【正文】 同時本文還指出 電力系統(tǒng)中無功補償方式 就 安裝的位置而言，顯然無功就地補償最好，這樣無功負荷需要的無功功率就及時得到補償，但由于負荷比較分散，數(shù)量也比較多，這就要求無功補償裝置體積小、成本低、操作方便、易于維護和安裝，且須能進行動態(tài)補償，即隨著負荷對無功功率的要求而發(fā)出負荷需要的無功功率。 仿真工作概況：負載 load1 為純阻性一開始就接入系統(tǒng)， 5 s 開關 switch 閉合，將純感性性負載 load2 接入系統(tǒng)，系統(tǒng)功率因數(shù)降低。 為無限大系統(tǒng) 。當 ??? ??t 時， V2 觸發(fā)導通，進入狀態(tài) 3，這樣可控電抗器在一個周期內(nèi)按照狀態(tài) 2→狀態(tài) 1→狀態(tài) 2→狀態(tài) 3 的次序輪流切換、工作。以后每半周期在過零點處輪流觸發(fā) V V2。給定并聯(lián)電容器的并聯(lián)組數(shù)為 K，且沒有任何兩種電容器的組合相同時，就可確定最大級數(shù)。當 ? 為 90o～ 180o之間時為部分導通，在 0o～ 90o之間的觸發(fā)角是不允許的，因為 20 它們將產(chǎn)生含有一直流分量的不對稱電流。在輸電系統(tǒng)，控制長距離輸電線甩負荷、空載效應等引起的過電壓；改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定抑制系統(tǒng)的無功功率及電壓振蕩；維持輸電線的電壓，提高線路輸送有功的能力，特別是由于它的快速反應，使其能對故障引起的系統(tǒng)擾動提供較好的阻尼。 (5) 有利于潛供電弧的消滅和裝設單相快速自動重合閘。它通過向超高壓、大容量的電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的感性無功功率，補償電網(wǎng)的剩余容性充電無功功率，控制無功功率潮流，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。另外，這種補償方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，但無功功率補償容量和范圍相對小些，效果明顯，因此采用比較普遍。 它與用電設備共用一套斷路器，也可以獨立使用一套斷路器，通過控制、保護裝置與用電設備同時投切，所以個別補償也稱隨機補償。其相量圖關系如圖 (c)、 (d)所示。 并聯(lián)電容器補償無功功率的原理 電力系統(tǒng)中的大部分負荷是電感性的，這些感性負荷要消耗大量的無功功率，例如，感應電動機消耗的無功功率約占其總功率的 60%70%，變壓器約占其總功率的 20%25%，而空 載運行時，變壓器的功率因數(shù)只有 左右，感應電動機只有 左右。 用于電力系統(tǒng)無功功率補償 [10]的靜態(tài)無功功率補償裝置有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器及其組合。 (9) 避免系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故，提高運行安全性。 (4) 整流裝置。變壓器是電力系統(tǒng)的又一無功功率消耗大戶。同步調(diào)相機是一種特制的同步電動機，軸上不帶機械負載，專門用于補償無功功率。所以，我們要保證電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，就必須先保證電力系統(tǒng)無功功率的平衡。反之，如果無功功率不足，系統(tǒng)只能在較低質(zhì)量的電壓水平下運行。 以下就以無功功率為研究出發(fā)點，再較為詳細介紹靜態(tài)無功補償技術(shù) [4]，其中包括并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，串聯(lián)電容器，串聯(lián)電抗器等等，其中串聯(lián)電抗器由于原理上的缺陷即導致靜態(tài)穩(wěn)定極限減小，對電網(wǎng)不利，沒有廣泛采用，而串聯(lián)電容器只是在高壓輸電系統(tǒng)中為提高穩(wěn)定性，或在中壓配電系統(tǒng)中位改善電壓質(zhì)量，有一定的適用范圍。并簡要介紹了 晶閘管相控電抗器型（ TCR），晶閘管投切電容器型（ TSC） ， TCR+TSC 混合型 以及可控飽和電抗器的工作原理及應用 。這兩種裝置統(tǒng)稱為靜止無功補償器 SVC[6]，這是由于它們均使用電力電子開關代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關接入系統(tǒng)。電壓時電能質(zhì)量的主要 指標之一，電壓質(zhì)量對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，降低線路損耗和保證工農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要意義。 (1) 同步發(fā)電機。 (3) 同步電動機。電抗中的無功功率消耗是感性無功功率，與負荷有關，隨負荷隨機變化，變化范圍很大。 無功功率補償 無功功率補償?shù)淖饔? 電力 系統(tǒng)網(wǎng)絡中不僅大多數(shù)負荷要消耗無功功率，而且大多數(shù)網(wǎng)絡組件也要消耗無功功率。根據(jù)電壓等級的不同分為，可以分為低壓無功功率補償裝置和高壓無功功率補償裝置。由于串聯(lián)電容器和傳聯(lián)電抗器不如并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器方便，無功功率補償效果也不及并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，因此，靜態(tài)無功補償主要采用并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電容器 并聯(lián) 電容器是指并聯(lián)在系統(tǒng)的電容器。假設負荷時電阻 R 和電感 L 組成的并聯(lián)電路，對 R、L 電路進行無功功率補償，就需要對電路并接電容 C， 等值電路與向量圖如圖 所示。其優(yōu)點 是 安裝方便，有利于控制電壓水平 ，且易與實現(xiàn)自動投切，運行可靠，利用率高，維護方便，能減少配電網(wǎng)、用戶變壓器及專供線路的無功負荷和電能損耗。這種方式用在負荷比較分散、補償容量小的企業(yè)比較適宜。如果補償電容器容量過大，可能因電動機慣性轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生過電壓，導致電動機損壞。這樣，負荷在空載或輕載會引起輸電線路末端電壓過分升高，發(fā)電機產(chǎn)生自勵。與同步調(diào)相機相比較， SVC 是完全靜止的設備。靜止無功功率補償器 的基本功能是無功功率動態(tài)補償，但是對電力系統(tǒng)的作用不限于無功功率調(diào)節(jié)本身，因為無功功率直接和系統(tǒng)電壓情況有關，因此維持電壓穩(wěn)定，消除電壓波動和閃變，使用SVC 是理想的方法。另外，晶閘管投切電容器雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，但具有運行時不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點。由于沖擊電流大，限制了一次投入的電容值，不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入，這將降低 補償?shù)臏蚀_性和減慢響應的速度，而且常會引起接觸器觸頭燒焊現(xiàn)象，使接觸器斷不開，影響正常工作 。 可控飽和電抗器 可控飽和電抗器是基于偏磁可調(diào)原理，其輸出感性電流大小取決于可控硅觸發(fā)角 ? ，? 越小，產(chǎn)生的控制電流越強，輸出的感性電流越大。 25 圖 可控飽和電抗器補償原理圖 可控飽和電抗器的優(yōu)點與缺點 以快速響應的磁飽和可控電抗器和并聯(lián)電容器 組成的補償元件，配以相應的快速無功功率檢測環(huán)節(jié)組成的無功功率補償系統(tǒng)，可以保證補償?shù)目焖傩?、準確性和合理性，能夠快速補償系統(tǒng)無功功率，使功率因數(shù)保持較高水平。 原理：用 系統(tǒng) 的電壓電流測得有功功率（ P）與無功功率（ Q）， Q/P=tanφ，通過 atan,與 cos模塊，得到功率因數(shù) cosφ。On39。 相信未來電力系統(tǒng)的發(fā)展必定以電力電子技術(shù)的發(fā)展為動力，發(fā)揮其越來越大的作用。 圖 示波器 Data history 35 點擊運行得到仿真結(jié)果如圖 圖 仿真結(jié)果 上圖 — PI 模塊輸出值變化 下圖 — 功率因數(shù)變化 仿真結(jié)果分析： （ 1） 05s，負載為純阻性，功率因數(shù)為 1， PI 輸出 為 0 晶閘管不導通，系統(tǒng)功率因 數(shù) 接 近于 1，由于 無功補償裝置及 系統(tǒng)內(nèi)阻影響，系統(tǒng)功率因數(shù)略低于 1,從圖中可知功率因數(shù)約等于 1 在誤差允許范圍內(nèi)。 PI輸出值與三角波比較構(gòu)成 01階躍信號對晶閘管進行相位控制。 通過這種方法可以達到對負載的功率因數(shù)進行及時調(diào)節(jié)，使其接近于1，提高系統(tǒng)的利用率。 24 圖 各狀態(tài)與 Au 和晶閘管觸發(fā)角 ? 之間的關系圖 可控電抗器的不同攻工作狀態(tài)、是由晶閘管與二極管所承受的電壓、電流及觸發(fā)脈沖信號決定。 （ 2） 晶閘管投切電容投切時間選取 [17]。 晶閘管投切電容器的基本原理 TSC利用單向晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管構(gòu)成的交流無觸點開關將單組或多組電容器 21 投入到電網(wǎng)上或從電網(wǎng)切除 [16]， 原理示意圖如圖 ，其中 左 是其單相原理電路圖； 中 是工程上常采用的多組接入原理電路圖，每組由晶閘管單獨投切； 右 是晶閘管投切電容器的電壓 — 電流特性。為確保兩晶閘管 V V2在正負半周內(nèi)可靠、對稱導通，避免偶次諧波和直流分量，應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。目前，由于它的兩大特點：一是靜止型，其主要部件是無轉(zhuǎn)動部分；二是動態(tài)補償，其反應速度很快，能及時跟蹤無功功率快速變化作出變化，達到所設計的各種控制目標。 (2) 改善了電網(wǎng)運行的安全性。 在過去相當長的時間內(nèi)，當我國一些電網(wǎng)低谷時電壓過高，如果采用發(fā) 電機進相運行和切除并聯(lián)電容器等措施效果不大或者這些措施難以實現(xiàn)時，多考慮裝設可投切并聯(lián)電抗器，并且依然是目前補償容性無功功率 (吸收感性無功功率 )的主導裝置。 分組補償常見的安裝方式有：①高壓補償裝置分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng) 6kV 配電線路的桿架上；②低壓補償裝置安裝于公用配電變器的低壓側(cè)或電力用戶各車間的配電母線上。低壓集中補償?shù)膬?yōu)點是：接線簡單、運行維護工作量小，使無功功率就地平衡，從而提高配電變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功功率補償中常用的手段之一。此外，在系統(tǒng)中有諧波時，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，并使諧波放大，可能會使電容器損壞。不過通常對于具體的電容器來說，一般以絕緣介質(zhì)的名稱來命名電容器，如空氣電容器，云母電容器、紙質(zhì)電容器、薄膜電容器 等。 8 第 二 章 靜態(tài)無功 功率 補償 靜態(tài)無功補償指阻抗固定，其補償容量不能實時跟蹤負荷無功功率的變化，主要是用于提供固定無功功率補償容量的一種無功功率補償方式。 (4) 提高發(fā)電機有功輸出能力。無 6 功功率損耗是由電力線路的電抗和電納造成的。所以系統(tǒng)中無功負荷的電壓特性主要是由異步電動機來確定的。但是，發(fā)電機應嚴格地按照有功功率 — 無功功率 (PQ)極限曲線運行，不得越出曲線范圍。電力系統(tǒng)正常運行時，應有充足的無功電源。當有功功率一定時，無功功率越大，則網(wǎng)絡中的有功功率損耗就越大。 無功功率與電壓的關系 [2]可以有如下解釋：如 圖 所示 圖 無功功率與電壓的關系 在環(huán)網(wǎng)中串入一附加電勢 ?E ，以 ?z 表示環(huán)網(wǎng)各線路阻抗和， Ex 表示縱向 附加電勢，相位與電壓一致， yE 表示橫向附加電勢，其相位與電壓差 ?90 NxNyNyxNyxNyxNfcfcfcUXEjUXERXUXRREXEjUXRXEREUjXREjEzUEjQPS??????????????????????????遠大于由于＊＊＊＊～2222)( 由上式及圖 的相量圖可見，改變無功功率主要是改變電壓的大小。 無功功率的主要作用體現(xiàn)在： (1) 由于電壓時衡量供電質(zhì)量的重要指標之一，無功功率平衡可以穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，防止因無功不足引起的電網(wǎng)電壓波動。輸送無功功率時需要消耗有功功率。電力部門 為了確保電力系統(tǒng)正常運行時能夠提供優(yōu)質(zhì)的電壓，確保優(yōu)質(zhì)的供電服務，必須確保各輸配電線路的母線電壓穩(wěn)定在允許的偏差范圍之內(nèi)。即當同步發(fā)電機在低功率因數(shù)情況下，可以發(fā)出無功功率。 異步電動機在電力系統(tǒng)運行負荷重占的比重非常大，是電力系統(tǒng)的無功功率消耗大戶。由于電力線路存在分布電容，能產(chǎn)生無功功率作為無功功率源，又由于自身串聯(lián)阻抗的作用，消耗無功功率作為 無功功率負荷。 (3) 改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力，并提供一定的系統(tǒng)阻尼。 同步調(diào)相機是一種旋轉(zhuǎn)機械，由于其有功功率損耗較大，運行 維護復雜、響應速度慢，已逐漸退出電網(wǎng)運行，正在被高性能的靜止無功功率補償裝置所取代。電容器的命名方法 很多，如按接入系統(tǒng)的方式的不同進行命名，分為并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器，按電壓級別的不同，分為高壓電容器、低壓電容器。 雖然并聯(lián)電容器補償方式比較簡單，而且成本也比較低，但這種方式只能補償固定的無功功率，因為一 旦電容值選定后，就確定了其相應的無功功率，而目前電容器的電容無法實現(xiàn)帶電連續(xù)改變，通常是采用分組投切的方法來改變并聯(lián)電容器的電容值。負荷較集中的小型企業(yè)用此補償方式較經(jīng)濟。 (3) 分組補償 分組補償又稱分散補償，它是根據(jù)各用戶的各個負荷中心，把補償裝置分成幾組安裝在功率因數(shù)較低的村鎮(zhèn)終端變、配電所高壓或低壓母線上或車間配電室或變電所分路出線上。低壓電抗器的主要特點是易于投切，主要用于運行方式變化中無功功率平衡和電壓調(diào)整。由于投切 電抗器可對線路的無功功率潮流進行調(diào)控，故減少了無功功率流動所造成的有功損耗，有利于減低線路損失。靜止無功功率補償系統(tǒng)中的各種無功 功率補償器都是用無功 功率器件 (電容器和電抗器 )產(chǎn)生無功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流，這種調(diào)節(jié)可以采用連續(xù)調(diào)節(jié)或投切的方法進行。這樣的電路并入電網(wǎng)中就相當于電感性負載的交流調(diào)壓電路，即此時電路可視為交流調(diào)壓器帶純電感負載的情況。 (2) 按應用范圍劃分：①負荷補償方式，該方式時直接地某一負荷進行針對性動態(tài)補償，消除對電網(wǎng)的無功功率沖擊，也稱分散補償；②集中補償方式，該方式時對電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)補償?shù)姆椒▉斫鉀Q整個電網(wǎng)的各種無功功率的波動問題，一般為高壓補償方式。 2)電容器必選要預先充電，使其兩端電壓為電網(wǎng)電壓峰值的 )1/( 22 ?nn 倍。 設電網(wǎng)電壓為 tUuA ?sin2? ，則上述各狀態(tài)與 Au 和晶閘管觸發(fā)角 ? 之間的關系如圖 所示。 檢測有關電量和設定量的大小來改變與電抗器串聯(lián)的晶閘管的導通角，能快速連續(xù)改變裝置的電感電流，從而獲得平滑調(diào)節(jié)的無功功率 。 圖 PI[20]對 Φ進行比例積分控制 ， 矯正誤差， 為保有裕量及與三角波進行歸一化處理， 通 過 Saturation模塊使輸出值 處于 。) 調(diào)節(jié)示波器背景及線的顏色，使得易于觀察，將背景設置為白色，波形設置為黑色，線粗度為 ，示波器 Data history 設置如圖 。 誠然，此