【正文】 24 目前主要的無功補(bǔ)償裝置存在的缺點(diǎn) 從外部特性和各項(xiàng)指標(biāo)。 城網(wǎng)無功補(bǔ)償應(yīng)根據(jù)就地平衡和便于調(diào)整電壓的原則進(jìn)行配置，可采用分散和集中補(bǔ)償相結(jié)合的方式。固定補(bǔ)償雖然投資小，但如果補(bǔ)償?shù)娜萘窟^大，在低負(fù)荷時(shí)，易出現(xiàn)過補(bǔ)現(xiàn)象。電容器的安裝環(huán)境也可以選擇有利于日常維護(hù)、保養(yǎng)的地方 ，有利于延長電容器的使用壽命。特別是自動補(bǔ)償，功率因數(shù)可控制到 ～ ，其增容效果更為顯著。根據(jù) P=S缺點(diǎn)是不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無功 負(fù)荷和電能損耗。 (3)集中無功補(bǔ)償方案 通常指裝于地區(qū)變電站或高壓供電電力用戶降壓變電站母線上的高壓電容器組；也包括集中裝設(shè)于電力用戶總配電高低壓母線上的電容器組。其缺點(diǎn)是需要人工頻繁投、切。其優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷時(shí)，可以相應(yīng)停運(yùn)數(shù)組，以防過補(bǔ) 償 。 23 (2)分散無功補(bǔ)償方案 常見有以下幾種方式： ① 高壓電容器分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng) 10KV、 6KV配電線路的桿架上； ②低壓電容器安裝于公用配電變壓器的低壓側(cè)； ③低壓電容器安裝于電力用戶各車間的配電母線上。同時(shí)，對于頻繁操作的設(shè)備，由于瞬間大電流的頻繁沖擊，也是造成電容器易損壞的一個(gè)方面 ， 所以， 此種方式中電容器 使用壽命短。特別是能夠有效抑制設(shè)備瞬間出現(xiàn)的電流波動沖擊電網(wǎng)。運(yùn)行時(shí)電機(jī)所需無功由電容器就地供給，能量交換距離最短，可以最大限度的降低線路的電流。 在電 機(jī)等感性負(fù)載旁和電容器直接并聯(lián)，與電機(jī)等同開 ， 同停 。在效果上，它起著一個(gè)可變無功負(fù)載作用，調(diào)整其 值起到保持交流電壓為常數(shù)的作用。一般的包含了一個(gè)電抗器用來對諧波進(jìn)行濾波。 （ 1） 就地?zé)o功補(bǔ)償方案 該方案又稱“個(gè)別補(bǔ)償”，電容器直接裝于用電設(shè)備附近，與電動機(jī)的供電回路相并聯(lián)，常用于低壓網(wǎng)絡(luò)。但不同的補(bǔ)償方式，在實(shí)際中的補(bǔ)償效果仍有所差異。 目前國內(nèi)主要補(bǔ)償方案簡介 配電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方式包括：就地補(bǔ)償、分散補(bǔ)償、集中補(bǔ)償。 由于補(bǔ)償后無功負(fù)荷的減少，負(fù)載降低，相應(yīng)地增加了變壓器的富裕容量，提高了輸出能力。 銅損減少的有功功率為 ： 2212 c o sc o s1 ???????? ???? ??? KT PP （ ） β：變壓器的負(fù)載率； cosφ cosφ2 ：補(bǔ)償前、后的功率因數(shù)； ΔPK：變壓器的額定銅損。 投入電容補(bǔ)償后，流過變壓器繞組中的電流減少，故繞組的有功損耗也相應(yīng)減少。 （ 2） 減少線路的電能損耗 當(dāng)線路通過電流 I 時(shí)，其有功損耗為： )(103 32 kwRIP ???? （ ） 或 )(10c os3 322 2 kwU RPP ???? ? （ ） 可見，線路有功損耗 ΔP 與 cos2φ成反比， cosφ越高， ΔP 越小。 圖 無功功率補(bǔ)償?shù)脑砜驁D 提高功率因素意義 （ 1） 減少線路的電壓損失 電力網(wǎng)的電壓損失可以表示為： 21 U QxPRU ??? （ ） 可看出，影響 ΔU 的因數(shù)四個(gè)：線路的有功功率 P、無功功率 Q、電阻 R 和電抗 x。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@會引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無功功率同樣會增加電能損耗。此時(shí)供電電流 I? 的相位滯后于電壓 U? ，這種情況稱為欠補(bǔ)償。阻感負(fù)載可看作電阻 R 與電感 L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為 22c o s LXRR??? （ ） 式中 LXL ?? ，將 R、 L電路并聯(lián)接入 C 之后，電路如圖 所示。異步電動機(jī)和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比重。 提高功率因數(shù)，不但可以充分發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以通過設(shè)備的工作效率和節(jié)約電能 。 上式說明，在電壓和電流一定的條件下，功率因數(shù) cosφ越高，其有功功率 P越大，電網(wǎng)發(fā)揮的視在功率 S中用來做有功功率的比重越大。因此，在電力系統(tǒng)中力求功率因數(shù)接近 于 1。 功率因數(shù)的大小代表著電源被利用的程度，它的最大值為 1，這時(shí) P=S，電源利用率最高；同時(shí)，由于 ?cosU PI ? （ U為電網(wǎng)相電壓）， 因此在同一電壓下要輸送一定的功率，功率因數(shù)越大，線路中的電流越小，故線路中的損耗也越小。C ，壽命可延長 1 倍） （ 4） 最終滿足電力系統(tǒng)對無功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過低而產(chǎn)生的罰款。 （ 3） 延長設(shè)備壽命。 （ 2） 改善供電品質(zhì)，提高功率因 數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降。 本文研究 的主要內(nèi)容 本課題研究用的 TSC 型低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，采用 80196KC 單片機(jī)系統(tǒng)作為控制器的核心，新穎的快速無功功率檢測方法和獨(dú)特的晶閘管技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對多組電容器快速自動分級投切，達(dá)到了對沖擊負(fù)荷動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊蟆６捎每申P(guān)斷器件的 STATCOM 裝置，由于歷史和價(jià)格的原因，目前在國內(nèi)外應(yīng)用并不多。 從無功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用來看， SVC 裝置因?yàn)榭刂坪唵?、價(jià)格低、能滿足大多數(shù)用戶對于無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?，因此?yīng)用最為普遍，目前在電力系統(tǒng)和工礦企業(yè)用戶中擁有廣大的市場，是并聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)闹饕獞?yīng)用裝置。 1999 年我國清華大學(xué)也開發(fā)了 ? 20Mvar STATCOM 裝置，且在河南電網(wǎng)成功投入運(yùn)行。 而 STATCOM 裝置是基于交流器的無功功率補(bǔ)償裝置，其技術(shù)是所有基于變流器的FACTS 裝置的基礎(chǔ)，已經(jīng)獲得了廣泛的重視。我國的輸電系統(tǒng)中有 6 套容量為 105～ 170Mvar 的 SVC 安裝在 5 個(gè) 500KV變電站，均為進(jìn)口；工業(yè)用戶安裝了 100多套 SVC，約有 1/5 是進(jìn)口的。 18 無功功率補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向 目前，電力系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最多的 無功補(bǔ)償設(shè)備是 SVC。 IEEE 定義了兩個(gè)專門的術(shù)語來表達(dá)綜合的并聯(lián)無功補(bǔ)償技術(shù)，其一是靜止無功發(fā)生器（ Static Var Generator,SVG） ,定義為能向電網(wǎng)提供可控的容性和 /或感性電流從而發(fā)出或吸收無功功率的靜止電力設(shè)備、裝置或系統(tǒng)；其二是“靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)”（ Static Var System,SVS）定義為不同的靜止補(bǔ)償器以及機(jī)械投切電容器 /電抗器相結(jié)合并可協(xié)調(diào)操作的綜合體。因此，該方法一提出就受到了普遍關(guān)注 [10][11]。真正意義上的不對稱負(fù)荷動態(tài)補(bǔ)償是從 1977 年 Grandpierre 提出分相控制的靜止無功補(bǔ)償器 （ Static Var Compensator,SVC）的方法后開始的。 靜態(tài)補(bǔ)償即根據(jù)三相負(fù)荷的平衡化原理，通過在負(fù)荷點(diǎn)串、并入無功導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)，把三相不對稱負(fù)荷補(bǔ)償成對于供電系統(tǒng)來說是三相對稱的。 負(fù)荷補(bǔ)償通常是指在靠近負(fù)荷處對單個(gè)或一組負(fù)荷的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，其目的 是提高負(fù)荷的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，減少或消除由于沖擊性負(fù)荷、不對稱負(fù)荷和非線性負(fù)荷等引起的電壓波動、電壓閃變、三相電壓不平衡及電壓和電流波形畸變等危害。串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的阻抗參數(shù)，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康脑谟诳刂凭€路的電壓參數(shù)。因此 ，在公用變低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償已成為目前提高供電水平、降低無功損耗急需解決的問題 [1][3]。 一般來說，可以在得出需投切組數(shù) N1 后一次投入或切除，但由于存在實(shí)際電容值與標(biāo)稱值不一致和在運(yùn)行中電容可能損壞等因素，可能產(chǎn)生控制誤差，同時(shí)也容易造成對電網(wǎng)的沖擊過大。在實(shí)際中，通斷周期設(shè)為 秒，因?yàn)橐粋€(gè)工頻周期為 20ms，故最小的調(diào)節(jié)容量為最小電容器的 1/30，基本可以看作是無級調(diào)節(jié)。 由圖 可知，由 MOC3061 根據(jù)電壓 uv的過零點(diǎn)來投切電容，此時(shí)電源電壓為峰值，電容的電壓與電源電壓的差值為零，而且此時(shí)電路中的電流為零，故晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流很小。一般采用 6 腳接相線 ， 4 腳接 零線的方式，這樣可以保證電壓過零時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖。 5 腳為空腳， 6 腳為輸出端，輸出級為具有過零檢測的光控雙向可控硅。 圖 MOC3061 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 器件由輸入、輸出兩部分組成。由于輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá) 7500V。 選用 MOC3061 光電雙向可控硅驅(qū)動器，它是美國摩托羅拉公司最近推出的光電新器件。 MOC3061 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳排列見圖 ，它采用雙列直插 6 腳封裝。這使得它在電路設(shè)計(jì)上必須解決好觸發(fā)電路的功放驅(qū)動、電氣隔離、與主電路的同步等問題，因而常使控制電路過于復(fù)雜，或是易受電源畸變和電網(wǎng)波動的影響。 觸發(fā)電路 以晶閘管為執(zhí)行元件的低壓電容無功補(bǔ)償裝置能快速跟蹤沖擊性負(fù)荷的動態(tài)行為，具有無合閘浪涌和過渡過程、無操作過電壓等顯著優(yōu)點(diǎn)。可以保證當(dāng)晶閘管沒有工作時(shí)，電容兩端的電壓能動態(tài)的跟隨電網(wǎng)的最高電壓變化而變化，減少晶閘管導(dǎo)通電容投入時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。但是，由于二極管是不可控的，當(dāng)要切除此電容支路時(shí)，最大的時(shí)間滯后為一個(gè)周波，因此其響應(yīng)速度比兩晶閘管反并聯(lián)的方式稍慢，但成本上要低，而且考慮到實(shí)際需要，此種方式足以滿足補(bǔ)償?shù)目焖傩缘囊蟆? 圖 裝置理想投切時(shí)刻 方案的改 進(jìn) 采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式代替兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，可以使導(dǎo)通前電容充電電壓維持在電源電壓的峰值。以后每半個(gè)周波發(fā)出脈沖輪流給 V1和 V2。 如圖 所示，設(shè)電源電壓為 es，在本次導(dǎo)通開始之前，電容器的端電壓 Uc已通過上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管 V1充電至電源電壓 es 的峰值，且極性為正。這就是所謂的理想投入時(shí)刻。 dtduCi CC ? （ ） 如果在導(dǎo)通前電容器充電電壓也等于電源電壓峰值，則在電源峰值點(diǎn)投入電容時(shí)，由于在這一點(diǎn)電源電壓的變化率（時(shí)間導(dǎo)數(shù)）為零，因此，電流 ic即為零，隨后電源電壓（也即電容電壓）的變化率才會按照正弦規(guī)律上升，電流 ic即按正弦規(guī)律上升。 一般來講，希望電容器預(yù)先充電電壓為電源電壓的峰值，而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。 a)單相結(jié)構(gòu)圖