基于電力電子技術(shù)的連續無(wú)功補償控制分析

　?。?）由單一的無(wú)功功率補償到具有濾波以及抑制諧波的功能。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應用，供電系統或負荷中含有大量諧波。研制開(kāi)發(fā)兼有無(wú)功補償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開(kāi)關(guān)濾波器，將成為改善系統功率因數、抑制諧波、穩定系統電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段。有源電力慮波器（APF）、統一潮流控制器（UPFC）正是既能補償諧波，又能補償無(wú)功的裝置，雖然有電流中的高次諧波，單臺容量低，成本較高等問(wèn)題，但是其發(fā)展前景仍然看好。

　?。?）將一個(gè)由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線(xiàn)相電壓上，使其幅值和相角皆可連續變化，從而實(shí)現線(xiàn)路有功和無(wú)功功率的準確調節，并可提高輸送能力以及阻尼系統振蕩。目前綜合潮流控制器（UPFC）發(fā)展較為迅速，美國西屋電氣公司研制出串聯(lián)潮流控制器（SPFC），其造價(jià)明顯低于UPFC，功能可與之相比且優(yōu)于SVG。

3　無(wú)功功率補償的根本目的

　　工程運用中，為了提高電網(wǎng)功率因數及穩定電網(wǎng)電壓，通常引入無(wú)功補償裝置。對系統進(jìn)行無(wú)功補償，能夠改變功率因數，降低系統損耗，大大提高電網(wǎng)功率的運行效率。另外，無(wú)功補償還可以減少電壓閃變、降低過(guò)電壓以及提高電力系統的靜止和動(dòng)態(tài)穩定性等，就其經(jīng)濟價(jià)值而言，具有重要意義。

3.1　減少線(xiàn)路壓降，提高電壓的穩定性

　　無(wú)功補償裝置的引入，平衡了系統中無(wú)功功率，提高了電壓的穩定性。由于線(xiàn)路傳送電流小了，系統的線(xiàn)路電壓損失也相應減小，有利于系統電壓的穩定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高)，有利于大電機裝置的起動(dòng)。

3.2　降低系統能耗，提高資源的利用率

　　功率因數的提高，能一定程度減少線(xiàn)路損耗及變壓器的銅耗。
　　設為線(xiàn)路電阻， 為原線(xiàn)路損耗，引入無(wú)功補償裝置后，線(xiàn)路損耗為

，則線(xiàn)路損耗減少：

　　引入補償后，由于功率因數提高，

，為分析方便，可近似認為

，則：

　　當功率因數從0.8提高至0.9時(shí)，通過(guò)上式計算，可求得有功損耗降低20.99％左右。
在輸送

不變情況下，功率因數提高，則I相對降低。設

分別為補償前、后變壓器的電流，銅耗分別為

，則：（5）

　　由（5）式可知，功率因數從0.8提高至0.9時(shí)，銅耗相當于原來(lái)的79％。

3.3　改善功率因數，減少相應電費

　　根據國家水電部，物價(jià)局頒布的《功率因數調整電費辦法》，規定三種功率因數標準值，相應減少電費：

　　(1)高壓供電的用電單位，功率因數為0.9以上。
　　(2)低壓供電的用電單位，功率因數為0.85以上。
　　(3)低壓供電的農業(yè)用戶(hù)，功率因數為0.8以上。

　　根據《辦法》，補償后的功率因數以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因為超過(guò)此值，電費并沒(méi)有減少，相反初次設備增加，是不經(jīng)濟的。

3.4　增加供電功率，減少用電投資

　　對于原有供電設備來(lái)講，同樣的有功功率下，功率因數

提高，負荷電流減小，因此向負荷傳輸功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)等配電設備都增加了功率儲備，發(fā)揮了設備的潛力。對于新建項目來(lái)說(shuō)，降低了變壓器容量，減少了投資費用，同時(shí)也減少了運行后的基本電費。

4　無(wú)功補償的一般方法

　　無(wú)功功率補償通常采用的方法主要有3種：低壓個(gè)別補償、低壓集中補償和高壓集中補償。

4.1　低壓個(gè)別補償

　　低壓個(gè)別補償就是根據個(gè)別用電設備對無(wú)功的需求，將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接。它與用電設備共用一套斷路器，通過(guò)控制、保護裝置與電機同時(shí)投切，隨機補償適用于補償個(gè)別大容量且連續運行(如大中型異步電動(dòng)機)的無(wú)功消耗，以補勵磁無(wú)功為主。低壓個(gè)別補償的優(yōu)點(diǎn)：根據用電設備運行或者停運，無(wú)功補償投入或者退出，不會(huì )造成無(wú)功倒送。具有投資少、體積小、安裝容易、配置方便、操作靈活、維護簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

4.2　低壓集中補償

　　低壓集中補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(xiàn)側，以無(wú)功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線(xiàn)上的無(wú)功負荷直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調節。低壓集中補償的優(yōu)點(diǎn)：配置容易、維護簡(jiǎn)單、平衡迅捷，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟價(jià)值，是目前無(wú)功補償常用手段之一。

4.3　高壓集中補償

　　高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接接在變電所6～10kV高壓母線(xiàn)上的補償方式。適用于遠離變電所或在供電線(xiàn)路末端的用戶(hù)，用戶(hù)本身又有一定的高壓負荷時(shí)，可以減少對電力系統無(wú)功的消耗，起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶(hù)的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。高壓集中補償的優(yōu)點(diǎn)：配置靈活、維護簡(jiǎn)單，補償效益高等。

5　無(wú)功功率補償的基本原理

　　在電力系統中，無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補償，可以實(shí)現如下諸多功能，比如：

　?、賹?dòng)態(tài)無(wú)功負荷的功率因數校正；②調整電壓；③提高電力系統的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)穩定性；④降低過(guò)電壓；⑤減少電壓閃爍；⑥阻尼功率振蕩；⑦阻尼次同步振蕩；⑧減少電壓和電流的不平衡。

　　雖然以上八種功能相互關(guān)聯(lián)，然而，實(shí)際的靜止無(wú)功補償裝置往往只能以其中的某一條或某幾條為直接控制目標，盡可能的兼顧其它功能，并且，在控制策略和控制方式有所側重。本文僅以改善電壓調整的基本功能做一介紹。

　　補償原理：

　　將電路具體分為系統、負載和補償器三部分的等效電路，其動(dòng)態(tài)補償原理如圖2所示。