基于電力電子技術(shù)的連續無(wú)功補償控制分析

　　系統的特性曲線(xiàn)可近似用下式表示：

　　由（7）式可以看出，無(wú)功功率的變化，引起系統電壓成比例的變化，系統供給的無(wú)功功率為負載和補償器無(wú)功功率之和，即：

。

　　在電力工程運行過(guò)程中，負載無(wú)功功率

變化時(shí)，補償器的無(wú)功功率

總能夠彌補負載無(wú)功功率

的變化，從而使得

，無(wú)功功率

維持不變。由（7式）可知，

，系統電壓

維持恒定，這就是對無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償的基本原理。

　　圖2b標繪出了動(dòng)態(tài)的無(wú)功補償，系統的工作點(diǎn)保

的 點(diǎn)處，即

；當使系統的工作點(diǎn)保持在

的C點(diǎn)處時(shí)，即

，系統即實(shí)現了功率因數的完全補償。

　　工程實(shí)際運用過(guò)程中，一般把負載包括在系統之內，進(jìn)行總體等效，將圖2a系統和負載部分等效為圖 3a系統虛框內的部分。忽略?xún)炔孔杩怪械碾娮?，電?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20131009/181452_3_14.jpg" onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600" border="0" />。由于補償器具有維持連續點(diǎn)電壓恒定的作用，可以將其視為恒定電壓源，電壓值取為等效前連接點(diǎn)處未接補償器且負載無(wú)功不變時(shí)的供電電壓。

　　當 為零時(shí)，補償器具有圖3b中所示的水平的理想補償器特性，而實(shí)際的靜止無(wú)功補償裝置不設計成具有水平的電壓－電流特性，而是該圖中所示的傾斜特性，傾斜的方向是電壓隨吸收的感性電流的增加而升高，這種傾斜特性還可以兼顧補償器容量和電壓穩定的要求，可以改善并聯(lián)補償器之間的電流分配，并有利于預留穩定要求的無(wú)功備用。

　　投入補償器后，補償器所吸收的無(wú)功功率為：

　　因為實(shí)際補償器中 不為零，所以補償器吸收的無(wú)功功率相對理想補償情況而言是減小了。連接點(diǎn)電壓也并不像理想補償器時(shí)保持原正常值不變，而是變化了：

　　因此，在具有傾斜特性的無(wú)功功率特性中，實(shí)際補償器所需容量比理想補償器所需容量有較大幅度的減小。當

時(shí)，能維持連接點(diǎn)電壓變化為系統電源電壓變化一半的補償器，所需容量為理想補償器的一半，這就是所謂的補償器容量與電壓調整之間折中的問(wèn)題。

6　結合實(shí)例淺談無(wú)功補償的作用

　　以某大型項目能源中心為例，該項目供電電源的電壓等級為10kV，設備裝機容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機設備容量為5400多千瓦，其他低壓設備容量為5000多千瓦。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機的供電電壓等級，投資較省，減少變電環(huán)節，同時(shí)亦減少了故障點(diǎn)。根據負荷計算，共采用六路10kV電源，分別對高壓電動(dòng)機直配。

　　該項目中，高壓電動(dòng)機主要用于中央空調機組、冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵等多臺設備。這些設備單機容量很大，離心機組單機最大達2810kW(共5臺)，小的870kW(共4臺)，冷凍水循環(huán)泵單機560kW(共9臺)，冷卻水循環(huán)泵單機380kW(共3臺)，自然功率因數在0.8左右。如果在10kV配電室集中補償電容，不采用高壓無(wú)功自動(dòng)補償的話(huà)，如此大容量的電動(dòng)機起、停會(huì )使10kV側功率因數不穩定，有可能造成過(guò)補償，引起系統電壓升高。同時(shí)，從配電室至冷凍機房高壓電動(dòng)機的線(xiàn)路最近50m，最遠140m，線(xiàn)路損耗相當可觀(guān)，綜合考慮到高壓自動(dòng)補償元件、技術(shù)、價(jià)格均要求較高，因此采用高壓電容器就地補償，與電動(dòng)機同時(shí)投切。高壓電容器組放置在電動(dòng)機附近，這些電動(dòng)機采用自耦降壓起動(dòng)方式，高壓就地補償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護，裝設避雷器用于過(guò)電壓保護，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動(dòng)機的功率因數，降低了線(xiàn)路損耗，同時(shí)釋放了系統容量，縮小了饋電電纜的截面，節約了投資。

　　對于低壓設備，由二臺1000kVA及二臺1600kVA變壓器配出，低壓電機配置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側采用電容器組集中自動(dòng)補償。雖然一些低壓電動(dòng)機的容量也不小，但這些設備主要用于鍋爐房和給排水設備，鍋爐房的設備不如冷凍機房集中，環(huán)境較差，管理不便，因此，在低壓配電室采用按功率因數大小自補償是較合適的。

7　結 語(yǔ)

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子器件的不斷研制創(chuàng )新，無(wú)功功率補償也處于不斷發(fā)展之中，目前，國內外的研制成果發(fā)展迅速，出現了許多種類(lèi)的SVC、SVG補償裝置。比如：牡丹江科海電氣設備有限公司研制開(kāi)發(fā)的G（X）JF1型、G（X）JK1型（接觸器式）、G（X）D1型電容器跟蹤投切柜（箱）以及VQCL―D12/J12無(wú)功補償控制器；哈爾濱工大威翰科技開(kāi)發(fā)有限責任公司研制開(kāi)發(fā)的HVC高壓自動(dòng)無(wú)功電壓綜合調節裝置和TSC系列可控硅動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補償器；深圳市賽源電氣技術(shù)有限公司研制開(kāi)發(fā)的JKWA－15A型和JKWA―12J型低壓無(wú)功補償控制器等等。雖然兼顧價(jià)格、質(zhì)量、體積、操作等一系列因素最優(yōu)化配置的補償裝置目前還沒(méi)有面世，但是，發(fā)展前景比較廣闊。