【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(bǔ)償量是固定的。最簡單的靜態(tài)無功補(bǔ)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(bǔ)償裝置。當(dāng)K1閉合使M運(yùn)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(bǔ)償中的滯后電流,完成無功補(bǔ)償任務(wù)。由于C的補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償裝置原理圖。圖 3所示電路中，當(dāng)無功變化時，控制器檢測到該變化，并根據(jù)該變化控制補(bǔ)償電容器組的投切 達(dá)到按實際需求的無功量進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償電容器組時,要延時一定的時間再進(jìn)行投切。因此，靜態(tài)無功補(bǔ)償也就是延時投切式無功補(bǔ)償。(3)動態(tài)無功補(bǔ)償由于靜態(tài)無功補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償裝置應(yīng)運(yùn)而生。圖4便是動態(tài)無功補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償量快速跟隨實際需求量的變化。無論是靜態(tài)無功補(bǔ)償，還是動態(tài)無功補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號。無功補(bǔ)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(biāo)。用無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)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(jìn)行采樣檢測，析計算出當(dāng)前的功率因數(shù)值。用當(dāng)前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進(jìn)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(dāng)前的補(bǔ)償狀態(tài)不變。功率因數(shù)值是一個比例值，所以在重負(fù)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(fù)載大于負(fù)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(bǔ)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(bǔ)償量。由于負(fù)載很輕。這時的功率因數(shù)很低。按照補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)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(jìn)行采樣檢測，計算出當(dāng)前的無功功率（無功電流）值。若當(dāng)前值大于1電容器組的補(bǔ)償值，則切除1容器組。本方法補(bǔ)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(bǔ)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?！恫⒙?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(bǔ)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?！毕啾?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(fù)荷容量與額定容量之比﹙負(fù)載率﹚。從﹙1﹚式可知,當(dāng)變壓器無負(fù)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(dāng)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(dāng)變壓器的負(fù)載容量為S1時,功率因數(shù)為,變壓器負(fù)載所需的無功功率為 當(dāng)負(fù)載容量不變,功率因數(shù)由提高到時，需補(bǔ)償?shù)臒o功容量為： ﹙4﹚在城網(wǎng)中,自然功率因數(shù)按，當(dāng)目標(biāo)功率因數(shù)提高到時,補(bǔ)償容量為： ﹙5﹚綜合﹙1﹚與﹙5﹚式,當(dāng)自然功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)一定時,帶負(fù)載所需補(bǔ)償?shù)臒o功容量為： ﹙6﹚式﹙6﹚中第一項為變壓器固定補(bǔ)償,第二項為變壓器可變補(bǔ)償,第三項為改善該變壓器所帶負(fù)荷的功率因素所需的無功補(bǔ)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(fù)載率β。配電變壓器的負(fù)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(fù)載率,可以通過大量的負(fù)荷實測數(shù)據(jù)和綜合測試儀的數(shù)據(jù)進(jìn)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(bǔ)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(zhǔn)確且即時的檢測將影響控制器的無功補(bǔ)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(zhǔn)確檢測無功功率，而引起誤差,因此為保證無功功率的準(zhǔn)確補(bǔ)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(bǔ)償自動投切控制的意義無功補(bǔ)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(bǔ)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(fù)載具有快速或極快的無功功率變化。此外大量的電動機(jī)啟動電流需要集中補(bǔ)償。電動機(jī)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(bǔ)償導(dǎo)這就會致很大的電壓跌落。發(fā)電機(jī)沒有足夠的容量經(jīng)受住負(fù)載的變化，在某場合下負(fù)載變化比較大，發(fā)電機(jī)工作于容性負(fù)載而常規(guī)無功補(bǔ)償系統(tǒng)來不及關(guān)斷，可引起發(fā)電機(jī)輸出電壓瞬時跌落、或者過激勵將使發(fā)電機(jī)電壓抬高，這將危及其他負(fù)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(dǎo)致明顯的電壓降落，對于功率因數(shù)低、大型電感性負(fù)載變化而對其它設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響的場合，因此采用自動無功補(bǔ)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(bǔ)償。自動無功補(bǔ)償是通過單片機(jī)的快速檢測能力和自動控制作用完成對負(fù)載波動較大的場合的無功補(bǔ)償?shù)哪康摹２捎米詣訜o功補(bǔ)償裝置可以達(dá)到穩(wěn)定電壓，提高負(fù)荷能力，濾除諧波，達(dá)到節(jié)能提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。3 低壓無功補(bǔ)償設(shè)計和參數(shù)計算將電容器與感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)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(fù)荷(電動機(jī)、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(bǔ)償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無功補(bǔ)償裝置。在實際電力系統(tǒng)中，包括異步電動機(jī)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?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)運(yùn)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(bǔ)償） 　c)　相量圖（過補(bǔ)償） 并聯(lián)電容補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償，其相量圖如圖2. 1(c)所示。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)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(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P，還要承擔(dān)負(fù)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。可見在一定的電壓和電流下，提高中，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(bǔ)償容量如果電力網(wǎng)最大負(fù)荷平均有功功率為，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為，則補(bǔ)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(bǔ)償容量應(yīng)滿足不等式 （213）式中： 所需補(bǔ)償容量（）。 最大負(fù)荷平均無功功率（）。 最大負(fù)荷平均有功功率（）。碼應(yīng)采用最大負(fù)荷日平均功率因數(shù)。通常。因此，在高功率因數(shù)下進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償容量將要相應(yīng)的增加。2. 從降低線損需要確定補(bǔ)償容量線損是電力網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行一項重要指標(biāo)，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一定的條件下，其與通過導(dǎo)線的電流平方成正比。設(shè)補(bǔ)償前流經(jīng)電力網(wǎng)的電流為I，其有功、。則I=j若補(bǔ)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(bǔ)償前的有功分量，故有=補(bǔ)償前的線路損耗為: (214)補(bǔ)償后的線路損耗為: （215） 補(bǔ)償后線損降低的百分值為: （216） 而補(bǔ)償容量為：(217)因此，該補(bǔ)償容量公式與提高功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量的公式相同。3. 從提高運(yùn)行電壓需要確定補(bǔ)償容量在配電線路的末端，運(yùn)行電壓較低，特別在重負(fù)載、細(xì)導(dǎo)線的線路。加裝補(bǔ)償電容后，可以提高運(yùn)行電壓，這就產(chǎn)生了按提高電壓的要求，選擇多大的補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償容量和網(wǎng)絡(luò)電壓增量之間的關(guān)系。裝設(shè)補(bǔ)償電容以前，網(wǎng)絡(luò)電壓可用下述表達(dá)式計算 (218)裝設(shè)補(bǔ)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(bǔ)償容量的表達(dá)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(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的，在選擇時應(yīng)注意:(1)裝置接入電網(wǎng)后