【文章內(nèi)容簡介】 相對穩(wěn)定的, 也就是說, 它對無功功率的補償量是固定的。最簡單的靜態(tài)無功補償如圖 2所示。圖2中, M代表需要滯后無功功率的用電設(shè)備, K2和C是用于向M提供無功的無功補償裝置。當K1閉合使M運行時,M從電網(wǎng)吸取有功功率和無功功率為減少電網(wǎng)中的無功水平,我們將閉合用中的超前電流補償中的滯后電流,完成無功補償任務(wù)。由于C的補償容量是固定的,它不能隨著實際無功的變化而變化。因此，它適用于無功變化不大的場合。但在實際用電系統(tǒng)中，無功往往變化很大，圖3所示的補償裝置顯然無法滿足要求。圖 3所示的電路是實用的無功功率補償裝置原理圖。圖 3所示電路中，當無功變化時，控制器檢測到該變化，并根據(jù)該變化控制補償電容器組的投切 達到按實際需求的無功量進行補償?shù)哪康?。無論是圖 2電路還是圖3 電路，電容器組的投切都是靠接觸器K來完成的,由于受所用器件固有特性的限制,在控制器檢測到無功的變化需要增投或切除補償電容器組時,要延時一定的時間再進行投切。因此，靜態(tài)無功補償也就是延時投切式無功補償。(3)動態(tài)無功補償由于靜態(tài)無功補償是延時投切式，這也就決定了它在無功變化很快且很大的情況下，滿足不了實際要求。為了能快速跟蹤補償電網(wǎng)中的無功變化，在現(xiàn)代電力電子器件和數(shù)字控制技術(shù)的支持下，具有瞬時投切能力的動態(tài)無功補償裝置應(yīng)運而生。圖4便是動態(tài)無功補償裝置原理圖。圖4與圖3比較可見,電路結(jié)構(gòu)是一致的,由動態(tài)補償控制器和無功功率調(diào)節(jié)器來控制晶閘管的快速通斷,實現(xiàn)對電力電容器的無涌流投切。這一元件的改變,使得整個補償裝置的性能得到了質(zhì)的飛躍,使1個電容器組的投切時間由幾百s縮短到二三十ms,也就是說在一二個周波內(nèi)就完成了1個電容器組的投切 從而做到了無功的補償量快速跟隨實際需求量的變化。無論是靜態(tài)無功補償，還是動態(tài)無功補償，都需要1個控制器來完成電網(wǎng)參數(shù)的測量計算，控制電容器組的投切。以接觸器作開關(guān)元件的靜態(tài)無功補償裝置，控制器發(fā)出的是接點信號，控制接觸器的吸合或斷開。以晶閘管作開關(guān)元件的動態(tài)無功補償裝置，控制器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號。無功補償有功率因數(shù)控制和無功功率（無功電流）。(1)功率因數(shù)控制功率因數(shù)控制就是以功率因數(shù)滿足要求為控制目標。用無功補償裝置進行補償， 使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。參照圖1。假設(shè)補償前的參數(shù)是有功電流，無功電流，總電流，功率因數(shù) 。我們將定為投門限，發(fā)出指令，投入一電容器組進行補償。補償后的參數(shù)為有功電流，=，無功電流，功率因數(shù)。，發(fā)出指令，切除一電容器組。 則保持不變。功率因數(shù)式控制器通過對電網(wǎng)的電壓，電流進行采樣檢測，析計算出當前的功率因數(shù)值。用當前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進行比較，以確定是投入，切除，還是保持不變。 則不論實際的無功功率值是多少，都保持當前的補償狀態(tài)不變。功率因數(shù)值是一個比例值，所以在重負荷時，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無功功率仍很大。用圖5以很清楚地說明重載時的情況。圖5中，負載大于負載，無功也大于，而這時的功率因數(shù)卻是相同的。雖然與的差值大于1或幾個電容器組的補償量，但卻由于此時的功率因數(shù)滿足要求而不會去投入。功率因數(shù)控制的另一個問題是輕載下的投切振蕩。圖6明了輕載振蕩的情況。圖6 中是輕載時的有功電流，是與之對應(yīng)的無功電流，且要小于1個電容器組的補償量。由于負載很輕。這時的功率因數(shù)很低。按照補償原理應(yīng)投入。個電容器組。用該組電容器的超前電流，去進行補償，補償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù) 功率因數(shù)只要一超前，就要立即切除一電容器組。而切除1功率因數(shù)又不夠，因此形成振蕩。(2)無功功率(無功電流)控制針對功率因數(shù)控制的問題 出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無功功率（無功電流）為被控制對象，即無功功率（無功電流）控制方式?？刂破鲗﹄娋W(wǎng)的電壓，電流進行采樣檢測，計算出當前的無功功率（無功電流）值。若當前值大于1電容器組的補償值，則切除1容器組。本方法補償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無功功率（無功電流）始終保持在一個較低的水平上。圖7所示是無功功率（無功電流）控制的補償效果示意圖。由于本方法的控制對象是無功功率（無功電流），而無功功率（無功電流）又始終保持在一個較低的水平上。因此，不會出現(xiàn)功率因數(shù)控制方式所出現(xiàn)的重載時功率因數(shù)滿足要求，但無功電流很大，而輕載時又容易產(chǎn)生投切振蕩的問題。《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 5022795)規(guī)定): “低壓并聯(lián)電容器裝置的安裝地點和裝設(shè)容量,應(yīng)根據(jù)分散補償和降低線損的原則配置”“……,電容器安裝容量可按變壓器的容量的10%~30%確定。”相比,可以發(fā)現(xiàn)規(guī)范對低壓并聯(lián)電容器裝置中的電容器容量沒有硬性規(guī)定,需要計算后才能確定容量。配電變壓器消耗的無功功率可按下式計算 ： ﹙1﹚式中 I0 _____變壓器的空載電流UK_____短路阻抗SN_____額定容量β_____負荷容量與額定容量之比﹙負載率﹚。從﹙1﹚式可知,當變壓器無負載﹙空載﹚時∶ ﹙2﹚式﹙2﹚說明變壓器空載時,變壓器消耗的無功功率只與變壓器的空載電流和容量有關(guān)。且是一不變數(shù)。當β從0變化到1時,將隨著β的增大而增大,最大為： ﹙3﹚也就是說,變壓器本體所需的無功功率最大值與變壓器的阻抗電壓有關(guān)。當變壓器的負載容量為S1時,功率因數(shù)為,變壓器負載所需的無功功率為 當負載容量不變,功率因數(shù)由提高到時，需補償?shù)臒o功容量為： ﹙4﹚在城網(wǎng)中,自然功率因數(shù)按，當目標功率因數(shù)提高到時,補償容量為： ﹙5﹚綜合﹙1﹚與﹙5﹚式,當自然功率因數(shù)和目標功率因數(shù)一定時,帶負載所需補償?shù)臒o功容量為： ﹙6﹚式﹙6﹚中第一項為變壓器固定補償,第二項為變壓器可變補償,第三項為改善該變壓器所帶負荷的功率因素所需的無功補償容量。從式﹙6﹚可見,在變壓器容量一定時, 取決于變壓器的負載率β。配電變壓器的負載率可能每一時刻都不一樣,隨季節(jié)、時段的變化相差很大, β實際上是平均負載率,可以通過大量的負荷實測數(shù)據(jù)和綜合測試儀的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計得出。 相位角檢測原理本方案控制器是基于功率因數(shù)的檢測來確定無功補償量，Ф角相電壓和相電流的相位差，由于Q直接與Ф的余弦值COSФ即功率因數(shù)成反比，所以對的準確且即時的檢測將影響控制器的無功補償精度?？紤]到在電壓電流相位相差不大時，或鑒于檢測變送元件本身檢測精度的限制而不能準確檢測無功功率，而引起誤差,因此為保證無功功率的準確補償,采取對α的檢測是很有必要的。檢測原理如下圖26 圖26 α角檢測原理圖因為，功率因數(shù)=, (27)因此對正弦函數(shù)sinα的控制和檢測也就實現(xiàn)了對無功功率的控制。 無功補償自動投切控制的意義無功補償方法通常有調(diào)相法TCR，TSC，SVC，他們都是采用晶閘管作為開關(guān)，投切電容器組、實現(xiàn)無功補償?shù)难b置，由于工廠使用大量的非同步電氣設(shè)備，無功功率損耗變化大、不穩(wěn)定，負載具有快速或極快的無功功率變化。此外大量的電動機啟動電流需要集中補償。電動機啟動期間電流消耗量為正常工作的67倍，啟動電流大部分是無功分量，用常規(guī)的PFC系統(tǒng)無法補償導這就會致很大的電壓跌落。發(fā)電機沒有足夠的容量經(jīng)受住負載的變化，在某場合下負載變化比較大，發(fā)電機工作于容性負載而常規(guī)無功補償系統(tǒng)來不及關(guān)斷，可引起發(fā)電機輸出電壓瞬時跌落、或者過激勵將使發(fā)電機電壓抬高，這將危及其他負載及電容器。此外鋼鐵廠的工作周期內(nèi)需要大量無功能量，過高的無功電流損耗可以在變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)導致明顯的電壓降落，對于功率因數(shù)低、大型電感性負載變化而對其它設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)造成影響的場合，因此采用自動無功補償，通過控制器發(fā)出電容投切信號，動作真空接觸器，完成無功補償。自動無功補償是通過單片機的快速檢測能力和自動控制作用完成對負載波動較大的場合的無功補償?shù)哪康摹２捎米詣訜o功補償裝置可以達到穩(wěn)定電壓，提高負荷能力，濾除諧波，達到節(jié)能提高經(jīng)濟效益的目的。3 低壓無功補償設(shè)計和參數(shù)計算將電容器與感性負荷并聯(lián)是補償無功功率的傳統(tǒng)方法，電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量時，正好電容器釋放能量，而電感放出能量時，電容器卻在吸收能量。能量就只在它們之間交換，即感性負荷(電動機、變壓器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率中得到補償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無功補償裝置。在實際電力系統(tǒng)中，包括異步電動機在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，設(shè)(21) 甲被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是供給線路的有功功率P占線路視在功率S的百分數(shù)。在電力網(wǎng)運行中，我們希望的是功率因數(shù)越大越好，如果能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，可以減少無功功率的消耗。 　　　a) 電路　 b)　相量圖（欠補償） 　c)　相量圖（過補償） 并聯(lián)電容補償無功功率的電路和相量圖 將R、L電路并聯(lián)電容C后， (a)所示，該電路電流方程為。由圖2. 1(b)的相量圖可知，并聯(lián)電容器后電壓和電流的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時供電電流的相位滯后于電壓，這種情況稱為欠補償。若電容C的容量過大，使得供電電流的相位超前于電壓，這種情況稱為過補償，其相量圖如圖2. 1(c)所示。通常不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，因為這樣會引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命。電力網(wǎng)除了要負擔用電負荷的有功功率P，還要承擔負荷的無功功率Q。有功功率P與無功功率Q還有視在功率S之間存在下述關(guān)系，即 （22） 而 （23）功率因數(shù)還可以表示成下述形式 （24）其中U為線電壓，單位KV。I為線電流，單位A?？梢娫谝欢ǖ碾妷汉碗娏飨拢岣咧?，其輸出的有功功率增大。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備利用率的有效方法。1. 從提高功率因數(shù)需要確定補償容量如果電力網(wǎng)最大負荷平均有功功率為，補償前的功率因數(shù)為，補償后的功率因數(shù)為，則補償容量可用下述公式計算 （211）或?qū)懗? (212)有時需要將提高到大于，小于，則補償容量應(yīng)滿足不等式 （213）式中： 所需補償容量（）。 最大負荷平均無功功率（）。 最大負荷平均有功功率（）。碼應(yīng)采用最大負荷日平均功率因數(shù)。通常。因此，在高功率因數(shù)下進行補償其效益將顯著下降。這是因為在高功率因數(shù)下,曲線的上升率變小，因此，提高功率因數(shù)所需的補償容量將要相應(yīng)的增加。2. 從降低線損需要確定補償容量線損是電力網(wǎng)經(jīng)濟運行一項重要指標，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一定的條件下，其與通過導線的電流平方成正比。設(shè)補償前流經(jīng)電力網(wǎng)的電流為I，其有功、。則I=j若補償后，流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流為I’， 其有功、無功分量為和,則I=，加裝電容后，將不會改變補償前的有功分量，故有=補償前的線路損耗為: (214)補償后的線路損耗為: （215） 補償后線損降低的百分值為: （216） 而補償容量為：(217)因此，該補償容量公式與提高功率因數(shù)確定補償容量的公式相同。3. 從提高運行電壓需要確定補償容量在配電線路的末端，運行電壓較低，特別在重負載、細導線的線路。加裝補償電容后，可以提高運行電壓，這就產(chǎn)生了按提高電壓的要求，選擇多大的補償電容才合理的問題。此外，在網(wǎng)絡(luò)電壓正常的線路中，裝設(shè)補償電容時，網(wǎng)絡(luò)電壓的壓升不能越限，為了滿足這一約束條件，也必須求出補償容量和網(wǎng)絡(luò)電壓增量之間的關(guān)系。裝設(shè)補償電容以前，網(wǎng)絡(luò)電壓可用下述表達式計算 (218)裝設(shè)補償電容后，電源電壓不變，變電所母線電壓升到,且所以 (219)式中：投入電容后母線電壓值(kv)。 投入電容后母線電壓的增量(kV)。三相所需總電容 (220)此時的電壓和電壓的增量是針對線電壓而一言，而單相補償容量的表達式是針對相電壓而言的。4. 并聯(lián)電容器參數(shù)的選擇并聯(lián)電容器是裝置中投資最大的主設(shè)備，它的基本參數(shù)為額定電壓、額定容量額定電壓是電容的重要參數(shù)，設(shè)計中正確選擇十分重要。為使電容器的額定電壓選擇合理，達到安全、經(jīng)濟的目的，在選擇時應(yīng)注意:(1)裝置接入電網(wǎng)后