【文章內(nèi)容簡介】 電容器補償?shù)牡戎惦娐放c向量圖如圖 所示 : 在圖 (a)所示的電路中，電流方程為 C R L C R LI I I I I I? ? ? ? ? () 電容器提供的無功功率為 22 f C UUIQ C ??? () 由公式 ()可知，當并聯(lián)電容器不投入時， CI0? ， 即不對負荷進行無功功率補償，那么電源即要向負荷提供有功電流 RI ，還要提供無功電流 LI ，電源向負荷提供的總電流 RL R LI I I I? ? ? 。當并聯(lián)電容器投入時 CI0? ，即對負荷進行無功功率補償，那么電源在向負荷提供有功電流 RI 的同時，提供無功電流為 CLII? ，電源向負荷提供的總電流 C R LI I I I?? ? ? ，特別是當LCII?? 時， CLI I 0??，電源不需要向負荷提供無功電流，功率因數(shù)等于 1。安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 11 一般情況下 LCII?? ，這是可能的情況有兩種：當并聯(lián)電容器的電容 C 較小， ***時，負荷中的感性無功電流沒有被完全補償，這時電源的 I 滯后 U ，如圖 (c)所示，這種補償稱為欠補償；當并聯(lián)電容器的電容 C 較大，會出現(xiàn) ***的情況，這時負荷中的感性無功電流被完全補償之后還有剩余容性電流，電源的 I 超前 U ，如圖 (d)所示，這種補償稱為過補償。通常不希望出現(xiàn)過補償情況，因為這樣會引起變壓器二次側電壓的升高，且容性無功功率在線路上傳輸同樣會增加電能損耗，還會增加電容器自身的損耗，影響電容器的壽命。 (a) R、 L、 C 并聯(lián)的等值電路 (b) R、 L 串聯(lián)后與 C 并聯(lián)的等值電路 (c) 欠補償?shù)南蛄繄D (d) 過補償?shù)南蛄繄D 圖 并聯(lián)電容器補償?shù)牡戎惦娐穲D向量圖 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 12 并聯(lián)電容器的補償方式和接線方式 并聯(lián)電容器組是電網(wǎng)中使用較 廣的一種專用于無功功率補償?shù)脑O備，它以其低廉的價格、方便的使用而受到廣泛使用。其補償原理前文己有敘述，這里不再介紹。按照電容器組安裝位置的不同，并聯(lián)電容器組無功功率補償方式一般可以分為集中補償方式、分散補償方式和單機就地補償方式三種。 集中補償方式：將電容器組直接安裝在變電所的 6～ 10KV 母線上，用 來提高整個變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡?？梢詼p少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。 分組補償方式：將電容器組分別裝設在功率因數(shù)較低的終端配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散 補償。這種方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，僅無功補償容量和范圍相對小些。 但是分組補償效果比較明顯 ，采用的較為普遍。 就地補償方式：將電容器或電容器組裝設在異步電動機或者電感性用電設備附近，就地進行無功補償，也稱為單獨補償或個別補償方式。這種方式既能提高為用電設備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設備的電壓質(zhì)量，對中小型設備十分適用。 采用并聯(lián)電容器組方式的低壓無功補償技術根據(jù)電容器組投切開關的不同又可以有不同的方案。一種是采用空氣接觸器投切電容器組的方案，該方案具有經(jīng)濟實惠、價格低廉的優(yōu)點，但是一般來 說，其單柜的補償容量比較小，并且存在合閘涌流大、合閘彈跳嚴重的缺點，會影響電容器使用壽命。另一種是采用可控硅投切電容器組的補償方案，該方案具有在電壓零點無涌流接通電流的優(yōu)點，但是存在可控硅發(fā)熱嚴重功耗較大、抗過安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 13 電壓抗電流沖擊能力差、導通時會產(chǎn)生諧波等缺點。采用設計采用了并聯(lián)電容組三角形接線方式，電容器的投切采用永磁真空同步開關，實現(xiàn)電容器組的投入過程無涌流。系統(tǒng)的原理如圖 2 一 6 所示。 無功補償容量的確定 無功補償裝置的用途就是為電網(wǎng)補償無功功率，但是對電網(wǎng)的無功補償容量不是隨意的，需要根據(jù)電網(wǎng)的運行 情況來確定，因此確定無功補償容量成為必不可少的步驟。確定無功補償容量最直接的方法就是從提高功率因數(shù)的需要來確定補償容量。如果補償線路有功功率為 P1，補償前的功率因數(shù)為 cosφ1，補償后的功率因數(shù)為 cosφ2，則補償容量可以用下述公式計算 : ? ? ???????? ?????? 1c o s11c o s1t a nt a n22121211 ???? PPQ C () 上式中 QC表示線路中需要的補償容量。 對于補償后的功率因數(shù) cosφ2的設定要適當，通常設為 ~ 之間的某個合適的值，該值不宜設的過高。例如對于一個有功功率為 100kw 功率因數(shù)為 的待補償線路 ，如果將功率因數(shù)補償?shù)?，按照式 計算所得的補償容量為 ，如果將功率因數(shù)補償?shù)?，計算所得的補償容量則為 ，可以看出，在超過 的高功率因數(shù)下進行無功補償其效益將顯著下降。所以可能的情況下可以將補償后功率因數(shù)適當設置的低些。 對于并聯(lián)電容器組補償方式來說，電力電容器組額定容量與其接線方式有關。對于三相電路，電容器容量為 : 32 1023 ???? CfUQ C ? () 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 14 上式中： QC 表示電容器容量，單位 kvar f 為交流電網(wǎng)的頻率， f=50Hz U 為相電壓，單位 kV C 為單相電容器值，單位 181。F 對于三相三角形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓，而對于三相星形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓的 3 倍，對于同樣的電容器組三角形接線的無功出力是星形接線的 3 倍，這也是將并聯(lián)電容器組以三角形連接并聯(lián)于電網(wǎng)的原因。 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益主要體現(xiàn)在減少無功功率在電網(wǎng)中的流動，提高電力系統(tǒng)有功輸送容量和供電能力，降低輸電線路因輸送無功功率 造成的輸送線路損耗，節(jié)省投資，在有限的輸電網(wǎng)絡中最大可能地為用戶輸送更多地有功電能等幾個方面。 根據(jù)有功功率的計算公式 有 : ? ??cos/ UPI ? () 由公式 可知負載電流 I 與線路功率因數(shù) cosφ成反比，如果線路輸送的有功功率一定，那么功率因數(shù)提高則可使線路中的電流降低，根據(jù)線路損耗的計算公式 RIP 2?? 可知，線損下降。安裝無功補償設備的最主要的目的就是為了提高線路的功率因數(shù)，從而降低線路損 耗。 以廣東省中山供電局李拴怡的文章“低壓無功補償?shù)木C合經(jīng)濟效益”中所寫數(shù)據(jù)為例，按中山供電局電網(wǎng)的供電量，根據(jù)有代表性的五個 110kV變電站無功補償?shù)墓?jié)能計算，在 10kV 系統(tǒng)裝設 10000kvar 集中補償，可在安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 15 110kV 網(wǎng)絡中獲得年節(jié)電 60 萬 之利。如果在 380V 低壓系統(tǒng)中裝設同樣多的無功補償，則在 110kV 及以下電網(wǎng)中，年節(jié)電量達 80 萬 kw h。這就等于給地方系統(tǒng)節(jié)省 80 萬元電力建設資金。也就是說，每降損 1kw h，可節(jié)省電力建設費 1 元。而給新用戶輸送的 80 萬 kw h/年電量，不需增加運行費?？梢?看出，其經(jīng)濟效益明顯。安徽工程大學學士學位論文 無功補償裝控制器硬件電路設計 16 3 傳統(tǒng)靜止無功補償裝置 所謂靜止無功補償是指它沒有機械運動部件，與同步調(diào)相機相比，靜止無功補償器是完全靜止的設備。但它的補償是動態(tài)的，即根據(jù)無功的需求或電壓的變化自動跟蹤補償。靜止無功補償系統(tǒng)中的各種無功補償器都是用無功器件 (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。靜止補償器的另一個特點是依靠晶閘管等電力電子器件完成調(diào)節(jié)或投切功能，它們可以頻繁地調(diào)節(jié)或投切。其動作速度是毫秒級的，遠比機械動作快。對于系統(tǒng)中平衡無功功率或不變動的無功功率常采用傳統(tǒng)的電容器補償或稱為 固定電容補償 (FC)，開關投切電容器 (BSC)，由它們補償無功的不動部分時和動態(tài)的補償結合起來，形成靜止無功補償裝置(SVC)。 靜止無功補償裝置主要有以下三大類型：一類是具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置 SR(Saturated Reactor)；第二類是晶閘管控制電抗器TCR(Thyristor control Reactor) 晶閘管投切電容器 TSC(Thyristor switch Capacitor)，這兩類裝置通稱為 SVC；第三類就是采用自換相變流技術的靜止無功補償裝置 — 動態(tài)無功補償器 (SVG)。 具有飽和電抗器的無功補償器（ SR） 具有飽和電抗器的無功補償器 (SR)根據(jù)電抗器的不同又可以分為自飽和電抗器無功補償裝置和可控飽和電抗器無功補償裝置兩種。 由飽和電抗器和固定電容器并聯(lián)組成（帶有斜率校正）的靜止補償器的原理圖和伏安特性如下圖所示。飽和電抗器 SR 具有這樣的特性，當電壓安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 17 大于某值后，隨著電壓的升高，鐵芯急劇飽和。從補償器的伏安特性可見，在補償器的工作范圍內(nèi)，電壓的少許變化就會引起電流的大幅度變化。與SR 串聯(lián)的電容 CS 是用于斜率校正的。 CS RCSR 圖 飽和電抗器型精致補償器 SR 具有損耗大、有較大的振動和噪聲、調(diào)整時間長、動態(tài)補償速度慢等缺點，所以飽和電抗器型靜止無功補償器應用的比較少。 晶閘管控制電抗器 (TCR) 由 TCR 與固定電容器并聯(lián)組成的靜止補償器示于圖 。電抗器與反相并聯(lián)連接的晶閘管相串聯(lián)，利用晶閘管的觸發(fā)角控制來改變通過電抗器的電流，就可以平滑的調(diào)整電抗器吸收的基波無功功率。觸發(fā)角從 90186。變到180186。時，可使電抗器的基波無功功率從其額定值變到零。 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 18 圖 晶閘管控制電抗器型靜止補償器 晶閘管投 切電容器 (TSC) 晶閘管控制電抗器常與晶閘管投切電容器 TSC 并聯(lián)組成靜止補償器，其原理接線示于圖 (a)。圖中三組晶閘管投切電容器和一組固定電容器與電抗器并聯(lián)。這種補償?shù)姆蔡匦匀鐖D (b)所示，圖中數(shù)字表示電容器投入的組數(shù)。 (a) 原理圖 (b)伏安特性 圖 晶閘管投切電容器型靜止補償器 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 19 靜止無功發(fā)生器 SVG 20 世紀 80 年代以來出現(xiàn)了一種更為先進的靜止型無功補償裝置，這就是靜止無功發(fā)生器。它的主體部分是一個電壓源型逆變器，其原理如 圖 所示。逆變器中六個可關斷晶閘管（ GTO）分別與六個二極管反向并聯(lián)，適當控制 GTO 的通斷，可以把電容 C 上的直流電壓轉(zhuǎn)換成與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，逆變器的交流側通過電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活的改變 SVG 的運行工況，使其處于容性負荷、感性負荷或零負荷狀態(tài)。 圖 靜止無功發(fā)生器 SVG 具有響應速度快、可以分相調(diào)節(jié)、可以實現(xiàn)對無功功率的連續(xù)補償、諧波電流小、損耗低、噪聲低等優(yōu)點，但是它也有控制復雜的缺點。 小結 表 各種靜止無功補償裝置性能比 較 裝置 性能 同步調(diào)相機（ SC） 飽和電抗器（ SR） 晶閘管控制電抗器 （ TCR） 晶閘管投切電容器 (TSC) 混合型靜止償器 靜止無功發(fā)生器 (SV 靜止同步補償器 (STATCOM) 相應速度 慢 較快 較快 較快 較快 快 快 安徽工程大學學士學位論文 無功 補償裝控制器硬件電路設計 20 吸收無功 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù) 分級 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù) 控制方式 簡單 不可控 較簡單 較簡單 較簡單 復雜 復雜 諧波電流 無 大 大 大 大 小 小 分享調(diào)節(jié) 有限 不可 可以 有限 可以 可以 可以 損耗 大 較大 中 小 小 小 小 噪聲 大 大 小 小 小 小 小 從無功功率補償裝置的應用來看， SVC 裝置控制簡單、價格低、能滿大多數(shù)用戶對于無功功率補償?shù)男枰瑧米顬槠毡?，在電力系統(tǒng)和工礦企業(yè)用戶中擁有廣大市場，是并聯(lián)無功補償?shù)闹饕b置。目前，國內(nèi)外有關 SVC 的研究多集中在對其應用于輸電補