無(wú)功功率補(bǔ)償方法與應(yīng)用綜述

一、無(wú)功功率的定義及無(wú)功補(bǔ)償原則

　　接在電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。例如：通過(guò)磁場(chǎng)，變壓器改變電壓并將能量送出去，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。磁場(chǎng)所具有的磁場(chǎng)能是由電源供給的，電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無(wú)功功率。電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，上半周的充電功率和下半周的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無(wú)功功率。所謂的“無(wú)功”并不是“無(wú)用”的電功率，只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已，因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。電網(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，在一定的有功功率下，當(dāng)用電企業(yè)cosφ越小，其視在功率也越大，而我們希望的是功率因數(shù)越大越好，這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

　　無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層（按電壓等級(jí)）和分區(qū)（按地區(qū)）補(bǔ)償，就地平衡，避免無(wú)功電力長(zhǎng)途輸送與越級(jí)傳輸，在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝置無(wú)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(wú)功電力倒送。

　　二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?/span>

　　把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路中，當(dāng)容性功率負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性功率負(fù)荷吸收能量；當(dāng)感性功率負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性功率負(fù)荷吸收能量；兩種負(fù)荷之間互相進(jìn)行能量交換。由此，感性功率負(fù)荷所吸收的無(wú)功功率可由容性功率負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，這就是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/span>

　　三、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?/span>

　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏喾N，主要是采用電力電容器或是采用具有容性負(fù)荷的裝置進(jìn)行補(bǔ)償。

　　1.同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。這種方法是改善用電的功率因數(shù)，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，只適用于在具有大功率拖動(dòng)裝置時(shí)采用；

　　2.調(diào)相機(jī)補(bǔ)償。這種裝置調(diào)整性能好，在電力系統(tǒng)故障情況下，也能維持系統(tǒng)電壓水平，可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，但造價(jià)高，投資大，損耗也較高，且運(yùn)行維護(hù)技術(shù)較復(fù)雜，宜裝設(shè)在電力系統(tǒng)的中樞變電所，一般用戶較少用。

　　3.異步電動(dòng)機(jī)同步化補(bǔ)償。這種方法有一定的效果，但自身?yè)p耗大，一般都不采用。

　　4.加裝并聯(lián)電力電容器補(bǔ)償。這種方法具有安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗小等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的補(bǔ)償方法。并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以無(wú)功就地平衡為原則。安裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)，可采取個(gè)別補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償三種方式。

　　四、無(wú)功補(bǔ)償裝置

　　同步電機(jī)、靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這四種裝置又稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償裝置。目前所指的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置一般專(zhuān)指使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類(lèi)型：

　　1.具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置

　　具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小。可控飽和電抗器是通過(guò)改變控制繞組中的工作電流控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。具有飽和電抗器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置目前應(yīng)用的較少，一般只用在超高壓輸電線路中。

　　2.靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

　　靜止補(bǔ)償器的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無(wú)功功率，即以快速的響應(yīng)，通過(guò)發(fā)出或吸收無(wú)功功率來(lái)控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。靜止無(wú)功補(bǔ)償器由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，可分為晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器兩種補(bǔ)償裝置。

　　⑴晶閘管控制電抗器（TCR）

　　晶閘管控制電抗器由兩個(gè)相互反向并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其三相多接成三角形。這種具有TCR型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

　　⑵晶閘管投切電容器（TSC）

　　晶閘管投切電容器是為了解決電容器組頻繁投切的問(wèn)題而產(chǎn)生的。兩個(gè)相互反向并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開(kāi)，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。TSC補(bǔ)償裝置用于三相電網(wǎng)中，一般負(fù)荷對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。TSC補(bǔ)償裝置可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

　　3.新型靜止無(wú)功發(fā)生器（ASVG）

　　靜止無(wú)功發(fā)生器的主體是一個(gè)電壓源型逆變器，由可關(guān)斷晶閘管適當(dāng)?shù)耐〝啵瑢㈦娙萆系闹绷麟妷恨D(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，再通過(guò)電抗器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。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)。靜止無(wú)功發(fā)生器響應(yīng)速度快，諧波電流少，而且在系統(tǒng)電壓較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無(wú)功。由于ASVG在改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高穩(wěn)定性方面具有SVC無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此ASVG是今后靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的方向。針對(duì)電力有源濾波器在濾除諧波的時(shí)候與電力系統(tǒng)不發(fā)生諧振的特點(diǎn)，今后的發(fā)展將是電力有源濾波與ASVG相結(jié)合以消除傳統(tǒng)ASVG設(shè)備中并聯(lián)無(wú)源濾波器的所產(chǎn)生的諧振問(wèn)題。