí),電壓超前于電流90度,而電容器接入電力系統(tǒng)后,其電壓滯后電流90度,在同一電路中,流過(guò)電容設(shè)備的電流與流過(guò)電感設(shè)備的電流方向正好相反,相差180度,所以流過(guò)電容器的電流與用電設(shè)備建立磁場(chǎng)所需要的無(wú)功電流相位相反,可以互相抵消(補(bǔ)償),從而使總電流減小,因此,在電力系統(tǒng)中,常把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷連接在同一電路中,通過(guò)容性設(shè)備與感性負(fù)荷之間的能量相互轉(zhuǎn)化,從而使感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率得到補(bǔ)償,也就是電力系統(tǒng)所說(shuō)的無(wú)功補(bǔ)償。
2 無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)的功率平衡是指電力有功功率和無(wú)功功率的平衡,電能具有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是不能儲(chǔ)存,在任何時(shí)刻,電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸送、分配和消耗在功率上必須嚴(yán)格保持平衡,否則電能質(zhì)量就不能保證。當(dāng)系統(tǒng)供給的有功功率大于負(fù)載消耗的有功功率時(shí),系統(tǒng)頻率就會(huì)升高,當(dāng)系統(tǒng)供給的有功功率小于負(fù)載消耗的有功功率時(shí),系統(tǒng)頻率就會(huì)降低。在電力系統(tǒng)中,電壓與無(wú)功功率也是一對(duì)統(tǒng)一體。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出的無(wú)功功率大于負(fù)載所消耗的無(wú)功功率時(shí),系統(tǒng)電壓就會(huì)升高,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出的無(wú)功功率小于負(fù)載所消耗的無(wú)功功率時(shí),系統(tǒng)電壓就會(huì)降低,無(wú)功功率嚴(yán)重不足時(shí),會(huì)造成電力系統(tǒng)電壓急劇下降,可能會(huì)使系統(tǒng)瓦解,造成電網(wǎng)大面積停電。
因此在電力系統(tǒng)中,為保障供電質(zhì)量以及提高電氣設(shè)備利用率,電力系統(tǒng)會(huì)采用大量的無(wú)功補(bǔ)償裝置,為避免輸電系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳輸無(wú)功功率而增大無(wú)功損耗,電力系統(tǒng)基本在受電端安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置即采用就地平衡的原則以保證系統(tǒng)各樞紐變電站的電壓能夠滿足規(guī)定的要求。
3 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膸追N方式
近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電力系統(tǒng)也得到快速的發(fā)展,尤其是大范圍的高電壓甚至特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的逐漸形成,負(fù)荷的增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅度上升,因此無(wú)功功率的平衡也成為了更多人關(guān)注的焦點(diǎn),無(wú)功補(bǔ)償裝置的多樣性及技術(shù)的先進(jìn)性也得到了很大的提高。目前,我國(guó)電力系統(tǒng)主要有以下三種無(wú)功補(bǔ)償方式:
3.1 并聯(lián)電容器和同期調(diào)相機(jī)
裝設(shè)并聯(lián)電容器是電力系統(tǒng)中補(bǔ)償無(wú)功功率最常用的方法之一。并聯(lián)電容器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單,安裝、運(yùn)行以及維護(hù)方便,損耗低,效率高,缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定的無(wú)功,不能夠連續(xù)調(diào)節(jié),有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象,而且易與系統(tǒng)中的感性元件發(fā)生并聯(lián)諧振導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。由于電容器輸出的無(wú)功功率與系統(tǒng)電壓的平方成正比,當(dāng)系統(tǒng)電壓降低時(shí),電容器輸出的無(wú)功也將會(huì)隨之下降。比如,當(dāng)系統(tǒng)電壓降低5%時(shí),電容器輸出的無(wú)功功率將會(huì)下降10%左右,電容器無(wú)功功率輸出的減少將會(huì)導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降,此時(shí)電容器就不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。同期調(diào)相機(jī)在運(yùn)行原理上相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī),通過(guò)改變同期調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁電流,可以使同期調(diào)相機(jī)既能供給系統(tǒng)滯后的無(wú)功功率又能從系統(tǒng)吸收滯后的無(wú)功功率。所以同期調(diào)相機(jī)既可作為無(wú)功電源使用,也可作為無(wú)功負(fù)荷使用。同期調(diào)相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)適當(dāng)調(diào)整它的勵(lì)磁電流可以平滑地改變同期調(diào)相機(jī)所供給或吸收的無(wú)功功率,使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1。其主要缺點(diǎn)是投資大,而且由于同步調(diào)相機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)下,勵(lì)磁電流較大,其損耗也比較大,發(fā)熱比較嚴(yán)重,因此隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,同步調(diào)相機(jī)已很少使用。
3.2 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)
隨著科學(xué)技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展,使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置包括晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)。晶閘管投切電容器可以通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制電容器數(shù)量的投切,從而達(dá)到可以改變向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功功率的大小。TSC由于通過(guò)電容的電流為一整個(gè)周期的正弦電流,所以不會(huì)產(chǎn)生高次諧波。SVC能夠平滑調(diào)節(jié)容性或感性無(wú)功功率,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。SVC和傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器及同步調(diào)相機(jī)相比,它具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)性能好、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)。但是,無(wú)論何種型式的SVC,它之所以能夠補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功功率,主要依靠的是內(nèi)部電容器元件,但由于之前所說(shuō),電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電容器所承受的電壓平方成正比,因此當(dāng)電網(wǎng)電壓較低時(shí),SVC仍然無(wú)法通過(guò)電容器增加無(wú)功功率的輸出,這是靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法克服的缺陷。
3.3 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)
靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)是指采用全控型電力電子器件組成的橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置,其又稱靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM),其基本原理是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件如絕緣柵雙極型功率管組成自換相橋式電路,并通過(guò)降壓變壓器或者其他電氣設(shè)備接入電力系統(tǒng),通過(guò)控制橋式電路交流側(cè)電流或者適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。SVG不僅可以發(fā)出電網(wǎng)所需的無(wú)功,還可以根據(jù)負(fù)荷的變化,吸收電網(wǎng)多余的無(wú)功。SVG裝置補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間很短,可達(dá)到微秒級(jí),因此能夠在極短時(shí)間通過(guò)改變運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。
SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中,相當(dāng)于一個(gè)可控的無(wú)功電流源,它作為一個(gè)有源型補(bǔ)償裝置,還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償基波無(wú)功及各次諧波,SVG濾波性能不受系統(tǒng)參數(shù)變化的影響,它比SVC裝置的調(diào)節(jié)速度更快,運(yùn)行范圍從感性到容性都能實(shí)現(xiàn),而且SVG不像SVC那樣需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件,因此SVG占地面積更小,并且它還具備分相調(diào)節(jié)的能力,能夠?qū)崿F(xiàn)不對(duì)稱負(fù)荷的平衡補(bǔ)償,SVG對(duì)無(wú)功電流和電壓的控制精度也比SVC更高。SVG諸多的優(yōu)點(diǎn)使它成為新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置的代表。隨著電力電子技術(shù)的日漸成熟,SVG在電力系統(tǒng)中的大量應(yīng)用將會(huì)是電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。
4 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái),隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,用于提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、提高功率因數(shù)以及改善用戶電能質(zhì)量。眾所周知,風(fēng)能是一種清潔能源,但由于風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身的運(yùn)行特性,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率是波動(dòng)的,導(dǎo)致并網(wǎng)功率因數(shù)不合格、電壓偏差等問(wèn)題。為解決風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行存在的電壓穩(wěn)定問(wèn)題,各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都采取了各種方式來(lái)提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性,但SVG是目前最先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),它在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用極大地補(bǔ)償了風(fēng)電的無(wú)功功率以及對(duì)諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,提高了風(fēng)電場(chǎng)電壓的穩(wěn)定性。
SVG可以克服傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置存在的不足,為電網(wǎng)或用電負(fù)荷提供快速、連續(xù)有緣動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波,可有效提高電網(wǎng)電壓暫態(tài)穩(wěn)定性、抑制母線電壓突變,補(bǔ)償系統(tǒng)不平衡負(fù)荷,而且能夠提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)。因此,發(fā)展SVG裝置具有巨大的社會(huì)效益,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。SVG技術(shù)代表了現(xiàn)階段無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理、電能質(zhì)量控制的發(fā)展趨勢(shì),隨著電力電子技術(shù)以及電網(wǎng)運(yùn)行水平的發(fā)展,SVG必將在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
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