【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 工程上，把電壓電流有效值的乘積作為電氣設(shè)備功率設(shè)計(jì)極限，這個(gè)值也就是電氣設(shè)備最大可利用容量，稱為視在功率： =SUI 有功功率和視在功率的比值為功率因數(shù)： =PS? 非正弦電路無功功率和功率因數(shù) 在含有諧波的非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義和正弦電路相同。經(jīng)傅里葉分解，有功功率 P 為： 2 π n0 11= d (ω ) = c o s2 π nnP u i t U I ???? 視在功率 S為 : 2211== nnS U I U I????? 其中， nU，I為第 次諧波電壓、電流有效值， nQ 為第 n次諧波電壓與電流相角差， ( n=1,2,3? )。 含有諧波的非正弦電路中的無功功率情況非常復(fù)雜，至今沒有被廣泛接受?？梢远x無功功率： 7 22Q S P? 其中，無功功率 Q 只反映了能量的流動(dòng)和交換，并不反映能量在負(fù)載中的消耗。因此，這一定義被廣泛接受。但是，這一定義對(duì)無功功率的描述是很粗糙的，它沒有區(qū)別基波電壓和電流之間產(chǎn)生的無功功率。也就是說，這一定義，對(duì)于諧波源和無功功率的辨識(shí)，對(duì)于理解諧波和無功功率的流動(dòng)，都缺乏明確的指導(dǎo)意義。于是，為了更加清楚，也可以這樣定義無功功率： f n n n1 sinQ U I ??? ? 其中， fQ 是由同頻率電壓和電流正弦波分量之間產(chǎn)生的， fQ 已沒有度量電源和負(fù)載之間能量交換幅度的物理意義了。 無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償原理 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能： (1) 對(duì)動(dòng)態(tài)無功負(fù)荷的功率因數(shù)進(jìn)行校正，使其保持在一定范圍內(nèi)； (2) 改善電壓，防止過電壓和欠電壓； (3) 減小電壓和電流的不平衡； (4) 減少電壓波動(dòng)，抑制電壓崩潰； (5) 減少諧波； (6) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限值； (7) 提高系統(tǒng)三相平衡化，使系統(tǒng)三相平衡程度提高。 8 阻抗補(bǔ)償方案 晶閘管投切電容器 TSC (a）單相結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (b）電壓 — 電流特性 圖 21 晶閘管投切電容器 TSC(thyristor switched capacitor)電路如圖 21 所示，通過控制晶閘管開關(guān)在電網(wǎng)上投切并聯(lián)電力電容器 C，改變電網(wǎng)負(fù)載的總阻抗性質(zhì)。其中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流的。因此，當(dāng)電容器投入時(shí)， TSC 的電壓 —— 電流特性就是該電容的伏安特性 。電容器 C 從電網(wǎng)吸收容性電流，相當(dāng)于為電網(wǎng)提供感性電流，從而補(bǔ) 償電網(wǎng)的無功，負(fù)載無功功率的大小是隨機(jī)變化的，因此一般設(shè)置多個(gè)小容量的 TSC，根據(jù)情況分級(jí)投切，才能得到較好的補(bǔ)償效果。其電壓 —— 電流特性按照投入電容器組數(shù)的不同可以是圖 11（ b）中的 OA、 OB 或 OC。當(dāng) TSC 用于三相電路時(shí)，可以是 ? 連接，也可以是 Y 連接，每一項(xiàng)都可以設(shè)計(jì)成分組投切的。盡管這種方法的調(diào)節(jié)是有限的，但補(bǔ)償電流不含諧波。 電容器的分組投切在較早的時(shí)候大多是用機(jī)械斷路器來實(shí)現(xiàn)的，即投切電容器，和機(jī)械斷路器相比 ，晶閘管的操作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，以減少投切時(shí)的沖擊電流和操作困難。另外與 TCR 相比， TSC 雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，但具有運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點(diǎn)。 9 晶閘管控制電抗器 TCR （ａ） 單相 （ｂ） 三相 圖 22 晶閘管控制電抗器 TCR TCR(thyristor controlled reactor)電路如圖 2－ 2 所示 TCR 采用相控原理，其有效移相范圍為 90176?！?180176。當(dāng)觸發(fā)角 α=90176。時(shí)，晶 閘管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角 δ=180176。，此時(shí)電抗器吸收的無功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式 m a x ( sin ) /LLBB ? ? ???和 max 1/LLBX? 中 可知：增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量。所以通過調(diào)整觸發(fā)延遲角 α的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效果。 在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用晶閘管控制電 抗變壓器。這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過較小的電抗器與晶閘管連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無功補(bǔ)償。 由于單獨(dú)的 TCR 只能吸收無功功率，而不能發(fā)出無功功率，因此可以將并聯(lián)電容器與TCR 配合使用構(gòu)成無功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器 (TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器 (TCR +MSC)。這種具有 TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用廣泛。 10 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TSC 圖 23 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TSC 晶閘管控制串聯(lián)電容器 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)由串聯(lián)補(bǔ)償電容器和與其并聯(lián)的晶閘管控制的電抗器組成，在實(shí)際中一般用幾個(gè)基本 TCSC 模塊串聯(lián)而成以得到所需的電壓等級(jí)和工作特性。 TCSC 基本思想是通過控制 TCSC 并聯(lián)支路的晶閘管的觸發(fā)延遲角控制電抗器來部分抵消串聯(lián)電容以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償電容值的連續(xù)調(diào) 節(jié)。 TCSC 可以控制為合適的電容或者電抗，從而通過調(diào)節(jié)傳輸線的阻抗來調(diào)節(jié)線路的功率潮流傳輸。然而 TCSC 存在一些缺點(diǎn)：第一，由于 TCSC 的等效阻抗是通過控制其晶閘管導(dǎo)通延時(shí)角來調(diào)節(jié)，所以其晶閘管是部分導(dǎo)通的，這樣會(huì)在線路中注入低次諧波電壓 。 第二， TCSC 的阻抗調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，在 其最小等效容性阻抗 minCX和最小等效感性阻抗 minLX間存在一個(gè)不可 控區(qū)，若 TCSC 是由基本單元串聯(lián)而成，則它的阻抗不可控區(qū)將很大，使 TCSC 無法完全對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制。一般系統(tǒng)傳輸線路中分設(shè)多個(gè) TCSC元件，協(xié)調(diào)調(diào)控有效減小整個(gè)系統(tǒng)阻抗不可控區(qū) 。第三， TCSC 只實(shí)現(xiàn)對(duì)線路阻抗的補(bǔ)償，而不改變線路感性性質(zhì)，所以 TCSC 只可調(diào)節(jié)潮流大小而不改變潮流方向 。第四，串聯(lián)電容與傳輸 線路電抗會(huì)在次同步頻率點(diǎn) ef= (電 網(wǎng) 頻 率 ) －mf( 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩諧振頻率 ) 發(fā)生次同步諧振，所以實(shí)際應(yīng)用要防止與系統(tǒng)發(fā)生同步諧振，常在電感支路中串聯(lián)一個(gè)小電阻 R，阻尼電力系統(tǒng)的此同步諧振。 電壓源變流器型補(bǔ)償方案 電壓源變流器型補(bǔ)償是利用電力電子開關(guān)組成變換器，向電網(wǎng)提供負(fù)載需要的無功功率，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｗ儞Q器可以和電網(wǎng)并聯(lián)，向電網(wǎng)注入無功電流，也可以串聯(lián)在電網(wǎng)中，補(bǔ)償基波電壓。 11