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關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；靜止無功補(bǔ)償裝置；動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)；解決措施

隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，尤其是很多電器設(shè)備的大肆使用，使電力系統(tǒng)的荷載日益加重，不僅降低了電力輸送的質(zhì)量而且對(duì)正常的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也有著潛在的不利影響。尤其是一些沖擊性比較強(qiáng)的負(fù)荷，功率因數(shù)比較低，并且無功變化很急劇，當(dāng)它們運(yùn)行時(shí)往往會(huì)造成電壓起伏落差很大，這不僅對(duì)電里線路造成的很大的損耗而且還會(huì)影響電力系統(tǒng)對(duì)正常用戶供電的質(zhì)量，因此，加強(qiáng)對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)探討并進(jìn)行具體的實(shí)踐能夠在提高輸電容量，加強(qiáng)穩(wěn)定性，增強(qiáng)節(jié)能效果等方面發(fā)揮重要作用。

一、靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)概況

1、靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)簡介

在我國科技與經(jīng)濟(jì)同時(shí)得到了很大的進(jìn)步，電氣自動(dòng)化領(lǐng)域也發(fā)生著日新月異的變化，在變電站，高鐵牽引系統(tǒng)中都應(yīng)用了電氣自動(dòng)化技術(shù)。然而高速電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中存在著關(guān)于單相電力牽引的負(fù)荷復(fù)雜變化的問題，這些問題不僅會(huì)會(huì)導(dǎo)致無功功率的提升，還會(huì)增加注入電力系統(tǒng)的諧波和負(fù)序。這樣一來，影響了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的資源利用率、降低了電力系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)的總體效益。根據(jù)，現(xiàn)有的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)研究，我們可以知道，其中較為明顯的主要有三個(gè)問題，諧波、負(fù)序和無功。雖然目前，國外已經(jīng)有了不少對(duì)這些問題的研究結(jié)果，但是，對(duì)于我國這個(gè)人口大國來說，電氣自動(dòng)化在供電所應(yīng)用的壓力非常大，其中非線性因素帶來的不可控問題更為嚴(yán)重了。近年來，出現(xiàn)的一些較為嚴(yán)重的大型電機(jī)廠組事故等，給企業(yè)和社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，通過引入無功補(bǔ)償技術(shù)，能夠達(dá)到解決電氣自動(dòng)化系統(tǒng)非線性等問題。

在供電系統(tǒng)中，一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是電能質(zhì)量，而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。常見的很多關(guān)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)無功狀況，多是受到阻抗問題和功率因素問題的影響，從而導(dǎo)致電網(wǎng)受到無功效果的。靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)可以把逆變器通過變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上來對(duì)其交流側(cè)電流的相位或者幅值進(jìn)行相應(yīng)控制，并能夠?qū)崟r(shí)觀察到核載量的變化，根據(jù)無功功率的需要來進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償處理，以便于實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率的目的。如若出現(xiàn)無功荷載和電壓波動(dòng)的情況也能夠在急需動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間之內(nèi)進(jìn)行一次性的多級(jí)補(bǔ)償。靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償根據(jù)其補(bǔ)償?shù)姆秶梢詣澐譃楹奢d補(bǔ)償和線路補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)姆绞揭灿写?lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償兩種。

2、靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的作用

靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的作用是很大的。首先，能夠加強(qiáng)電力系統(tǒng)的暫時(shí)狀態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)生電力故障時(shí)，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行快速的無功補(bǔ)償以緩解電壓崩潰的趨勢(shì)，減少電壓的波動(dòng)率。其次，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)能夠補(bǔ)償不平衡負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)牟黄胶饪刂撇呗跃涂梢匝a(bǔ)償系統(tǒng)使電力配電供電的電流變成三相平衡，這樣就能夠使不平衡的單向負(fù)荷變?yōu)槿嗥胶庳?fù)荷從而有效緩解電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，并且能夠相應(yīng)吸收負(fù)荷諧波電流，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)中還具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償后，高低壓配電電流減少就會(huì)降低線損率和用電設(shè)備的損耗，不僅可行性高而且還能夠提高電能的質(zhì)量。并且靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣，在煤礦冶金企業(yè)和電氣化鐵路牽引站等都有重要作用，為我國的電力系統(tǒng)消除安全隱患。

二、靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用中的常見問題

靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在對(duì)電壓的控制及補(bǔ)償所需的無功功率方面具有很高的現(xiàn)實(shí)意義，并且靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)還能夠大幅度的提高電力系統(tǒng)的安全性能和送電質(zhì)量。隨著對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)不斷研究探討，不可否認(rèn)其已經(jīng)愈加完善，但是在實(shí)踐中仍有一些需要注意的問題。

第一，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中的補(bǔ)償方式問題。靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的無功補(bǔ)償?shù)膫?cè)重點(diǎn)大多還是在用戶方面，這樣導(dǎo)致了只重視補(bǔ)償用戶功率因數(shù)這個(gè)問題的產(chǎn)生，使電力系統(tǒng)并不能最低限度的減少無用損耗。

第二，靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的諧波問題。所有的裝電容器都具備一定的抗諧波能力，但是當(dāng)諧波含量過大時(shí)往往會(huì)對(duì)電容器造成一定的沖擊影響，并且裝電容器會(huì)放大諧波的作用，造成電力系統(tǒng)的諧波干擾更加厲害而發(fā)生的一系列故障。

第三， 靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的無功倒送問題。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)無功倒送的現(xiàn)象是很嚴(yán)重的，無功倒送不僅僅造成線路和變壓器的大幅度損耗而且還會(huì)加重電力線路的沉重負(fù)擔(dān)。

三、靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用中常見問題的解決方法

雖然我國的電力系統(tǒng)伴隨著技術(shù)條件的不斷提高也在進(jìn)行相應(yīng)的完善措施，并且電力系統(tǒng)崩潰事故也越來越少，但是因地域廣大而形成的大規(guī)模電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境使我國對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展和維護(hù)仍舊不敢掉以輕心。并且人們對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高。下面就針對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用中常見問題提出幾點(diǎn)解決方法。

第一，針對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中的補(bǔ)償方式問題。應(yīng)該不能僅僅側(cè)重于補(bǔ)償用戶功率還應(yīng)該將著眼點(diǎn)放在電力系統(tǒng)的損耗，精確的計(jì)算無功功率，明確認(rèn)識(shí)到各個(gè)電力點(diǎn)的最優(yōu)化補(bǔ)償量以及最合適的補(bǔ)償方式，才能夠最大化的節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)電力資源的最大效益。

第二，針對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的諧波問題。諧波問題常常會(huì)造成電力系統(tǒng)發(fā)生一些故障。因此在經(jīng)常發(fā)生諧波干擾并且還需要無功補(bǔ)償?shù)碾娏c(diǎn)應(yīng)該添加相應(yīng)的過濾諧波裝置，以免造成靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)目刂骗h(huán)節(jié)受到諧波的沖擊干擾會(huì)發(fā)發(fā)生控制失靈的現(xiàn)象。

第三，針對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的無功倒送問題。造成無功倒送的原因往往是因?yàn)槟承o功補(bǔ)償裝置選擇的無功分析比較單一，當(dāng)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱的情況時(shí)或者是對(duì)于采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶在出現(xiàn)荷載低谷時(shí)都有可能出現(xiàn)無功倒送這種現(xiàn)象。因此，無功補(bǔ)償裝置應(yīng)該能夠根據(jù)電力系統(tǒng)無功的相應(yīng)變化來進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，并注重選擇合適的補(bǔ)償方式避免出現(xiàn)無功倒送的現(xiàn)象。

總而言之，隨著靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的不斷發(fā)展再配合我國電力系統(tǒng)的自身特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償控制裝置進(jìn)行最優(yōu)化的控制策略以便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償整體優(yōu)化。因此，注重靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的研究探討對(duì)部分電力系統(tǒng)依舊存在的無功補(bǔ)償不足和電壓難以穩(wěn)定控制等問題具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳宇飛；靜止無功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)探討[J]；供用電，2007年

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關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-0118（2012）-03-0-02

一、配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置

無功功率補(bǔ)償，簡稱無功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)供電質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行的因素。無功補(bǔ)償分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式。靜態(tài)無功補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載情況安裝固定容量的補(bǔ)償電容或補(bǔ)償電感，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載的感性或容性變化隨時(shí)的切換補(bǔ)償電容容量或電感量進(jìn)行補(bǔ)償。一般的補(bǔ)償是有級(jí)的,也就是常用的補(bǔ)償裝置如電容,是按組來進(jìn)行投切的,也就是用電系統(tǒng)里產(chǎn)生的無功不會(huì)是你補(bǔ)償?shù)囊粯佣?但是由于這種補(bǔ)償已經(jīng)將功率因數(shù)達(dá)到了例如0.95,已經(jīng)很好了。但是有的負(fù)載,其工作時(shí)無功的變化量非常大,且速度非?？?可以達(dá)到毫秒級(jí)，如電焊機(jī)，一個(gè)工作周期才0.2秒左右，其間還有幾十秒的半負(fù)荷及幾十秒的停頓，而無功在工作時(shí)也是不規(guī)則的快速改變著。象這樣的負(fù)載采用常用的無功補(bǔ)償裝置是無法實(shí)現(xiàn)的，只能用“動(dòng)態(tài)”補(bǔ)償。

所謂“動(dòng)態(tài)”即快速性、實(shí)時(shí)性，一是補(bǔ)償速度一定要快；二是用電負(fù)載需要多少無功，補(bǔ)償裝置就補(bǔ)償多少無功。這是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)基本特征。但不是非得兩個(gè)都具備才是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，有的負(fù)載雖然無功變化快，但是無功量的改變是固定的，此時(shí)用速度快的無功補(bǔ)償也可以辦到，也就是說這個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償強(qiáng)調(diào)的單單是迅速。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置由高壓開關(guān)柜(包括高壓熔斷器、隔離開關(guān)、電流互感器、繼電保護(hù)、測(cè)量和指示部分等)、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈(或者電壓互感器)、氧化鋅避雷器、支柱絕緣子、框架等構(gòu)成。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置根據(jù)改善和提高功率因數(shù)，降低線路損耗，充分發(fā)揮發(fā)電、供電設(shè)備的效率功能強(qiáng)大，液晶字段顯示，性能可靠穩(wěn)定，抗干擾能力極強(qiáng)?？繜o功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)。

無功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無功功率型、無功電流型。功率因數(shù)型這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果。用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破饕缶透吡?，一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。

二、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置最優(yōu)利用方法與原理功能

配電線路無功補(bǔ)償即通過在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過多，一般不采用分組投切控制；補(bǔ)償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)措施也要一切從簡，可采用熔斷器或者避雷器作為過流和過壓保護(hù)。線路補(bǔ)償方式這種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長線路。

在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中：由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無規(guī)律性，也無法事先預(yù)知。導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長期性不平衡。對(duì)于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。

電網(wǎng)中的不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，還會(huì)增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，最終會(huì)造成三相電壓的不平衡。

調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置，有效地解決了這個(gè)難題，該裝置具有在補(bǔ)償線路無功的同時(shí)調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)。

工作原理：無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置由控制器、過零觸發(fā)模塊、晶閘管、并聯(lián)電容器、電抗器、放電保護(hù)器件等組成。裝置實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量負(fù)荷的電壓、電流、無功功率等，通過微機(jī)進(jìn)行分析，然后計(jì)算出無功功率并與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，自動(dòng)選擇能達(dá)到最佳補(bǔ)償效果的補(bǔ)償容量并發(fā)出指令，由過零觸發(fā)模塊判斷雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)快速、無沖擊地投入并聯(lián)電容器組。

目前，國內(nèi)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破骱蛧獾耐惍a(chǎn)品相比還要有很大的差距，一方面是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護(hù)成本高；另一方面是在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好。另外，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)也還沒有達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，這方面落后于發(fā)展。但是運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，最重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。

無功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。

動(dòng)態(tài)無功率補(bǔ)償裝置的主要功能：1、提高線路輸電穩(wěn)定性；2、維持受電端電壓，加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；3、補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能損耗；4、抑制電壓波動(dòng)和閃變；5、抑制三相不平衡。

動(dòng)態(tài)無功率補(bǔ)償裝置的主要問題：1、電容器損壞頻繁。2、電容器外熔斷器在投切電容器組及運(yùn)行中常發(fā)生熔斷。3、電容器組經(jīng)常投入使用率低。

三、在配電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與靜態(tài)補(bǔ)償區(qū)別

（一）前者表示靠無功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)，否則，不論補(bǔ)償量過小或過大，功率因數(shù)均偏小。

（二）動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)亩x是這種響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間小于1S，一般是通過可控硅投切電容組TSC、可控電抗器調(diào)節(jié)無功TCR型SVC或利用IGBT器件調(diào)節(jié)的靜止性無功發(fā)生裝置SVG等來實(shí)現(xiàn)。靜態(tài)補(bǔ)償可以是固定的通過隔離開關(guān)或熔斷器斷電后進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的裝置，也指響應(yīng)時(shí)間大于1S的自動(dòng)投切裝置，如接觸器投切電容組的方式。

四、應(yīng)用

（一）SLTF型低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：適用于交流50Hz、額定電壓在660V以下，負(fù)載功率變化較大，對(duì)電壓波動(dòng)和功率因數(shù)有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業(yè)。安裝環(huán)境：周圍介質(zhì)無爆炸及易燃危險(xiǎn)、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導(dǎo)電塵埃。無劇烈震動(dòng)和顛簸，安裝傾斜度

（二）SHFC型高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置：適用于6kV~10kV變電站，可在I段和II段母線上任意配置1~4組電容器，適應(yīng)變電站的各種運(yùn)行方式。技術(shù)特征：電壓優(yōu)先，按電壓質(zhì)量要求自動(dòng)投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

（三）WDB-K型低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：采用大功率晶閘管投切開關(guān)，控制器可根據(jù)系統(tǒng)電壓，無功功率、兩相準(zhǔn)則控制晶閘管開關(guān)對(duì)多級(jí)電容組進(jìn)行快速投切。晶閘管開關(guān)采用過零觸發(fā)方式，可實(shí)現(xiàn)電容器無涌流無沖擊投入，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，補(bǔ)償電網(wǎng)無功、改善功率因數(shù)、提高變壓器承載能力的目的。可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、港口、化工、建材等工礦企業(yè)及小區(qū)配電系統(tǒng)。安裝環(huán)境：無易燃、易爆、化學(xué)腐蝕、水淹及劇烈振動(dòng)場所。具有過流、過壓、欠壓、溫度超限多種保護(hù)。裝置能在外部故障和停電時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行，送電后自動(dòng)恢復(fù)的功能。

總之，以現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)前景來說，配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)還不太成熟，但是發(fā)展前景可觀，有很大的利用價(jià)值，性價(jià)比高。

參考文獻(xiàn)：

篇3

主題詞： 動(dòng)態(tài) 無功補(bǔ)償 功率因數(shù) 電網(wǎng) 效益

Abstract: in industrial and mining enterprises, most of the power equipment belong to the perceptual load, the equipment in operation to absorb a lot of reactive power, so, industrial and mining enterprises to improve the power factor of electricity is to improve the power efficiency, saving energy the important means. This article through to the reactive power compensation principle and compensation methods of analysis and synthesis mining area of bohai sea oil power grid of reactive power compensation present situation, the use of domestic advanced dynamic comparison of reactive power compensation technology, puts forward the reform plan, and reconstruction of the benefit of this.

Keywords: dynamic reactive compensation power factor grid benefits

中圖分類號(hào)：U665.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、前言

隨著我國電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長很快，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是針對(duì)始建于1966年的渤海石油礦區(qū)，隨著用電量的日益增長和用電結(jié)構(gòu)的變化，使得礦區(qū)電網(wǎng)的無功損耗和諧波問題日益突出，為了降低電網(wǎng)損耗，提高功率因數(shù)，減小高次諧波對(duì)供電系統(tǒng)的影響，延長用電設(shè)備的使用壽命，提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電能力，推行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償是降損節(jié)能和保證電能質(zhì)量的行之有效的方法。

二、無功補(bǔ)償?shù)慕榻B

（一）無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

電感和電容是兩種性質(zhì)相反的元件，供電系統(tǒng)中的用電設(shè)備大多是感性負(fù)載，用電容器補(bǔ)償感性負(fù)載所需的無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，稱之為電容補(bǔ)償，這也是無功補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

（二）無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

1、補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。

2、減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時(shí)，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對(duì)原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對(duì)新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償，便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。

3、降低線損，由公式ΔP%=（1-cosф1/cosф2）×100%得出（其中cosф1為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，cosф2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)）：

補(bǔ)償后，cosф2>cosф1，降低線損率，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行。

（三）電網(wǎng)中常用的幾種無功補(bǔ)償方式

1、高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償是將高壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變電所的6-10KV母線上。這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償6-10KV母線前側(cè)線路上的無功功率，母線后側(cè)廠內(nèi)線路的無功功率得不到補(bǔ)償。因此變壓器的視在負(fù)荷及變壓器的損耗并沒有少。所以這種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)效果比較差，但這種補(bǔ)償方式的初期投資比較低，且便于集中運(yùn)行維護(hù)，而且能對(duì)變電站高壓側(cè)的無功功率進(jìn)行有效的補(bǔ)償，以滿足濱海供電公司對(duì)變電站總功率的基本要求。

2、分組補(bǔ)償：

分組補(bǔ)償是將低壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變配電所的380V低壓母線上。這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償變電所、箱站低壓母線前的變壓器，高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率。由于這種補(bǔ)償能使變電所、箱站主變以前的視在功率減小，從而可使主變壓容器容量選的較小，減少變壓器運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，經(jīng)濟(jì)效益較好。目前我們系統(tǒng)中的終端變電所、室外箱站都采用了這種補(bǔ)償方式。

3、低壓就地補(bǔ)償：

低壓就地補(bǔ)償，就是將并聯(lián)補(bǔ)償電容器組裝設(shè)在需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備組旁邊。這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝位置以前的所有高低壓線路和電力變壓器的無功功率，其補(bǔ)償范圍大，補(bǔ)償效果好，經(jīng)濟(jì)效益佳。相比較而言，這種補(bǔ)償方式投資較前兩種大，但電容器組在補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備組停機(jī)時(shí)也將一并被解除。

三、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置改造

（一）渤海石油礦區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

渤海石油礦區(qū)電網(wǎng)是指港區(qū)、濱海、東沽三大片區(qū)所轄的供用電系統(tǒng)，包括2座35KV變電站，3座6KV開閉站，14座6KV變電所，其中所屬水電服務(wù)公司的9座，其他單位的5座，69座室外箱站（變臺(tái)），其中所屬水電服務(wù)公司的42座，其他單位的27座。在建設(shè)初期，基本安裝了靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，但隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，渤海石油礦區(qū)生產(chǎn)型單位業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大，大量的電力電子設(shè)備被投入到電網(wǎng)中廣泛使用，使得礦區(qū)電網(wǎng)存在以下問題。

1、運(yùn)行年限久，設(shè)備老化

目前，渤海石油礦區(qū)部分室外箱站始建于90年代，原無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行年限長、設(shè)施老化、技術(shù)性能落后、安全存在隱患，電容容量無法滿足使用要求，補(bǔ)償方式傳統(tǒng)單一。

2、部分負(fù)荷功率因數(shù)很低

如海工、涂敷等大用電客戶的負(fù)載性質(zhì)特點(diǎn)，無功補(bǔ)償不到位，造成其功率因數(shù)很低，電能損耗大，其負(fù)荷的突變性也很大，引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變，加之產(chǎn)生的諧波造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，致使電網(wǎng)質(zhì)量下降。

3、大量電力電子設(shè)備的增加

大功率的整流器、變頻器、電焊機(jī)以及我們?nèi)粘?yīng)用的變頻空調(diào)等設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波對(duì)渤海的電網(wǎng)質(zhì)量影響較大，無法滿足需要高質(zhì)量用電單位的使用需求，降低系統(tǒng)的供電能力，影響設(shè)備的運(yùn)行及使用壽命。

4、無功補(bǔ)償裝置的投運(yùn)現(xiàn)狀

由于設(shè)備老化、損壞、功能缺失、專業(yè)管理不到位等原因，部分無功補(bǔ)償裝置已不具備投運(yùn)條件，不能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償功能，以港區(qū)為例，特別是重要的生產(chǎn)型用電大戶（如：海油工程、涂敷公司等），無功補(bǔ)償裝置的使用情況較差。

《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：100KVA及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。據(jù)電力部門統(tǒng)計(jì)：用戶功率因數(shù)在0.7-0.8之間，供電單位向用戶提供每千瓦有功負(fù)荷的同時(shí)，還必須由電網(wǎng)向用戶提供0.9-0.75KVAR無功，才能維持電網(wǎng)正常運(yùn)行；電網(wǎng)的無功功率，消耗在輸、配電線路、升、降壓變壓器等供電設(shè)備上的占35%，消耗在用戶感性負(fù)載上的占65%。

以下是我們運(yùn)行中的一組數(shù)據(jù)：

（二）改造方案

鑒于以上原因，我們根據(jù)渤海石油礦區(qū)電網(wǎng)的無功漏洞及變壓器的容量，來確定所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率的容量，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的部分箱站系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的改造。

為了保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，我們選用TSVC系列低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，采用差容優(yōu)化投切：通過不斷測(cè)量無功的變化，總是投入功率盡可能大的電容器組。如3×40、3×30、3×20、3×10kvar的電容柜中，在ABC三相中無功至少需40kvar時(shí)會(huì)立即投入3×40kvar組其中的某相而不是通過10+30來累加，由此減少投切次數(shù)，補(bǔ)償精度一步到位。具有很高的投切精度，可以使整個(gè)系統(tǒng)(三相中的每一相)在補(bǔ)償后的功率因數(shù)達(dá)到0.96以上。

（三）TSVC系列低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)性能及原理

1、技術(shù)性能

①控制方式采用微型計(jì)算機(jī)原理、人機(jī)對(duì)話界面，中英文菜單；

②各種顯示功能完美（過壓、欠壓、缺相、功率因素、有功電度、有功功率、無功功率、溫度、頻率、電流、電壓等）；

③運(yùn)行保護(hù)、兩相失電時(shí)，不影響數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、通訊。對(duì)過壓、欠壓、缺相、零序、溫度超限進(jìn)行及時(shí)報(bào)警并做出相應(yīng)動(dòng)作；

④數(shù)據(jù)通訊：配有RS585和RS232接口，現(xiàn)場采集也可遠(yuǎn)程采集；

⑤主回路采用電力半導(dǎo)體模塊，實(shí)現(xiàn)全無觸點(diǎn)化，控制回路采用CLN脈沖過零觸發(fā)，過電流投入，過電流切除；

⑥觸發(fā)采用光電觸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)隔離，解決諧波干擾問題；

⑦投切電容實(shí)現(xiàn)無電流沖擊，無振蕩，無補(bǔ)償呆區(qū)；

⑧快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，20ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因數(shù)要求達(dá)到0.95以上；

⑨無功補(bǔ)償輸出采用+Y接法，集共補(bǔ)（補(bǔ)償三相）與分補(bǔ)（補(bǔ)償單相）于一體，或是純單相分補(bǔ)，既適用于三相平衡負(fù)載，又適用于三相不平衡負(fù)載。

2、工作原理

TSVC系列低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用反饋式監(jiān)測(cè)（三相平衡負(fù)荷、采集單相信號(hào)；三相不平衡負(fù)荷、采集三相信號(hào)），以負(fù)載的實(shí)時(shí)無功電流為投切物理量，應(yīng)用瞬時(shí)無功控制理論及網(wǎng)壓支持算法，在10ms內(nèi)完成信號(hào)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算及控制輸出；投切可控硅接到投切指令后，在小于10ms內(nèi)完成零電流投入，投切無涌流，對(duì)電網(wǎng)無沖擊，并在主電路和開關(guān)中采取措施，對(duì)于主回路電容器有預(yù)充電的作用，避免了對(duì)投切電容器的沖擊，使運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全、可靠。為保證實(shí)時(shí)跟蹤投切，整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于20ms，可滿足快變化負(fù)載的需要，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償。裝置裝有6%鐵芯濾波電抗器，對(duì)5次以上諧波系統(tǒng)能按標(biāo)準(zhǔn)抑制和治理又不會(huì)發(fā)生諧波放大。

圖1 TSVC系列動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置原理方框圖

圖2 TSVC系列動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置主回路原理圖

四、效益分析

（一）經(jīng)濟(jì)效益

1、降損節(jié)能

利用無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)可以降低線路損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。目前，渤海石油礦區(qū)電網(wǎng)改造所需補(bǔ)償?shù)娜萘考s為4340kvar，反應(yīng)在6KV母線上可節(jié)省無功電流417A（4340/1.732/6），按有效利用率60%計(jì)算，可節(jié)省無功電流約250A。

按照無功電流的通過所引起的三相線路有功損耗公式：

P＝P1－P2＝3I12R×10-3－3I22R×10-3＝3I2R×10-3

計(jì)算，可得：P=3×2502×R×10-3

改造部分影響6KV架空線路總長度約為4000米，截面積為120 mm2，鋁的電阻率p=0.0294Ωmm2/m，按照R=p L/S公式計(jì)算，得出：R=0.98

P＝3×2502×R×10-3＝3×2502×0.98×10-3=183KW

即可節(jié)省有功功率：183KW

一年可節(jié)省電量：183×8×260＝380640KWh

按平均電費(fèi)1元/KWh計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)約38萬元。

2、節(jié)約電費(fèi)開支

根據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》中規(guī)定，功率因數(shù)越高供電線路的功率損耗就越小，功率因數(shù)高于0.9以上的就減收電費(fèi)，減收的百分比最高為1.25%，低于0.9的就加收電費(fèi)，0.7―0.9之間的每少0.01就加收0.5%的電費(fèi)，在0.65―0.7之間的每少0.01就加收1%的電費(fèi)，0.64及以下每降低0.01就加收2%的電費(fèi)。若功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，將獎(jiǎng)勵(lì)基本電費(fèi)與當(dāng)月用電費(fèi)用合計(jì)的0.75%，此次改造后，功率因數(shù)均能保證在0.95以上，以每年用電量7000萬KWh為例，兩座35KV變電站變壓器容量合計(jì)為23300KVA，年外購電費(fèi)為4780萬元，濱海供電公司的補(bǔ)償獎(jiǎng)勵(lì)金額約為30萬元。

3、提高設(shè)備供電能力

根據(jù)表1中681回路的一組數(shù)據(jù)分析，如果該回路功率因數(shù)提高到供電局0.9的要求，那么變壓器的平均負(fù)荷電流將減少15%，相當(dāng)于變壓器提高了15%的供電能力；如果功率因數(shù)提高到0.95，那么變壓器的平均負(fù)荷電流將減少19%，相當(dāng)于變壓器提高了19%的供電能力，增大了變壓器的出力，使設(shè)備容量不變的條件下，可以少送無功功率，多送有功功率。這樣就能合理配置變壓器容量，避免“大馬拉小車”情況，減少因變壓器配置容量過大而產(chǎn)生的相應(yīng)變壓器損耗，并可以延緩增容周期，從而減少企業(yè)費(fèi)用支出，使供電部門及用電企業(yè)均受益。以35KV變電站增容5000KVA為例，若延緩一年增容，將節(jié)省基本電費(fèi)102萬元。

（二）社會(huì)效益

無功功率的減少，不僅節(jié)約企業(yè)自身的電費(fèi)開支，還減少了電網(wǎng)的線損和對(duì)上一級(jí)變壓器容量的占用，產(chǎn)生的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益顯著。而諧波污染的減少，不僅降低了對(duì)通訊、自動(dòng)控制裝置、電能計(jì)量和繼電器保護(hù)的干擾，而且提高了電網(wǎng)的安全性能和供電質(zhì)量，保證設(shè)備正常工作，有利于安全生產(chǎn)。

五、結(jié)論

經(jīng)過以上分析，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用很好地解決了電網(wǎng)質(zhì)量問題，提高了功率因數(shù)，降低了運(yùn)行成本，適用于工礦企業(yè)不斷增長的用電現(xiàn)狀，值得在工礦企業(yè)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

⑴靳龍章、丁毓山.電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)［M］. 北京：水利水電出版社，1997

⑵王民權(quán)、李威震.企業(yè)無功功率補(bǔ)償點(diǎn)的合理選擇［J］. 電工技術(shù)，2000.2

篇4

關(guān)鍵詞:無功功率 功率因數(shù) 動(dòng)態(tài) 諧波

中圖分類號(hào):TM1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2010)06-031-02

一個(gè)理想的配電系統(tǒng),電能質(zhì)量指標(biāo)總是以某一恒定的頻率值和電壓值來表示,并以此向用戶供電。但在當(dāng)今現(xiàn)代企業(yè)和運(yùn)輸部門中,非線性電力負(fù)荷大量增加,特別是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,晶閘管整流和換流技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用,如:礦山、鋼結(jié)構(gòu)加工、冶金等企業(yè)大量使用晶閘管整流電源,工業(yè)生產(chǎn)中大量使用變頻調(diào)速裝置,電氣化鐵路中采用交流單相整流供電機(jī)車,高壓大容量直流輸電中的換流站等均屬于非線性電力負(fù)荷。此外電網(wǎng)中大量運(yùn)行的變壓器,也是重要的非線性負(fù)荷。

海工青島基地每年18萬結(jié)構(gòu)噸的鋼材加工能力,產(chǎn)品覆蓋中國各海域的淺、深水油氣田工程設(shè)施制造,并輻射澳洲、東南亞、中東、西非、南美等市場?；貎?nèi)生產(chǎn)用焊接電焊機(jī)幾千臺(tái),對(duì)低壓配電系統(tǒng)電容補(bǔ)償及諧波抑制裝置提出了一定要求。結(jié)合生產(chǎn)情況,在無功補(bǔ)償裝置的選型上,各分變電所選用了TSC系列動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置,角星接線方式互補(bǔ)、動(dòng)態(tài)跟蹤低壓系統(tǒng)進(jìn)線電流值,在近年生產(chǎn)實(shí)際使用中起到了良好的效果。

1無功功率(ReactivePower)

在交流電路中,由電源供給負(fù)載的電功率有兩種:一種是有功功率,另一種是無功功率。

有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。

無功功率比較抽象,它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換,并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對(duì)外作功,而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備,要建立磁場,就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也消耗部分有功功率)來發(fā)光外,還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器線圈建立交變磁場用。由于它不對(duì)外作功,才被稱之為“無功”。

無功功率決不是無用功率,它的用處很大。在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果配電系統(tǒng)中無功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場。那么,這些用電設(shè)備就不能維持在額定工況下工作,端電壓下降,從而影響設(shè)備正常運(yùn)行。

由發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需求,所以在配電系統(tǒng)中設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率,以保證用戶設(shè)備對(duì)無功功率的需求,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。

2功率因數(shù)P.F.(PowerFactor)

配電系統(tǒng)中電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差,通常用相位角 的余弦cos 表示。cos 稱為功率因數(shù),又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為:

式中cos ――功率因數(shù)

P――有功功率(kW)

U――用電設(shè)備的額定電壓(V)

I――用電設(shè)備的運(yùn)行電流(A)

功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。

3 TSC系列動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置技術(shù)特點(diǎn)

TSC系列可控硅動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償器采用人工智能控制,由控制器、可控硅、電容器、電抗器、保護(hù)元件組成?？刂破鲗?shí)時(shí)跟蹤測(cè)量負(fù)荷的功率因數(shù)和無功電流,與預(yù)先設(shè)定的給定值進(jìn)行比較,動(dòng)態(tài)控制不同組數(shù)電容器的快速無過渡投切?？朔藗鹘y(tǒng)無功功率補(bǔ)償器因采用機(jī)械開關(guān)而造成的觸點(diǎn)燒結(jié)、對(duì)電容沖擊大等缺點(diǎn),對(duì)各種負(fù)荷均能起到良好的補(bǔ)償效果。

3.1TSC可控硅動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償器

采用大功率可控硅組成的無觸點(diǎn)開關(guān),對(duì)多級(jí)電容器組進(jìn)行無觸點(diǎn)、無涌流、無過渡投切。能根據(jù)負(fù)荷無功功率的大小及功率因數(shù)的實(shí)際運(yùn)行水平自動(dòng)投切,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率,響應(yīng)速度小于20ms,保證系統(tǒng)功率因數(shù)在0.9以上,抑制諧波,改善電壓質(zhì)量,減少線路損耗,提高電氣設(shè)備工作效率。

適合于三相對(duì)稱性負(fù)荷的實(shí)時(shí)功率因數(shù)補(bǔ)償,對(duì)三相負(fù)荷進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償;觸發(fā)采用光電觸發(fā)方式,實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)隔離,解決諧波干擾問題,高可靠性,控制簡單;系統(tǒng)電流過零投切,電容投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、無電弧重燃現(xiàn)象。

3.2諧波抑制

動(dòng)態(tài)抑制系統(tǒng)諧波,針對(duì)電力系統(tǒng)諧波源影響,采用光觸發(fā)控制和諧波抑制技術(shù),安全運(yùn)行?？刂破?、電抗器、驅(qū)動(dòng)器特殊設(shè)計(jì),選用串聯(lián)電抗器,從根本上解決與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)、并聯(lián)諧振,避免使諧波放大,實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波抑制并舉的功能。

3.3控制器

全數(shù)字化、液晶顯示,具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能,控制具有高可靠性,操作簡單,有良好的人機(jī)界面。與系統(tǒng)連接時(shí),不需考慮交流系統(tǒng)相序,不會(huì)因?yàn)橄嘈蚪渝e(cuò)而帶來燒壞可控硅或其他器件的現(xiàn)象;正面柜門上顯示,不用開門即可進(jìn)行控制器參數(shù)設(shè)置、調(diào)整,保護(hù)操作人員人身安全。

3.3保護(hù)元件

保護(hù)措施齊全,自動(dòng)化程度高,能在外部故障或停電時(shí)自動(dòng)退出工作,送電后能自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行,設(shè)有過壓、欠壓、過流等保護(hù)。

3.4電容器

電容器選擇具有良好的自愈性和耐涌流能力質(zhì)量可靠產(chǎn)品,可在1.1倍的額定電壓下長期運(yùn)行,在1.3倍的額定電流下長期運(yùn)行。相對(duì)電容選型問題上,選進(jìn)口優(yōu)質(zhì)品牌產(chǎn)品較好。

3.5電抗器

TSC可控硅動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償器配置專用電抗器,干式鐵芯結(jié)構(gòu),保證補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行后,投切電容器時(shí)不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生諧振,能降低電容器組的合閘涌流及避免電容器組產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象,同時(shí)避免造成電容器運(yùn)行電壓高,分閘時(shí)較易產(chǎn)生過電壓。

3.6強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)

為了降低柜內(nèi)溫度,保證元件可靠工作,配備強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng),自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行,高溫時(shí)自啟動(dòng),低溫時(shí)處于休眠狀態(tài)。

4無功補(bǔ)償對(duì)企業(yè)的好處

首先,提高了功率因數(shù),獲得優(yōu)惠電費(fèi)價(jià)格,至少可避免被罰款。其次,降低了企業(yè)的用電量。第三,在系統(tǒng)內(nèi)電壓一定情況下,降低了視在電流。第四,提高系統(tǒng)變壓器的使用裕度。第五,提高系統(tǒng)內(nèi)電壓數(shù)值。綜合上述原因,對(duì)企業(yè)整體而言,進(jìn)行無功補(bǔ)償有相對(duì)直接的經(jīng)濟(jì)效益。

5電容補(bǔ)償裝置在運(yùn)行應(yīng)注意的問題

5.1環(huán)境溫度

電容補(bǔ)償裝置周圍環(huán)境的溫度不可太高,也不可太低。如果環(huán)境溫度太高,電容裝置工作時(shí)產(chǎn)生的熱量散不出去;而如果環(huán)境溫度太低,電容可能會(huì)凍結(jié)導(dǎo)致?lián)舸?/p>

5.2工作溫度

工作時(shí)溫度不宜過高,否則會(huì)引起熱擊穿,或是引起鼓肚現(xiàn)象,導(dǎo)致電容損壞。

5.3工作電流與諧波問題

諧波的電流對(duì)電容器非常有害,極易引起電容擊穿引起相間短路。必要時(shí),應(yīng)在電容器上串聯(lián)適當(dāng)感性電抗,限制諧波電流。

5.4運(yùn)行中的放電聲

電容補(bǔ)償裝置在運(yùn)行時(shí),一般是沒有聲音的,但有時(shí)也會(huì)例外。造成聲音的原因大致有以下幾種:套管放電、油浸電容缺油放電、脫焊放電、接地不良放電。

5.5爆炸問題

多組電容器并聯(lián)運(yùn)行時(shí),擊穿引起短路有可能引起電容爆炸,應(yīng)采取適當(dāng)保護(hù)措施及注意實(shí)際應(yīng)用中接線方式選擇。

6小結(jié)與建議

(1)用戶配電系統(tǒng)采用電容補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù),能減少電能損失,降低電壓損失,有效提高變配電設(shè)備利用率。

(2)在電容補(bǔ)償裝置選擇上應(yīng)根據(jù)工況負(fù)荷環(huán)境進(jìn)行配置,及時(shí)與設(shè)計(jì)生產(chǎn)單位溝通元件配置參數(shù)比例,對(duì)特殊用電環(huán)境應(yīng)采取有效措施,以期在投用中起到良好效果。

(3)根據(jù)實(shí)際容量配置需求,選擇適當(dāng)?shù)慕泳€方式。

參考文獻(xiàn):

篇5

孫香榮 葉重榮 車軍輝 劉瓊

合容電氣股份有限公司 陜西 西安710200

摘要：描述了靜止型無功補(bǔ)償器的基本原理，對(duì)其系統(tǒng)組成及相互作用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：組成 基本原理 控制保護(hù)系統(tǒng)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和用電負(fù)荷的不斷增長，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷越來越多，尤其是大型電弧爐、大型風(fēng)機(jī)、重型提升設(shè)備、電力機(jī)車等不斷接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓、功率因數(shù)、電網(wǎng)諧波等關(guān)系電能質(zhì)量方面的指標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面的影響，從而使電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題日益突出。

靜止型無功補(bǔ)償器廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)整、改善電壓水平、減少電壓波動(dòng)、改善功率因數(shù)、抑制電壓閃變、平衡不對(duì)稱負(fù)荷，配套使用的濾波器能吸收諧波，減少諧波干擾。

1、靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）基本原理

FC+TCR型靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）主要由三部分構(gòu)成：FC濾波器、TCR晶閘管控制電抗器和控制保護(hù)系統(tǒng)。FC濾波器用于提供容性無功功率補(bǔ)償及諧波濾波，TCR晶閘管控制電抗器用于平衡系統(tǒng)中由于負(fù)載的波動(dòng)所產(chǎn)生的感性無功功率。通過調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角的大小，控制流過電抗器的電流達(dá)到控制無功功率的目的。高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償SVC裝置根據(jù)負(fù)荷無功功率的變化情況，改變電抗器的無功功率（感性無功功率）。即不管負(fù)載的無功功率如何變化，總要使二者之和為常數(shù)，這個(gè)常數(shù)等于電容器組發(fā)出的容性無功功率的數(shù)值，使取自電網(wǎng)的無功功率為常數(shù)或?yàn)?，即：等于常數(shù)（或?yàn)?）。最終使得電網(wǎng)的功率因數(shù)保持在設(shè)定值，電壓幾乎不波動(dòng)，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康?，以抑制?fù)載波動(dòng)所造成的系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。

2、靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）系統(tǒng)組成

2.1靜止型高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）高壓晶體管閥裝置：接受來自控制系統(tǒng)的信號(hào)，改變晶閘管觸發(fā)角的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的無功補(bǔ)償電流。先進(jìn)的閥體壓制技術(shù)、臥式安裝結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠維護(hù)工作量少。

2.2靜止型高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）全數(shù)字智能控制系統(tǒng)：實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)無功，控制晶閘管觸發(fā)角的大小，進(jìn)而控制補(bǔ)償無功功率的大小。采用高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP的控制系統(tǒng)，可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。

2.3靜止型高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）電容器及濾波裝置：向系統(tǒng)提供容性無功，并抑制流經(jīng)系統(tǒng)的諧波，提高功率因數(shù)。電力電容器為組架式安裝，自然冷卻。濾波電抗器為空芯干式，自然冷卻。

2.4靜止型高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）補(bǔ)償電抗器：提供系統(tǒng)所需要的感性無功功率，穩(wěn)定負(fù)載沖擊所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)?？招靖墒剑舷码p線圈，自然冷卻。

2.5采用密閉純水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，PLC控制壓力、濕度、溫度等。

3、靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）控制保護(hù)系統(tǒng)：

3.1同步單元

3.1.1同步單元用于產(chǎn)生調(diào)節(jié)單元精確觸發(fā)TCR晶閘管閥組所需的同步脈沖。

3.1.2同步單元測(cè)量TCR晶閘管閥組兩端的電壓，并經(jīng)過濾波電路和比較電路得到精確的同步信號(hào)。

3.2調(diào)節(jié)單元

3.2.1執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的控制策略，計(jì)算TCR晶閘管閥組的觸發(fā)角度。

3.2.2執(zhí)行SVC的順序控制，完成TCR及濾波器設(shè)備的投入或退出。 完成對(duì)TCR的保護(hù)，確保TCR的安全運(yùn)行。

3.2.3監(jiān)控單元

監(jiān)控單元包括主監(jiān)控單元和輔助保護(hù)兩部分。

主監(jiān)控單元是整個(gè)TCR裝置的核心，其主要功能是：

通過CAN總線巡檢調(diào)節(jié)運(yùn)算單元，就地控制單元及站控單元，監(jiān)視其工作情況；

通過RS485總線與六個(gè)閥檢測(cè)單元通訊，巡檢閥狀態(tài)，并監(jiān)視閥檢測(cè)單元的工作情況；

執(zhí)行其它裝置內(nèi)部監(jiān)控；

采集SVC各支路開關(guān)狀態(tài)，并根據(jù)開關(guān)狀態(tài)判斷跳合閘邏輯、聯(lián)跳邏輯、合閘閉鎖邏輯等。各支路開關(guān)狀態(tài)通過CAN總線發(fā)往就地工作站和站控，并以之作為各種命令是否有效的判斷依據(jù)；

采集TCR電流與SVC的母線電壓，實(shí)現(xiàn)TCR之路過壓、欠壓、過載、過流、電流速斷保護(hù)；

輔助保護(hù)作為主監(jiān)控的保護(hù)后備，執(zhí)行以下功能：

監(jiān)視主監(jiān)控CPU的狀態(tài)，當(dāng)主監(jiān)控CPU停止工作時(shí)閉鎖TCR主回路；

監(jiān)視SVC母線同步電壓，當(dāng)該電壓異常時(shí)閉鎖TCR主回路；

監(jiān)視監(jiān)控機(jī)箱電源，當(dāng)該電壓低于正常時(shí)退出TCR裝置；

反應(yīng)緊急退出按鍵，發(fā)出緊急時(shí)退出TCR裝置命令。

3.2.4 閥基電子單元（VBE）

接收調(diào)節(jié)單元輸出的觸發(fā)信號(hào)（對(duì)應(yīng)晶閘管觸發(fā)相位） 編碼成觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至TE板；

接收TE板的回報(bào)脈沖信號(hào)，并讀取其中包含的

BOD和閥狀態(tài)信息，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)BOD動(dòng)作情況和晶閘管元件的狀態(tài)；

BOD頻繁動(dòng)作保護(hù)功能和閥故障保護(hù)功能；

向調(diào)節(jié)單元上報(bào)閥組的BOD和閥狀態(tài)信息；

3.2.5通訊管理單元

3.2.6TCR支路保護(hù)裝置

3.2.7濾波器支路保護(hù)裝置

4、靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

4.1采用光電觸發(fā)方式、高電位板高壓取能、晶閘管BOD保護(hù)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，保護(hù)可靠。

4.2可針對(duì)用戶的需要，設(shè)計(jì)采用不同冷卻手段的閥體。

4.3晶閘管閥組采用臥式設(shè)計(jì)、設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠、維護(hù)工作量少。

4.4監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化工作站，提供友好人機(jī)界面。

4.5控制方式靈活，可實(shí)現(xiàn)三相同時(shí)控制、分相控制及三相平衡化等多種控制方式。

4.6多功能自動(dòng)化接口，具備遠(yuǎn)方操作和自動(dòng)化系統(tǒng)接口功能，可以實(shí)現(xiàn)無人值守。

4.7模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)幾兆至幾百兆裝置均可提供一體化的構(gòu)造方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]《靜止無功功率補(bǔ)償技術(shù)》 粟時(shí)平 ，中國電力出版社，2006年。

篇6

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；高壓無功；補(bǔ)償裝置；應(yīng)用探討

近年來，我國大力扶持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，從而不斷提升風(fēng)電機(jī)的裝機(jī)容量，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的影響，進(jìn)一步降低風(fēng)電場接入電網(wǎng)時(shí)所帶來的負(fù)面影響，國家電網(wǎng)公司了[2009] 327 號(hào)文件來針對(duì)風(fēng)電場無功功率進(jìn)行了非常詳細(xì)的規(guī)定，并且應(yīng)該在風(fēng)電場安裝無功補(bǔ)償裝置，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)電壓，從而保證調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度低于30ms。

一、風(fēng)電場動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的選擇

1.1 機(jī)械性靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置

通常情況下，對(duì)于冶金、供水、鐵路、礦山等工業(yè)產(chǎn)業(yè)一般使用機(jī)械性SVG無功發(fā)電補(bǔ)償裝置，通過接觸器或者斷路器械之間的開關(guān)投切，投切時(shí)受電弧作用影響，造成開關(guān)觸頭損壞的情況，所以不能夠頻繁的進(jìn)行投切，而且響應(yīng)速度較慢，無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電無功負(fù)荷的頻繁變化，因此機(jī)械性靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置無功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度不能夠滿足風(fēng)電場要求。在早期國華滿井風(fēng)電場四期034電容器組所采用的自動(dòng)調(diào)壓無功補(bǔ)償裝置能夠通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭進(jìn)行無功容量調(diào)節(jié)，而且檔位分為九檔，這些檔位之間的連續(xù)性較差，響應(yīng)速度也非常的慢，甚至無法滿足風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)囊蠖恢饾u的淘汰。

1.2 SVC無功發(fā)電器的補(bǔ)償裝置

通常情況下，SVG無功發(fā)電器是通過晶閘管來作為固態(tài)開關(guān)的方式控制晶閘管的導(dǎo)入角度來針對(duì)系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量進(jìn)行控制的，這樣就能夠?qū)⒕чl管作為投切開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)頻繁的投切使用。可以說SVC無功發(fā)電器能夠被用于電納值進(jìn)行調(diào)節(jié)無功的元件，從而通過電力電子器件實(shí)現(xiàn)開關(guān)的無功調(diào)節(jié)，這樣就能夠作為無功補(bǔ)償?shù)那闆r實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的調(diào)節(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)響應(yīng)的速度，從而促進(jìn)電壓段的穩(wěn)定平衡，為此，這樣多的風(fēng)電場能夠適用SVG無功發(fā)電器來為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行風(fēng)電場的正常工作。盡管SVC無功發(fā)電器能夠?qū)τ陲L(fēng)電場的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，但是因?yàn)榄h(huán)流元件的關(guān)斷不存在控制的方式，這樣就非常容易對(duì)于供電網(wǎng)絡(luò)造成非常嚴(yán)重的諧波電流的影響，所以必須要同時(shí)準(zhǔn)備幾組諧波濾器或者自身系統(tǒng)中的其他諧波來進(jìn)行損耗和諧波損耗的方式，除此以外，通過SVC無功發(fā)電器的抗阻特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)無功輸出與電壓之間的關(guān)系進(jìn)一步呈平方的關(guān)系減低，從而使得電網(wǎng)電壓波動(dòng)的調(diào)節(jié)不夠明顯。

1.3 SVG補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

在SVC的基礎(chǔ)之上，伴隨著大功率的控制型電力電子器件GTO、IGBT以及IGCT的應(yīng)用的越來越廣泛，在原有的電壓源換流器的基礎(chǔ)之上出現(xiàn)了全面升級(jí)的靜止無功發(fā)生器，即SVG。通過對(duì)于傳統(tǒng)的功率的進(jìn)行的技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步結(jié)合了靜止無功發(fā)生器的有點(diǎn)，從而出現(xiàn)響應(yīng)速度快、吸收無功連續(xù)性、高頻次諧波量、小范圍調(diào)節(jié)、損耗較輕、噪音較低的有點(diǎn)，所以在未來電能質(zhì)量以及無功補(bǔ)償發(fā)展研究方面有著 非常重要的作用，這也是未來無功補(bǔ)償與諧波治理最理想化的一種裝置。

1.4 SVG無功發(fā)電器補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)

（1）具有雙向調(diào)節(jié)功能

圖一、SVG 運(yùn)行模式

由于SVG無功發(fā)電器的基本原理都是通過自動(dòng)換相橋式電路來直接或者通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上的，通過直接控制其主要的交流側(cè)來實(shí)現(xiàn)電流的輸出，這樣就能夠進(jìn)一步通過調(diào)節(jié)橋式電路的測(cè)輸出電壓的相位以及復(fù)制，從而能夠保證電路的吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)的無功電流模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?，通過輸出模式的運(yùn)行能夠保證SVG無功發(fā)電器既能夠保證之后無功功率調(diào)節(jié)，又能夠提供超前無功功率的調(diào)節(jié)，具有雙向調(diào)節(jié)的無功特點(diǎn)。

（2）具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)

無功發(fā)電器的相應(yīng)實(shí)現(xiàn)一般在40-60ms，但是SVG無功發(fā)電器的響應(yīng)時(shí)間在10ms之內(nèi)，這樣的速度是SVC無功發(fā)電器無法比擬的，也更能夠保證電壓閃變的抑制程度，進(jìn)一步從額定電壓的無功功率轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定感性的無功相反調(diào)節(jié)能夠在1ms之內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而滿足風(fēng)電場的負(fù)荷波動(dòng)補(bǔ)償。

（3）具有低電壓好的特點(diǎn)

由于無功發(fā)電器和SVG無功發(fā)電器之間的輸出電流與系統(tǒng)電壓之間的關(guān)系存在區(qū)別，所以SVG無功發(fā)電器的輸出電流并不主要通過電壓，而是通過恒流源的特點(diǎn)來保證系統(tǒng)電壓恒定在20%依然能夠輸出額定的無功電流，進(jìn)一步具備更加寬泛的運(yùn)行范圍，而無功發(fā)電器的發(fā)電本質(zhì)是通過阻抗來進(jìn)行補(bǔ)償，從而輸出電流以及與系統(tǒng)電壓之間形成線性的關(guān)系，這樣一來就能夠使得電壓變低之后來實(shí)現(xiàn)同容量的SVG無功變壓器比無功變壓器能夠提供更加強(qiáng)大的補(bǔ)償電量。

（4）具有諧波特點(diǎn)

由于SVG無功變壓器采用的逆變電路是IGBT所共同構(gòu)成的H橋功率單元級(jí)別的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣通過不同點(diǎn)平臺(tái)結(jié)合成階梯波，能夠通過逼近正弦輸出的電壓來實(shí)現(xiàn)逆變器與輸出電壓點(diǎn)平數(shù)之間的增加情況，輸出的波形也具有更加和諧的頻譜功能，從而保證每一個(gè)開關(guān)器件所能夠承受的電壓應(yīng)力減少，也不需要對(duì)于電壓進(jìn)行平均這樣就能夠避免出現(xiàn)各種問題。

二、應(yīng)用實(shí)例

針對(duì)上述的分析，進(jìn)一步總結(jié)SVG在實(shí)際應(yīng)用過程中的實(shí)際情況。國華滿井風(fēng)電場的總裝機(jī)容量18.3MW，采用了122臺(tái)1.5MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口的電壓為690V，通過臺(tái)變升壓變壓器之后升壓到35kV，由8條集電線路接入滿井110kV升壓站，經(jīng)過四臺(tái)主變升壓到110kV接入電網(wǎng)。國華滿井風(fēng)電場配置四套SVG動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。SVG裝置的核心元件是新型低耗能的IGBT功率單元，所以系統(tǒng)的主電路能夠采用鏈?zhǔn)酱?lián)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行星型連接，每相都有12個(gè)換流模塊構(gòu)成，采用了N+1模式設(shè)計(jì)，有效提高SVG無功發(fā)電器的運(yùn)行效率。工程裝設(shè)一套的整體容量為10 MVar 35 kV 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。裝置主要包括： 一套額定容量 ± 5 MVar（ 變壓器高壓側(cè)輸出容量） 的 SVG 型靜止無功發(fā)生器裝置，其核心部分為以大功率可關(guān)斷電力電子器件組成的逆變器，配備相應(yīng)的自動(dòng)控制監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)等成套裝置； 一套額定輸出容量 5 MVar 的電容器成套裝置，總補(bǔ)償容量 - 5MVar ～ + 10MVar，即成套輸出容量調(diào)節(jié)從額定 -5 MVar 感性容量到額定+ 10 MVar 容性容量連續(xù)可調(diào)。

由于功率因數(shù)補(bǔ)償，所以電力部門要求制定的計(jì)量點(diǎn)來針對(duì)功率的因數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，從而滿足電網(wǎng)要求，在補(bǔ)償容量足夠的情況下，對(duì)于無功補(bǔ)償裝置能否消除風(fēng)電場所產(chǎn)生的諧波點(diǎn)亮能夠保證風(fēng)電場對(duì)于系統(tǒng)的諧波電流行正常的注入，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)35KV母線電壓的總諧波畸變率符合國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與要求。由于裝置能夠通過110KV側(cè)母線的功率因數(shù)值和母線作為輸出容量的控制目標(biāo)。進(jìn)一步提高成套裝置跟蹤電網(wǎng)電壓變化以及負(fù)載變化的響應(yīng)時(shí)間，從而保證響應(yīng)時(shí)間能夠滿足電網(wǎng)對(duì)于小于30MS的相關(guān)要求。成套裝置必須具有冷卻系統(tǒng)，一般采用強(qiáng)制風(fēng)冷，從而保證系統(tǒng)的正常工作以及與工作現(xiàn)場的環(huán)境相適應(yīng)。因?yàn)镮GBT的產(chǎn)熱量非常大，所以SVG無功發(fā)電器在沿海地區(qū)使用時(shí)一定要重點(diǎn)考慮制冷的問題，一般的方案都是既能夠滿足SVG無功發(fā)電器，又能夠滿足沿海一帶的含鹽量高度情況，保證電氣器件不被海鹽腐蝕。

結(jié)束語：由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是未來重要的一種能量來源，所以對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新就更加的重要。一方面風(fēng)力發(fā)電作為一種新型的情節(jié)能源，并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染以及損害，所以符合未來人來發(fā)展的要求。另一方面風(fēng)力發(fā)電的成本低、質(zhì)量較好，所以也是未來實(shí)現(xiàn)清潔能源的重要保障。但是由于風(fēng)力發(fā)電存在的不穩(wěn)定因素對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行會(huì)造成非常惡劣的影響，所以必須要進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。目前我國很多的大型風(fēng)電裝機(jī)場所采用的高壓無功補(bǔ)償裝置都是SVG型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，例如霞浦大京、莆田東嶠等?？梢哉f，SVG式能夠?yàn)楝F(xiàn)代無功功率補(bǔ)償和諧波治理發(fā)展的主要方向之一。本文通過對(duì)比SVC 和SVG兩種型號(hào)的無功補(bǔ)償裝置，進(jìn)一步得出SVG型無功發(fā)生器具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有雙向調(diào)節(jié)功能、具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)、具有低電壓好的特點(diǎn)以及具有諧波特點(diǎn)，這些特點(diǎn)都能夠保證風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。

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關(guān)鍵字 牽引變電所高次諧波 功率因數(shù)有級(jí)調(diào)壓高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償 諧波抑制APF

1、引言

隴海線天蘭線和諧（交直交）大功率系列機(jī)車的運(yùn)行，雖然顯著的改善了牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量（機(jī)車本身功率因數(shù)的提高，系統(tǒng)網(wǎng)壓和諧波），但與傳統(tǒng)的電力機(jī)車（交直）相比最顯著的特征是諧波特性不同，對(duì)原有電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)在無功補(bǔ)償及諧波抑制方面產(chǎn)生了新的影響。

1.1存在問題舉例

(1) 2010年11月份以后天蘭線天水變電所靜態(tài)電容補(bǔ)償斷路器多次因過電壓、諧波過電流而頻繁跳閘。三陽川變電所、甘谷變電所靜態(tài)電容補(bǔ)償斷路器也因過電壓、諧波過電流而跳閘的次數(shù)有所增加。

（2）2010年11月份以后天蘭線天水變電所、三陽川變電所、甘谷變電所等所由于母線電壓的瞬間升高造成27.5KV所內(nèi)自用變二次輸出電壓的瞬間波動(dòng)致使所內(nèi)直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置模塊、充電機(jī)模塊多次燒損。

（3）2011年6月份后鑒于和諧大功率系列機(jī)車自身無功補(bǔ)償系統(tǒng)功率因數(shù)提高，三陽川變電所退出A相、B相電容補(bǔ)償、甘谷變電所退出A相電容補(bǔ)償，但致使靜態(tài)補(bǔ)償裝置濾波功能失去作用。

（4）為保證牽引變電所交直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行，2011年6月份后，天蘭線多座變電所退出了27.5KV自用變，投入了10KV自用變，但造成電力經(jīng)營成本核算的困難，當(dāng)電力10KV貫通線在檢修和出現(xiàn)故障時(shí)，所以只能投入27.5KV自用變。

1.2母線電壓波動(dòng)及交直流設(shè)備燒損的原因分析：

(1)和諧系列（交直交）大功率牽引機(jī)車的主回路的兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)影響較大， 一是高次諧波含量多（17-51次），低次諧波含量少。二是采用再生制動(dòng)方式。機(jī)車諧波源的幅值是隨著位置和時(shí)間變化的，并與機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)有較大的關(guān)系。原有韶山系列（交直）電鐵系統(tǒng)中，諧波的含量主要以3、5、7次諧波為主，原有靜態(tài)補(bǔ)償裝置的濾波裝置能有效地抑制3、5、7次諧波，尤其是3、5次諧波，但對(duì)高次諧波的抑制作用不明顯。當(dāng)接觸網(wǎng)阻抗參數(shù)同機(jī)車匹配造成諧波電流放大時(shí)，放大了諧波電流引起電壓畸變，畸變的電壓進(jìn)一步致使機(jī)車諧波電流增大，系統(tǒng)諧振過電壓幾率增大，當(dāng)形成諧振過電壓時(shí)，造成牽引變電所母線電壓異常波動(dòng)。

（2）和諧系列（交直交）大功率牽引機(jī)車自身無功補(bǔ)償裝置以使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)功率因數(shù)大幅度提升，但固定補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量在補(bǔ)償過程中是不會(huì)發(fā)生變化的，極易因無功負(fù)荷小于補(bǔ)償容量而造成過補(bǔ)狀態(tài)，會(huì)造成無功累加電量增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起功率因數(shù)的大幅度跌落，造成牽引變電所母線電壓的異常波動(dòng)。

（3）目前天蘭線各變電所使用的交直流充電機(jī)的充電模塊對(duì)諧波電壓的抑制功能較差，整流模塊工作時(shí)自身也會(huì)產(chǎn)生較大的電流畸變，這個(gè)畸變的電流流經(jīng)電網(wǎng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生新的諧波電壓，同時(shí)和牽引網(wǎng)中高次諧波電壓直接疊加在交流屏交流元件上，形成過電壓狀態(tài)。

2、有級(jí)調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)

如果補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)供電臂牽引負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)提供系統(tǒng)所需的無功補(bǔ)償容量，就會(huì)避免過補(bǔ)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)感性無功變化，及時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器發(fā)出的無功容量。改變無功總量有兩種方法：一是改變投入的等效電容量，另一個(gè)是改變電容兩端的電壓。傳統(tǒng)補(bǔ)償方式采用的是改變投入的等效電容量的方法，調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)采用的是第二種方法。

（1）

因(Xc-Xl)為固定阻抗，所以補(bǔ)償容量Qc與U2為平方關(guān)系，如果我們調(diào)節(jié)電容器兩端的工作電壓，就可以調(diào)節(jié)電容器發(fā)出的無功總量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。

補(bǔ)償系統(tǒng)采用特殊設(shè)計(jì)的深度調(diào)壓變壓器，實(shí)現(xiàn)大范圍動(dòng)態(tài)調(diào)壓。調(diào)壓裝置在高壓無功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置的控制下根據(jù)系統(tǒng)感性無功的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓，通過特種調(diào)壓變壓器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功的饋送。由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的高壓無功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置，通過實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，利用模糊控制技術(shù)調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化補(bǔ)償，并達(dá)到無功補(bǔ)償容量隨系統(tǒng)負(fù)荷無功容量的變化自動(dòng)跟蹤的目的。

2.2 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由五部分組成：深度調(diào)壓無功補(bǔ)償變壓器、真空有載調(diào)壓開關(guān)、補(bǔ)償電容器組、保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)。

2.1系統(tǒng)示意圖

2.3 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

有級(jí)調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，屬高壓電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)備，主要特征是設(shè)有特種自耦調(diào)壓變壓器與有載調(diào)壓分接開關(guān)配合，受控于高壓無功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置，根據(jù)被補(bǔ)償系統(tǒng)感性無功功率的變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器的工作電壓實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。它具有可靠性高、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍寬、容量大、系統(tǒng)附加損耗小、對(duì)電容沒有沖擊且能延長電容使用壽命、補(bǔ)償電容量的調(diào)節(jié)不改變諧波吸收比等優(yōu)點(diǎn)。

2011年1月份，天蘭線天水變電所對(duì)原有靜態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了更換改造，采用調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)，自2011年2月-11月，無功補(bǔ)償穩(wěn)定，功率因數(shù)均值達(dá)0.97以上，有效改善了供電質(zhì)量。但是，其對(duì)高次諧波抑制方面效果不明顯。

3、調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在諧波抑制存在的問題

雖然調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)濾波補(bǔ)償系統(tǒng)濾波的影響，可忽略不計(jì)，但在設(shè)計(jì)理念上主要是進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償，兼顧了3、5次諧波的濾波功能，它與傳統(tǒng)的靜態(tài)補(bǔ)償裝置相比只是僅僅增加了特種單項(xiàng)有載調(diào)壓變壓器，克服了欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)膯栴}， 但對(duì)牽引供電系統(tǒng)高次諧波抑制方面效果不強(qiáng)。

4、高次諧波的抑制措施

4.1對(duì)高次諧波引起網(wǎng)壓異常波動(dòng)的治理措施，一方面是降低機(jī)車本身的高次諧波電流值，即在機(jī)車上加裝RC高通濾波器等方法。二是在牽引供電系統(tǒng)變電所增加濾波裝置。

圖4.1 電氣化鐵道諧波、無功治理方案

4.2 有源電力濾波器在牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用

采用有源電力濾波器（Active Power Filter,簡稱APF）是牽引供電系統(tǒng)諧波抑制的一個(gè)重要發(fā)展的趨勢(shì)。APF是一種新型諧波和無功補(bǔ)償裝置，在補(bǔ)償無功的同時(shí)有源濾波器能對(duì)諧波進(jìn)行有效治理。其基本原理是：通過電流互感器檢測(cè)負(fù)載電流，并通過內(nèi)部DSP計(jì)算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號(hào)發(fā)送給內(nèi)部IGBT,控制逆變器產(chǎn)生一個(gè)和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的。按照與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式，APF可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。串聯(lián)型APF不能進(jìn)行無功補(bǔ)償，且絕緣困難，維修不變，因此，它的實(shí)用性受到限制。

大容量的有源濾波器造價(jià)高、功耗大，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。為了獲得較好的濾波特性且降低造價(jià)，人們提出了有源與無源混合濾波器方案。在混合濾波系統(tǒng)中，對(duì)于負(fù)載側(cè)的諧波電流源，有源濾波器被控制為一個(gè)等效諧波阻抗，它使無源和有源濾波器總的串聯(lián)諧波阻抗對(duì)各次諧波都為零，從而使所有的負(fù)載諧波電流全部流入無源濾波器支路，達(dá)到提高無源濾波器濾波效果的目的，此時(shí)有源濾波器的輸出補(bǔ)償電壓為所有負(fù)載諧波電流流過無源濾波器時(shí)產(chǎn)生的電壓。這樣充分發(fā)揮LC無源濾波器和APF各自的優(yōu)勢(shì)，盡量減小APF的容量，解決了絕緣和最佳投資的問題。

5、 結(jié)束語

隨著既有線電力機(jī)車的不斷更新，牽引變電所現(xiàn)有補(bǔ)償裝置在高次諧波抑制方面效果差的缺點(diǎn)的顯現(xiàn)，對(duì)牽引供電設(shè)備運(yùn)行安全造成了嚴(yán)重影響。所以，如何更好的實(shí)現(xiàn)鐵牽引變電所無功補(bǔ)償，諧波治理，更好的實(shí)現(xiàn)環(huán)保運(yùn)輸節(jié)約能源消耗是當(dāng)今需要考慮的關(guān)鍵問題。

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篇8

【關(guān)鍵詞】10kv；配電網(wǎng)；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

1 前言

當(dāng)前，配電網(wǎng)主要包括有變電站、配電變壓器、桿上變壓器、補(bǔ)償電容器以及輸電線路和一些開關(guān)設(shè)備。通常情況下，對(duì)配電網(wǎng)的分類是根據(jù)電壓等級(jí)來劃分的。一般可以分為高壓配電網(wǎng)（35-110KV）、中壓配電網(wǎng)（6-10KV）以及低壓配電網(wǎng)（380/220V）。其中，我國10KV及以下配電網(wǎng)的電能損耗最大。這是由于我國10KV及以下配電網(wǎng)配電線路、配電變壓器以及用戶連接相當(dāng)復(fù)雜。不僅如此，不同容量的變壓器臺(tái)數(shù)多且分布廣，并且壓線分布沒有規(guī)律，用電負(fù)荷率低，峰、谷負(fù)荷差較大。由于電力系統(tǒng)中存在電機(jī)等大量的感性用電設(shè)備，再加上電力線路本身的阻抗和變壓器的電磁交換作用，以致電力系統(tǒng)中存在大量的無功負(fù)荷。這些無功負(fù)荷大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，增加了線路電壓損失和電能損失。為了能夠有效解決這一問題，一方面在各個(gè)變電所內(nèi)進(jìn)行無功功率的集中補(bǔ)償，另一方面需要在配電網(wǎng)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償。本文就是基于配電網(wǎng)對(duì)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行研究和討論，并主要針對(duì)10kv及以下的配電網(wǎng)。

2 配電網(wǎng)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊饬x及實(shí)現(xiàn)

2.1 10kv及以下配電網(wǎng)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊饬x

為了能夠有效的保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量以及有效的降低網(wǎng)絡(luò)損耗，不僅需要從有功功率方面著手，還要從無功功率方面進(jìn)行研究。只有保證了無功平衡，才能保證電壓質(zhì)量，使電氣設(shè)備能夠有效運(yùn)行。為了說明配電網(wǎng)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊饬x，本文從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析。首先，推行配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是改善設(shè)備利用率的需要。這是因?yàn)椋谙嗤碾娏骱碗妷合?，提高功率因?shù)能夠增大線路的傳輸能力。其次，推行配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是減少電壓變動(dòng)的需要。最后，推行配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是減少線損的需要。

2.2 配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方案

通常來講，配電網(wǎng)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式可分為：變電站集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上線路無功補(bǔ)償以及用戶終端補(bǔ)償四大類。

首先，變電站集中補(bǔ)償方式是把補(bǔ)償裝置安裝在10kv變電站的母線上，這種方式能夠?qū)φ麄€(gè)配電網(wǎng)進(jìn)行集中補(bǔ)償，從而降低全網(wǎng)的無功負(fù)荷傳輸，降低線損。由于這種補(bǔ)償方式便于管理且運(yùn)行維護(hù)方便，因而這種補(bǔ)償方式在實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用。

其次，配電站變壓器集中補(bǔ)償主要通過計(jì)算機(jī)控制無功補(bǔ)償裝置的方法。它根據(jù)用戶的無功負(fù)荷波動(dòng)來調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償裝置，從而滿足用戶的用電需求。這種方式提高了變壓器的利用率，并且減少了無功負(fù)荷向電網(wǎng)中的流動(dòng)，就地平衡，保證了供電質(zhì)量。

再次，桿上線路無功補(bǔ)償方式是供給感性負(fù)荷所消耗的部分無功功率，減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，降低線損，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電壓波動(dòng)，提高供電質(zhì)量，改善供電環(huán)境。這種補(bǔ)償方式具有投資小、見效快、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

最后，用戶端的就地補(bǔ)償方式是將無功補(bǔ)償裝置安裝在異步電動(dòng)機(jī)或者電感性用電設(shè)備附近，從而進(jìn)行就地補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式可以再用戶端直接就地平衡，提高設(shè)備的功率因數(shù)，設(shè)備維護(hù)方便。

對(duì)于10kv及以下的配電網(wǎng)補(bǔ)償裝置，當(dāng)前較為成熟的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置是可控硅動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC。它是利用晶閘管可控硅的開關(guān)原理，瞬時(shí)的改變無功功率，用以補(bǔ)償或者吸收負(fù)載所需的功率。

3 10kv及以下配電網(wǎng)的無功動(dòng)態(tài)優(yōu)化算法

3.1 10kv及以下配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法

這些年來，隨著配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，配電網(wǎng)的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償優(yōu)化算法也逐漸引起人們的重視。本文選擇潮流計(jì)算方法作為研究對(duì)象。潮流計(jì)算式整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)和工具，被廣泛運(yùn)用在運(yùn)行分析、電網(wǎng)調(diào)度以及規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面。而由于與輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)有著自身的特點(diǎn)，所以如果直接將輸電系統(tǒng)中使用的潮流算法運(yùn)用至配電網(wǎng)中去，會(huì)使得算法的性能大大下降，甚至無法達(dá)到收斂的效果。目前，配電網(wǎng)的潮流算法主要可以分為節(jié)點(diǎn)法和支路法兩大類。二者存在有一定的差異。節(jié)點(diǎn)法主要包括牛頓潮流算法和Zbus潮流算法。前者是通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功率，從而判斷一下是否滿足收斂條件，如果不滿足，再根據(jù)潮流殘壓方程修正節(jié)點(diǎn)電壓，再求出此時(shí)的節(jié)點(diǎn)功率，判斷是否收斂。再通過迭代計(jì)算的方法，直至各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率滿足收斂條件，算法才得以完成。從中可見，牛頓潮流算法原來簡單，但是需要大量的計(jì)算，并且收斂性不是很好。后者則是分別計(jì)算出松弛節(jié)點(diǎn)獨(dú)立作用于整個(gè)配電網(wǎng)情況下的某節(jié)點(diǎn)的電壓 以及只有等值注入電流作用的節(jié)點(diǎn)電壓 ，通過疊加原理計(jì)算得出 。如此便可以求得該節(jié)點(diǎn)電壓值。可以看出，Zbus潮流算法原理簡單，但是誤差較大。支路法主要包括回路阻抗法和前推回代潮流算法。前者的處理環(huán)網(wǎng)能力比較強(qiáng)，并且迭代次數(shù)不會(huì)隨著系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)或者環(huán)路數(shù)的增加而發(fā)生較大變化，故而收斂的穩(wěn)定性好，但是由于其節(jié)點(diǎn)和支路編號(hào)的處理較為復(fù)雜，計(jì)算所占系統(tǒng)內(nèi)存較大，因而如果應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)較多的配電網(wǎng)中會(huì)有一定的局限性。而后者計(jì)算原理簡單，具有數(shù)值穩(wěn)定和收斂速度快的優(yōu)點(diǎn)，并且不需要大量復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，占用的內(nèi)存較少。利用這種優(yōu)化計(jì)算方法可以適用于當(dāng)前普遍使用的輻射型配電網(wǎng)潮流算法。具體使用哪種算法還需根據(jù)實(shí)際案例具體分析。

3.2 實(shí)例分析

以廣西省西林縣電網(wǎng)為例，該縣城的城西線路為縣城北變電所的主要干線。由于線路較短，負(fù)荷較大并且有一些達(dá)不到100kvA的變臺(tái)。所以實(shí)施10kv線路自動(dòng)補(bǔ)償與變臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式。首先對(duì)100kvA以上的變臺(tái)而言，需要根據(jù)變壓器容量在低壓側(cè)主干線上進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，同時(shí)10kv線路采用高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的方法。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，線路采用150kvar容量分點(diǎn)布置。進(jìn)而，根據(jù)每月的供電量以及線路的長度，可以設(shè)置2個(gè)分布點(diǎn)。即在整體線路的五分之二和五分之四處分別設(shè)置，容量共計(jì)300kvar。通過以上的補(bǔ)償方式，一共可以設(shè)置1760kvar補(bǔ)償容量。

3.3 無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響分析

從以上的分析中可以看出，推行無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償具有重要的意義。如果對(duì)降低損耗的影響進(jìn)行定量分析的話，這里以縣電力公司為例說明。從變電站母線到變壓器裝置的線路電阻為1.15歐，傳輸功率為170kw。當(dāng)功率因子從0.667提高至0.98時(shí)，線路的電流從14.72A下降到10.02A。計(jì)算可得，線路的每年電量損耗將從6565kwh下降至3041kwh。這確實(shí)是一大筆的節(jié)約。并且，這里沒有考慮變壓器的損耗以及部分低壓線路損耗的補(bǔ)償所帶來的效益。以上僅僅是無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償減低損耗角度計(jì)算得到的損耗減少值。如果再將降低輸電配電網(wǎng)損耗以及節(jié)約建設(shè)投資等方面的因素，無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響將會(huì)更加可觀。

4 結(jié)論

綜上所述，有效的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法可以對(duì)10kv及以下配電網(wǎng)有著明顯的優(yōu)化作用，并且產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，與此同時(shí)，還有一些問題亟待解決。具體確定補(bǔ)償容量以及位置時(shí)，并沒有進(jìn)行優(yōu)化，這就不能充分體現(xiàn)配電網(wǎng)損最小、年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最低以及支出費(fèi)用最小，這三個(gè)最小的統(tǒng)一。因而，如何能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“三個(gè)最小”是一個(gè)迫切需要解決的問題。本文通過從推行配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊饬x入手，討論了配電網(wǎng)絡(luò)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法。進(jìn)而，在此基礎(chǔ)上，列舉實(shí)例詳述補(bǔ)償方案的確定以及實(shí)施無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響，具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償 諧波治理

一、引言

早期的并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)中，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備一般采用同步調(diào)相機(jī)。由于其運(yùn)行過程中運(yùn)動(dòng)部件，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資高，電力損耗大，而且操作維護(hù)困難，故逐漸被靜態(tài)無功補(bǔ)償所代替。靜態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)歷了3代：第1代為機(jī)械式投切的般采用同步調(diào)相機(jī)。由于其運(yùn)行過程中運(yùn)動(dòng)部件， 無源補(bǔ)償裝置，屬于快速無功補(bǔ)償裝置；第2代為晶閘管投切的靜止無功補(bǔ)償器（SVC），屬無源、快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，主要用于配電系統(tǒng)中，輸電網(wǎng)中應(yīng)用很少；第3代為基于電壓源換流器的靜止同步補(bǔ)償器，屬快速的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。典型供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償需要解決無功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度和諧波治理兩個(gè)問題。

二、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.采用了晶閘管變流系統(tǒng)

將補(bǔ)償支路設(shè)計(jì)為具有基波補(bǔ)償能力的濾波通道，按照某供電系統(tǒng)諧波分析的案例，設(shè)置了5次、7次、11次三個(gè)濾波通道，其中5次，7次為單調(diào)諧支路，11次設(shè)計(jì)為高通支路。用來濾除11次數(shù)以上的諧渡。各通道的電容器容量在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮與支路調(diào)諧頻率的容抗匹配，還兼顧到對(duì)基波的無功補(bǔ)償容量。為保證取得較好的濾波效果，采取了裝容量略大于基渡補(bǔ)償容量的設(shè)計(jì)方法。這樣，三個(gè)濾波通道組成了既具有濾波功能，又具有基波補(bǔ)償功能的PF支路，在濾除系統(tǒng)諧波的同時(shí)，為系統(tǒng)提供了充足的容性無功補(bǔ)償。

2.快速動(dòng)態(tài)治理

為解決對(duì)電壓的不對(duì)稱、電流與電壓諧波等電網(wǎng)問題的快速動(dòng)態(tài)治理，采用了磁閥式可控電抗器型SVC，即簡稱MCR型SVC補(bǔ)償設(shè)備。

2.1 MCR可靠性高

通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小來控制其無功輸出，勵(lì)磁系統(tǒng)由處于低電壓等級(jí)，且控制功率也不高。可控硅在低電壓等級(jí)的應(yīng)用方面，技術(shù)成熟，其可靠性和穩(wěn)定性是空心式相控電抗器型TCR無法比擬的。

2.2 MCR體積小

采用了油浸式變壓器的封裝結(jié)構(gòu)，占地面積大大小于TCR。

MCR維護(hù)工作量小

由于勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓等級(jí)低，控制功率不高，每相只有兩只可控硅，且容量不大，即使損壞影響面積也很小。

2.3 基本組成

無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置由補(bǔ)償濾波支路和可控電抗器支路組成，其中補(bǔ)償濾波支路經(jīng)隔離開關(guān)固定接于母線，通過調(diào)節(jié)可控電抗器的輸出容量（感性無功），實(shí)現(xiàn)無功的柔性補(bǔ)償。磁控電抗器采用直流助磁原理，利用附加直流勵(lì)磁磁化鐵芯，改變鐵芯磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，其內(nèi)部為全靜結(jié)構(gòu)，無運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠性高。

2.4 磁控電抗器

在可控電抗器的工作鐵芯柱上分別對(duì)稱地繞有兩個(gè)線圈，其上有抽頭，它們之問接有可控硅T1、T2，不同鐵芯的上下兩個(gè)主繞組交叉連接后并聯(lián)至電源，續(xù)流二極管接在兩個(gè)線圈的中間。當(dāng)可控電抗器主繞組接至電源電壓時(shí)，在可控硅兩端感應(yīng)出系統(tǒng)電壓1%左右的電壓。電源電壓正半周觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T1，在回路中產(chǎn)生控制電流；電源電壓負(fù)半周期間觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T2，在回路中產(chǎn)生控制電流，一個(gè)工頻周期輪流導(dǎo)通和，產(chǎn)生的直流控制電流，使電抗器工作鐵芯飽和，輸出電流增加?？煽仉娍蛊鬏敵鲭娏鞔笮∪Q于可控硅控制角，控制角越小，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，從而電抗器工作鐵芯磁飽和度越高，輸出電流越大。因此，改變可控硅控制角，可平滑調(diào)節(jié)電抗器容量。

三、使用效果分析

1.無功補(bǔ)償減少損耗產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試和分析后，設(shè)計(jì)補(bǔ)償容量為3000kvar，平均電容器出力取50%，無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.090。則補(bǔ)償電容器投運(yùn)后相當(dāng)于減少的有功損耗為：

3000kvar×50%×0.090kW/kvar=135kW

該系統(tǒng)為固定補(bǔ)償加磁控電抗器以起到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч?，使功率因?shù)穩(wěn)定在0.95以上。電容器始終投運(yùn)在電力系統(tǒng)中，按照每天工作18h，每月工作26d計(jì)算，則電容器一年內(nèi)的工作時(shí)間為5616h。投運(yùn)上動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)后，每年減少損耗為5616h×135kW=758160kWh，按照動(dòng)力電的平均費(fèi)率0.54元/kWh計(jì)算，每年可減少經(jīng)濟(jì)損失40.9萬元。

2.符合供電營業(yè)規(guī)則產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

原電力工業(yè)部1996年頒發(fā)的《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：“無功電力應(yīng)就地平衡。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止無功倒送。IOOkVA及以上高壓供電用戶的功率因數(shù)為0.90以上?！睘閺浹a(bǔ)無功損耗，根據(jù)用戶變壓器容量加收變損和實(shí)施功率獎(jiǎng)罰。假定整個(gè)電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷為12500kW，正常運(yùn)行時(shí)，平均使用的負(fù)荷按照系統(tǒng)總符合50%計(jì)算，即12500kW x 50%=6250kW，則每年的用電量為2970萬kWh。每年電費(fèi)為1603.8萬元，減少的調(diào)節(jié)電費(fèi)為：1603.8萬元×5%=80.19萬元

3.補(bǔ)償投入后濾波效果好

投入前，由于系統(tǒng)中存在諧波比較嚴(yán)重，導(dǎo)致電壓電流基波波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。濾波裝置投運(yùn)以后，電流曲線非常光滑，濾波效果良好。

4.磁控電抗器的損耗

磁控電抗器自身的損耗相當(dāng)于同數(shù)量有功功率的0.5%，則2400kvar的磁控電抗器的有功損耗為：2400×0.5%=12kW，按照每年投運(yùn)8000h計(jì)算，每年損耗的電能為57024kWh，損耗部分電費(fèi)為：57024kWh×0.54元/kWh=30792.96元

5.折舊和維護(hù)費(fèi)用

整套動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波設(shè)備的總投資為150萬元，每年設(shè)備的折舊費(fèi)按照10%計(jì)算，則每年折舊為：150萬元×10%=15萬元。一般電力設(shè)備的年維護(hù)費(fèi)用為3%，因MCR設(shè)備為免維護(hù)設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般電和設(shè)備，按照一般設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用來計(jì)算，MSVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的年維護(hù)費(fèi)用為：150萬元×3%=4.5萬元。綜上所述，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償之后，每年可見的直接經(jīng)濟(jì)收益為：40.9+80.19—3.079—15—4.5≈98.55萬元。則投資回報(bào)期為：150萬元/（98.55萬元/年）=1.522（年），這樣在一年半時(shí)間內(nèi)收回了設(shè)備成本。

四、結(jié)語

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償濾波裝置兼顧了補(bǔ)償和濾波功能，具有較高的運(yùn)行效率，簡單實(shí)用的結(jié)構(gòu)，參數(shù)調(diào)整靈活準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著，一年左右即可收回投資。

篇10

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償；數(shù)學(xué)分析；功率因數(shù)

隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，井下機(jī)械化程度不斷提升，大功率電機(jī)大量使用，普遍應(yīng)用電子元件產(chǎn)品，各種感性負(fù)荷及用電設(shè)備與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率，同時(shí)產(chǎn)生各類諧波，造成井下供電質(zhì)量惡化和電費(fèi)嚴(yán)重浪費(fèi)，直接影響井下電網(wǎng)及用電設(shè)備正常運(yùn)行。

一、無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)電原理

1.作圖法（幾何法）。利用電容電流超前電感電流180°的原理（即二者方向相反），與電器（電動(dòng)機(jī)或變壓器）并補(bǔ)相應(yīng)量的電容器，使無功電流大大降低，隨之工作電流也相應(yīng)降低很多，而有功功率依然保持不變，而功率損耗卻大大下降，最多可達(dá)60%～70%。

由上圖可見，有功功率輸出不變，而工作電流卻降低很多，則節(jié)電。

2.解析式發(fā)（代數(shù)法）。由P=√3 I Ucosφ得I=P/√3U

cosφ即I∝1/cosφ（式1），又因P損=I2 RP損∝I2，將（式1）代入上式中得：P損∝1/cos2φ。即功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比。由此可見，在低壓配電線路里，提高功率因數(shù)來降低損耗節(jié)電效果十分顯著。

二、WBB系列礦用隔爆型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

1.供電系統(tǒng)。6KV高壓從地面送到采取變電所。采區(qū)變電所分別送出三路負(fù)荷，二路將6KV高壓送往綜采工作面移動(dòng)變電站，距離2000m，另一路送往綜采工作面運(yùn)輸巷機(jī)頭配電點(diǎn)，距離800m，電纜均為ZQ3×50mm2。工作面移動(dòng)變電站安裝有兩臺(tái)1250KVA變壓器，1號(hào)變壓器負(fù)荷有采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)共970KW；2號(hào)變壓器負(fù)荷有運(yùn)輸機(jī)、液泵、水泵共

935KW；皮帶機(jī)頭配電點(diǎn)干變?nèi)萘繛?00KVA，負(fù)荷2×315皮帶運(yùn)輸機(jī)。3臺(tái)變壓器二次側(cè)電壓準(zhǔn)為1140V，要求功率因數(shù)由0.65經(jīng)補(bǔ)償后達(dá)到0.96。

2.補(bǔ)償前后電流計(jì)算（按額定功率60%計(jì)算）。變壓器一、二次側(cè)補(bǔ)償前電流計(jì)算：公式：I=P/√3Ucosφ，1#、I2=582/

1.732×1140×0.65=453A，I1=453/5=91A；2#、I2=561/1.732×

1140×0.65=437A，I1=437/5=87A；3#、I2=378/1.732×1140×

0.65=295A，I1=295/5=59A。變壓器一、二次側(cè)補(bǔ)償后電流計(jì)算：1#、I2=582/1.732×1140×0.96=307A，I1=307/5=61A；2#、I2=561/

1.732×1140×0.96=296A，I1=296/5=59A；3#、I2=378/1.732×

1140×0.96=199A，I1=199/5=39A。

3.補(bǔ)償后減少的供電線路功率損耗計(jì)算：公式：P=3

（I2-I2）∑R，從移動(dòng)變電站到采區(qū)變電所：1#、P=3（912-612）×

0.858=11.74KW；2#、P=3（872-592）×0.858=10.52KW；3#、P=3（592-392）×0.858=5.05KW。從采區(qū)變電所到地面變電站：P=3×﹛﹙91+87+59﹚2-﹙61+59+39﹚2﹜×0.895=83KW，P線總

=11.74+10.52+5.05+83=110.3KW。

4.補(bǔ)償后，減少的變壓器功率損耗計(jì)算：公式P變=

（P/S）2（1/cos2φ1-1/cos2φ2）（PK+λQK），（其中：PK=有功功率損耗，QK=無功功率損耗，UK=變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)，具體值查閱煤礦電工手冊(cè)），若變壓器額定容量為1250KVA時(shí)：則QK=UK%SN×102=81.25（KVar），若變壓器額定容量為

800KVA時(shí)：則QK=UK%SN×102=48（KVar），1#、P1=（680/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.82KW；2#、P2=（660/1250）2（1/0.652-1/0.962）（7.2+8.13）=5.48KW；3#、P3=（440/800）2（1/0.652-1/0.962）（6+4.8）=4.19KW，P變總=5.82+5.48+

4.19=15.5 KW，注：P—取額定功率的70%；λ—無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。

5.節(jié)省電能經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算：全系統(tǒng)補(bǔ)償后節(jié)約為：P總=P線總+P變總=110.3+15.5=125.8 KW，全年節(jié)約用電量為：

125.8 KW×20/天×350/年=88060 KWh，全年共節(jié)省資金約：

88060 KWh×0.5元/KWh=440300元。

三、應(yīng)用無功補(bǔ)償裝置的意義

（1）降低無功損耗，減少電能浪費(fèi)。采用補(bǔ)償后，系統(tǒng)功率因數(shù)提高，使變壓器及供電線路中電流下降，降低了無功損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。（2）提高功率因數(shù)。用容性無功電流就近實(shí)時(shí)抵消負(fù)荷產(chǎn)生的無功電流，達(dá)到提高井下供電系統(tǒng)功率因數(shù)的目的。（3）治理諧波，凈化井下電網(wǎng)。各補(bǔ)償支路具備限制涌流，治理諧波的功能，達(dá)到裝置內(nèi)電器元件安全運(yùn)行和凈化井下電網(wǎng)的目的。（4）提高了供電系統(tǒng)的利用率。井下用電設(shè)備與地面電源之間存在大量往復(fù)的無功功率，這些無功功率必然占用供電系統(tǒng)許多容量，造成供電線路帶負(fù)荷能力下降，井下變壓器容量下降，各級(jí)控制開關(guān)戴載能力下降加裝無功補(bǔ)償后，使井下變壓器實(shí)在功率接近于有功功率，有效提高了視在功率利用率，供電線路及各級(jí)控制開關(guān)因減少了無功電流，大大提高了承載能力。

參 考 文 獻(xiàn)

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