【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電容器補(bǔ)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(wú)功功率為 22 f C UUIQ C ??? () 由公式 ()可知，當(dāng)并聯(lián)電容器不投入時(shí)， CI0? ， 即不對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源即要向負(fù)荷提供有功電流 RI ，還要提供無(wú)功電流 LI ，電源向負(fù)荷提供的總電流 RL R LI I I I? ? ? 。當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí) CI0? ，即對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源在向負(fù)荷提供有功電流 RI 的同時(shí)，提供無(wú)功電流為 CLII? ，電源向負(fù)荷提供的總電流 C R LI I I I?? ? ? ，特別是當(dāng)LCII?? 時(shí)， CLI I 0??，電源不需要向負(fù)荷提供無(wú)功電流，功率因數(shù)等于 1。安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 11 一般情況下 LCII?? ，這是可能的情況有兩種：當(dāng)并聯(lián)電容器的電容 C 較小， ***時(shí)，負(fù)荷中的感性無(wú)功電流沒有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的 I 滯后 U ，如圖 (c)所示，這種補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)電容器的電容 C 較大，會(huì)出現(xiàn) ***的情況，這時(shí)負(fù)荷中的感性無(wú)功電流被完全補(bǔ)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(bǔ)償稱為過(guò)補(bǔ)償。通常不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償情況，因?yàn)檫@樣會(huì)引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，且容性無(wú)功功率在線路上傳輸同樣會(huì)增加電能損耗，還會(huì)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(bǔ)償?shù)南蛄繄D (d) 過(guò)補(bǔ)償?shù)南蛄繄D 圖 并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐穲D向量圖 安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 12 并聯(lián)電容器的補(bǔ)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(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，它以其低廉的價(jià)格、方便的使用而受到廣泛使用。其補(bǔ)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(wú)功功率補(bǔ)償方式一般可以分為集中補(bǔ)償方式、分散補(bǔ)償方式和單機(jī)就地補(bǔ)償方式三種。 集中補(bǔ)償方式：將電容器組直接安裝在變電所的 6～ 10KV 母線上，用 來(lái)提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無(wú)功功率基本平衡?？梢詼p少高壓線路的無(wú)功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。 分組補(bǔ)償方式：將電容器組分別裝設(shè)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(bǔ)償。這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅無(wú)功補(bǔ)償容量和范圍相對(duì)小些。 但是分組補(bǔ)償效果比較明顯 ，采用的較為普遍。 就地補(bǔ)償方式：將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)或者電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，也稱為單獨(dú)補(bǔ)償或個(gè)別補(bǔ)償方式。這種方式既能提高為用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對(duì)中小型設(shè)備十分適用。 采用并聯(lián)電容器組方式的低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)電容器組投切開關(guān)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(jì)實(shí)惠、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是一般來(lái) 說(shuō)，其單柜的補(bǔ)償容量比較小，并且存在合閘涌流大、合閘彈跳嚴(yán)重的缺點(diǎn)，會(huì)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(bǔ)償方案，該方案具有在電壓零點(diǎn)無(wú)涌流接通電流的優(yōu)點(diǎn)，但是存在可控硅發(fā)熱嚴(yán)重功耗較大、抗過(guò)安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 13 電壓抗電流沖擊能力差、導(dǎo)通時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波等缺點(diǎn)。采用設(shè)計(jì)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(guān)，實(shí)現(xiàn)電容器組的投入過(guò)程無(wú)涌流。系統(tǒng)的原理如圖 2 一 6 所示。 無(wú)功補(bǔ)償容量的確定 無(wú)功補(bǔ)償裝置的用途就是為電網(wǎng)補(bǔ)償無(wú)功功率，但是對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償容量不是隨意的，需要根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行 情況來(lái)確定，因此確定無(wú)功補(bǔ)償容量成為必不可少的步驟。確定無(wú)功補(bǔ)償容量最直接的方法就是從提高功率因數(shù)的需要來(lái)確定補(bǔ)償容量。如果補(bǔ)償線路有功功率為 P1，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為 cosφ1，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為 cosφ2，則補(bǔ)償容量可以用下述公式計(jì)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(bǔ)償容量。 對(duì)于補(bǔ)償后的功率因數(shù) cosφ2的設(shè)定要適當(dāng)，通常設(shè)為 ~ 之間的某個(gè)合適的值，該值不宜設(shè)的過(guò)高。例如對(duì)于一個(gè)有功功率為 100kw 功率因數(shù)為 的待補(bǔ)償線路 ，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?，按照式 計(jì)算所得的補(bǔ)償容量為 ，如果將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?，計(jì)算所得的補(bǔ)償容量則為 ，可以看出，在超過(guò) 的高功率因數(shù)下進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償其效益將顯著下降。所以可能的情況下可以將補(bǔ)償后功率因數(shù)適當(dāng)設(shè)置的低些。 對(duì)于并聯(lián)電容器組補(bǔ)償方式來(lái)說(shuō)，電力電容器組額定容量與其接線方式有關(guān)。對(duì)于三相電路，電容器容量為 : 32 1023 ???? CfUQ C ? () 安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 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(duì)于三相三角形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓，而對(duì)于三相星形接線的系統(tǒng)，線電壓等于相電壓的 3 倍，對(duì)于同樣的電容器組三角形接線的無(wú)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(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益 無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，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(wú)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(luò)中最大可能地為用戶輸送更多地有功電能等幾個(gè)方面。 根據(jù)有功功率的計(jì)算公式 有 : ? ??cos/ UPI ? () 由公式 可知負(fù)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(jì)算公式 RIP 2?? 可知，線損下降。安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)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(wú)功補(bǔ)償?shù)木C合經(jīng)濟(jì)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(gè) 110kV變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能計(jì)算，在 10kV 系統(tǒng)裝設(shè) 10000kvar 集中補(bǔ)償，可在安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 15 110kV 網(wǎng)絡(luò)中獲得年節(jié)電 60 萬(wàn) 之利。如果在 380V 低壓系統(tǒng)中裝設(shè)同樣多的無(wú)功補(bǔ)償，則在 110kV 及以下電網(wǎng)中，年節(jié)電量達(dá) 80 萬(wàn) kw h。這就等于給地方系統(tǒng)節(jié)省 80 萬(wàn)元電力建設(shè)資金。也就是說(shuō)，每降損 1kw h，可節(jié)省電力建設(shè)費(fèi) 1 元。而給新用戶輸送的 80 萬(wàn) kw h/年電量，不需增加運(yùn)行費(fèi)?？梢?看出，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 16 3 傳統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 所謂靜止無(wú)功補(bǔ)償是指它沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，與同步調(diào)相機(jī)相比，靜止無(wú)功補(bǔ)償器是完全靜止的設(shè)備。但它的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)的，即根據(jù)無(wú)功的需求或電壓的變化自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。靜止無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中的各種無(wú)功補(bǔ)償器都是用無(wú)功器件 (電容器和電抗器 )產(chǎn)生無(wú)功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流。靜止補(bǔ)償器的另一個(gè)特點(diǎn)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(dòng)作速度是毫秒級(jí)的，遠(yuǎn)比機(jī)械動(dòng)作快。對(duì)于系統(tǒng)中平衡無(wú)功功率或不變動(dòng)的無(wú)功功率常采用傳統(tǒng)的電容器補(bǔ)償或稱為 固定電容補(bǔ)償 (FC)，開關(guān)投切電容器 (BSC)，由它們補(bǔ)償無(wú)功的不動(dòng)部分時(shí)和動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償結(jié)合起來(lái)，形成靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)。 靜止無(wú)功補(bǔ)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(wú)功補(bǔ)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(shù)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 — 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器 (SVG)。 具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償器（ SR） 具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償器 (SR)根據(jù)電抗器的不同又可以分為自飽和電抗器無(wú)功補(bǔ)償裝置和可控飽和電抗器無(wú)功補(bǔ)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(bǔ)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(dāng)電壓安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 17 大于某值后，隨著電壓的升高，鐵芯急劇飽和。從補(bǔ)償器的伏安特性可見，在補(bǔ)償器的工作范圍內(nèi)，電壓的少許變化就會(huì)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(bǔ)償器 SR 具有損耗大、有較大的振動(dòng)和噪聲、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢等缺點(diǎn)，所以飽和電抗器型靜止無(wú)功補(bǔ)償器應(yīng)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(bǔ)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(lái)改變通過(guò)電抗器的電流，就可以平滑的調(diào)整電抗器吸收的基波無(wú)功功率。觸發(fā)角從 90186。變到180186。時(shí)，可使電抗器的基波無(wú)功功率從其額定值變到零。 安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 18 圖 晶閘管控制電抗器型靜止補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償器 安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 19 靜止無(wú)功發(fā)生器 SVG 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)出現(xiàn)了一種更為先進(jìn)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置，這就是靜止無(wú)功發(fā)生器。它的主體部分是一個(gè)電壓源型逆變器，其原理如 圖 所示。逆變器中六個(gè)可關(guān)斷晶閘管（ GTO）分別與六個(gè)二極管反向并聯(lián)，適當(dāng)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(cè)通過(guò)電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活的改變 SVG 的運(yùn)行工況，使其處于容性負(fù)荷、感性負(fù)荷或零負(fù)荷狀態(tài)。 圖 靜止無(wú)功發(fā)生器 SVG 具有響應(yīng)速度快、可以分相調(diào)節(jié)、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)補(bǔ)償、諧波電流小、損耗低、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，但是它也有控制復(fù)雜的缺點(diǎn)。 小結(jié) 表 各種靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置性能比 較 裝置 性能 同步調(diào)相機(jī)（ 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(wú)功發(fā)生器 (SV 靜止同步補(bǔ)償器 (STATCOM) 相應(yīng)速度 慢 較快 較快 較快 較快 快 快 安徽工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 無(wú)功 補(bǔ)償裝控制器硬件電路設(shè)計(jì) 20 吸收無(wú)功 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù) 分級(jí) 連續(xù) 連續(xù) 連續(xù) 控制方式 簡(jiǎn)單 不可控 較簡(jiǎn)單 較簡(jiǎn)單 較簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 諧波電流 無(wú) 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(wú)功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用來(lái)看， SVC 裝置控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低、能滿大多數(shù)用戶對(duì)于無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男枰?，?yīng)用最為普遍，在電力系統(tǒng)和工礦企業(yè)用戶中擁有廣大市場(chǎng)，是并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕b置。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān) SVC 的研究多集中在對(duì)其應(yīng)用于輸電補(bǔ)