【正文】 無(wú)功功率控制避免投切振蕩，電網(wǎng)電壓上限值和負(fù)載電流下限值作為控制電容器組投切的約束條件，實(shí)現(xiàn)電容器組的智能綜合控制。比較合理的補(bǔ)償應(yīng)做到最大限度地利用補(bǔ)償設(shè)備提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、不發(fā)生過(guò)補(bǔ)償、無(wú)投切振蕩和無(wú)沖擊投切。但由于接觸器三相觸頭不能分別進(jìn)行控制 ，要通則幾乎一起接通，要斷則幾乎一起斷開(kāi)，無(wú)法選擇最合適相位角投入和切除電容，這樣會(huì)產(chǎn)生不同的沖擊電流。 現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)控制大功率晶閘管來(lái)投切電容，由于具有過(guò)零檢測(cè)、過(guò)零觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，合閘 涌流小，無(wú)操作過(guò)電壓，無(wú)電弧重燃，從而基本上解決了以往投切時(shí)交流接觸器經(jīng)常拉弧至于燒結(jié)而損壞的不良情況。采用晶閘管與二極管反并聯(lián)方式，只要電容器在電源峰值時(shí)投入，晶閘管在電流過(guò)零時(shí)自動(dòng)切斷，無(wú)論電容器的投或切，都不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流和過(guò)電壓，控制簡(jiǎn)便，電容器無(wú)需放電即可重新投入，從而實(shí)現(xiàn)電容器的頻繁投切，但晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓峰值的兩倍。兩種方式相比，晶閘管反并聯(lián)方式可靠性更高，即使損壞一個(gè)晶閘管，也不會(huì)導(dǎo)致電容器誤投入，響應(yīng)速度也比晶閘管和二極管反并聯(lián)方式快，但投資較大，控制更復(fù)雜。三相共補(bǔ)是根據(jù)三相總的無(wú)功需求來(lái)投切電容器組，電容器接法為三角形。 三相共補(bǔ)廣泛采用兩組晶閘管作為控制器件。實(shí)際上電壓絕對(duì)過(guò)零很難做到，會(huì)存在電流的暫態(tài)過(guò)程，但只要線路電參數(shù)配合合理，這個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，并很快過(guò)渡到穩(wěn)定狀態(tài)。如果器件選擇不當(dāng)或保護(hù)不夠，常常會(huì)造成晶閘管和電容器燒毀。把三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)相結(jié)合，便實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償綜合方案 — 混補(bǔ)，可以用于任何負(fù)載。 5. 發(fā)展趨勢(shì) 隨著電力電子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響，靜止無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)： （ 1）在城網(wǎng)改造中，運(yùn)行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無(wú)功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀，因此提出了無(wú)功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀的一體化的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，可以在無(wú)功補(bǔ)償中引入一些先進(jìn)的控制方法，如模糊控制等。高壓系統(tǒng)由于受到晶閘管耐壓水平的限制，是通過(guò)變壓器接入的，如用于電氣化鐵道牽引變電所等。 8 （ 4）由單一的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)骄哂袨V波以及抑制諧波的功能 。研制開(kāi)發(fā)兼有無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開(kāi)關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段。電能的用戶 （負(fù)荷）在需要有功功率 (P)的同時(shí)還需要無(wú)功功率 (Q),其大小和負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)；有功功率和無(wú)功功率在電力系統(tǒng)的輸電線路和變壓器中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗 (Δ P)和無(wú)功功率損耗(Δ Q),也會(huì)產(chǎn)生電壓降落 (Δ U)。 由此可見(jiàn)，無(wú)功功率在輸電線、變壓器中的流動(dòng)會(huì)增加有功功率損耗和無(wú)功功率損耗以及電壓降落；由于變壓器、高壓架空線路中電抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于電阻值，所以無(wú)功功率的損耗比有功功率的損耗大，并且引起電壓降落的主要因素是無(wú)功功率的流動(dòng)。 許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。 在功率三角形中，有功功率 P 與視在功率 S 的比值，稱為功率因數(shù) cosφ，其計(jì)算公式為： cosφ =P/S=P/（ P2+Q2） 1/2 在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。 2. 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔? 無(wú)功補(bǔ)償可以收到下列的效益：①提高用戶的功率因數(shù) ,從而提高電工設(shè)備的利用率 。對(duì)電容器、電纜、電機(jī)、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過(guò)熱。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了 60％～ 70％；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的 60％～70％。 (2)變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的 10％～ 15％，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的 1/3。 (3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。下面簡(jiǎn)單介紹這 3 種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無(wú)功倒送。 (2)低壓集中補(bǔ)償： 低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一。適用于用戶遠(yuǎn)離變電 所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。 5. 采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù) 提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來(lái)減少各種用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。因此，對(duì)于恒速長(zhǎng)期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。 (4)合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運(yùn)行方式：對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取 撤、換、并、停 等方法，使其負(fù)載率提高到 最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。 ①同步發(fā)電機(jī)： 同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無(wú)功功率： Q=S sinφ =P tgφ 其中 :Q、 S、 P、φ是相對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率、視在功率、有功功率和 功率因數(shù)角。 ②同步調(diào)相機(jī) : 同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。 ③并聯(lián)電容器： 并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，由于通過(guò)電容器的交變電流在相位上正 好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng) 發(fā) ?quot。 并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無(wú)功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率。當(dāng)電壓變化時(shí)靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)還能做到分相補(bǔ)償；對(duì) 于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對(duì)電抗器的投切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運(yùn)行工況，使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。 7 . 無(wú)功 補(bǔ)償?shù)囊饬x 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高帶來(lái)了電力負(fù)荷的高速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，隨著電力市場(chǎng)的開(kāi)放，電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在提高；電力生產(chǎn)與供應(yīng)企業(yè)也比以往任何時(shí)候都重視電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。無(wú)功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率。同時(shí)，無(wú)功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。無(wú)功功率最主要的來(lái)源是利用各種無(wú)功功率補(bǔ)償（以下簡(jiǎn)稱無(wú)功補(bǔ)償）設(shè)備在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。 低壓電力用戶量大面廣，其負(fù)荷的功率因數(shù)又大都比較低，因此在低壓電網(wǎng)中 進(jìn)行無(wú)功功率的就地補(bǔ)償是整個(gè)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾h(huán)節(jié)。 12 電力負(fù)荷是隨時(shí)變化的，所需要的無(wú)功功率也是隨時(shí)變化的，為了維持無(wú)功平衡，要求無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備實(shí)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，即要根據(jù)無(wú)功負(fù)荷的變化及時(shí)投切電容器。據(jù)調(diào)查，我國(guó)過(guò)去 使用的自動(dòng)投切電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置在使用 3 年后損壞率達(dá) 75％ [2]。這種以電力電子器件作為無(wú)功器件（電容器、電抗器）的控制或開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置被稱為靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（ SVC： Static Var Compensator）。 8. 結(jié)束語(yǔ) 本文集中探討了功率因數(shù)對(duì)廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了影響功率 因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無(wú)功電源及其特點(diǎn)。 在電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設(shè)無(wú)功功率電源 ,以改變電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的流動(dòng) ,從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，這種技術(shù)措施稱為無(wú)功功率補(bǔ)償。這種功率在電網(wǎng)中會(huì)造成電壓降落（感性電抗時(shí)）或電壓升高（容性電抗時(shí)）和焦耳（電阻發(fā)熱 ）損失，卻不能做出有效的功。合理配置無(wú)功補(bǔ)償（包括在什么地點(diǎn)、用多大容量和采用何種型式）是電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作中一項(xiàng)重要內(nèi)容。 二 、 電力系統(tǒng)諧波的基本特性和測(cè)量 諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。 非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。 要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。因其多樣性和隨機(jī)性，在實(shí)際工作中，要精確評(píng)估諧波量值非常困難，所以在 IEC 610047標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)前三類諧波進(jìn)行了規(guī)定，推薦采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)諧波進(jìn)行測(cè) 量。 13 國(guó)標(biāo) GB/T 145491993采用觀察期 3s有效測(cè)量的各次諧波均方根值的 95%概率作為評(píng)價(jià)諧波的標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)際工作中，通常采用諧波測(cè)試儀來(lái)監(jiān)測(cè)和分析諧波。 相對(duì)單點(diǎn)的諧波測(cè)量而言，從區(qū)域或整個(gè)電網(wǎng)角度來(lái)看，諧波源的定位和確定諧波模型進(jìn)而分析它是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程。而諧波模型分析的方法一般有三種：非線性時(shí)域仿真、非線性和線性頻率分析。 1. 配網(wǎng)中的諧波源 嚴(yán)格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括發(fā)電 、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中產(chǎn)生諧波最多位于用電環(huán)節(jié)上。 輸電和配電系統(tǒng)中存在大量的電力變壓器。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點(diǎn)偏離線性就越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的諧波電流就越大，嚴(yán)重時(shí)三次諧波電流可 達(dá)額定電流的 5%。 晶閘管整流技術(shù)在電力機(jī)車、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等很多方面被普遍采用。有統(tǒng)計(jì)表明，整流設(shè)備所產(chǎn)生的諧波占整個(gè)諧波的近 40%，是最大的諧波源。前者將 380V 50Hz工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直 流電壓信號(hào)，濾波后由大功率晶體開(kāi)關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號(hào)。兩者均采用相位控制技術(shù)，所以在變換后會(huì)產(chǎn)生含復(fù)雜成分 (整次或分次 )的諧波。 充氣電光源和家用電器更是常見(jiàn)的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化 14 物燈應(yīng)用氣體放電原理發(fā)光，其伏安特性具有明顯的非線性特征。這類設(shè)備功率雖小，但數(shù)量多，也是電網(wǎng)諧波源中不可忽視的因素。因這些設(shè)備一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)繼電器元件，容易接受諧波干擾而誤動(dòng)和拒動(dòng)，系統(tǒng)中存在的不明原因的誤動(dòng)和拒動(dòng)，與諧波不無(wú)關(guān)系。 諧波會(huì)大大增加電力變壓器的銅損和鐵損，降低變壓器有效出力，諧波導(dǎo)致的噪聲，會(huì)使變電所的噪聲污染指數(shù)超標(biāo)，影響工作人員的身 心健康。 配網(wǎng)中使用大量異步電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生的諧波會(huì)增加附加損耗。對(duì)斷路器而言，無(wú)論其構(gòu)成元件為電磁的、還是熱磁的、亦或電子的，都可能受諧波的影響誤動(dòng)。同樣，諧波也是引起錄波裝置誤啟動(dòng)，保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的重要因素。對(duì)于人體，諧波會(huì)刺激人體細(xì)胞，使正常的細(xì)胞膜電位發(fā)生快速波動(dòng)或可逆的翻轉(zhuǎn)，當(dāng)這種波動(dòng)或翻轉(zhuǎn)頻率接近諧波頻率時(shí)，會(huì)影響人體大腦與心臟?？蓺w納以下治理措施： (1)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)規(guī)范的宣傳貫徹。對(duì)電力用戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求；對(duì)于供電部門而言，可以評(píng)估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。在配電網(wǎng)中，主要存在的是三次諧波污染，可以在諧波檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)加裝濾波設(shè)備來(lái)減小諧波注入電網(wǎng)。 (4) 加強(qiáng)管理，多方出資，共同治理。 4. 結(jié)論 諧波治理是綜合治理過(guò)程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。目前農(nóng)網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對(duì)諧波的危害也沒(méi)有引起足夠的重視，往往認(rèn)為諧波治理是電力部門的事情，是 15 一種單邊行為，就此而言，作為電力歸口管理部門有必要加強(qiáng)諧波治理方面的宣傳，強(qiáng)調(diào)諧波治理的重要性和投資回報(bào)。這樣做，不僅能夠改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時(shí)也能延長(zhǎng)用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高電能利用率。因此，要對(duì)電壓和無(wú)功功率進(jìn)行綜合控制，保證實(shí)現(xiàn)包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳。圖中各參數(shù)以標(biāo)么值表示，US 為系統(tǒng)電源電壓，看作是恒定值。由圖寫出各節(jié)點(diǎn)的電壓方程式： US UH=[PLRS+(QLQC)XS]/UH (1) UDUL=(RL+XLtgΦL)PL/UL (2) UHUD=[PLRT+(QLQC)XT]/UD (3) UD=UH/n （ 2）電壓調(diào)節(jié)對(duì)無(wú)功功率的影響 當(dāng)利用有載調(diào)壓變壓器分接頭對(duì)低壓側(cè)電壓調(diào)節(jié)時(shí)，不但改變了電壓的高低，而對(duì)無(wú)功功率也有調(diào)節(jié)作用。對(duì)于變壓器變比 n和 XT 均為常數(shù)，變壓器向系統(tǒng)吸取的無(wú)功功