關于無功補償?shù)陌l(fā)展趨勢

1、<p>　　關于無功補償?shù)陌l(fā)展趨勢</p><p>　　摘要：通過對目前應用于低壓配電網(wǎng)中的低壓并聯(lián)電容器裝置及其主要部件進行分類比較，剖析了各類產品各自的特點及存在的問題；并對低壓并聯(lián)電容補償裝置及控制器產品的發(fā)展趨勢提出一些看法。 </p><p>　　關鍵詞：諧波；并聯(lián)電容器；控制器；技術特點；發(fā)展趨勢 </p><p>　　中圖分類號： U665.

2、12文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、無功補償?shù)母拍?</p><p><b>　　1. 何為諧波？ </b></p><p>　　諧波（harmonic）是一個周期電氣量的正弦分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。一個周期電氣量按傅立葉級數(shù)展開而獲得的，其諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)，諧波實際上是一種干

3、擾量，使電網(wǎng)受到污染。 </p><p>　　2. 諧波和無功功率的產生 </p><p>　　在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質所決定的。 <

4、;/p><p>　　電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器，在工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率。另外，這些裝置也會產生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無功功率。 </p><

5、p><b>　　3.諧波的危害 </b></p><p>　　理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還需要嚴懲沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速使得公。用電

6、網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面。 </p><p>　　（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災。 </p><p>　?。?）諧波影響各種電氣設備的正常工作。 諧波對電機的影響除引

7、起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。 </p><p>　?。?）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。 </p><p>　?。?）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。 </p&

8、gt;<p>　　（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。 </p><p><b>　　4. 無功補償 </b></p><p>　　無功功率對供電系統(tǒng)和負荷的運行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位

9、差，這在相當寬的范圍內可以實現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡元件消耗無功功率，大多數(shù)負載也需要消耗無功功率。網(wǎng)絡元件和負載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機提供并經過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，這就是無功補償。 </p><p>　　無功補償?shù)淖饔弥饕?/p>

10、有以下幾點： </p><p>　?。?） 提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設備容量，減少功率損耗。 </p><p>　?。?） 穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線中合適的地點設置動態(tài)無功補償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。 </p><p>　　（3） 在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合，通過適當?shù)臒o功襝可以平衡三相的有功及無

11、功負載。 </p><p>　　二、無功補償發(fā)展趨勢——動態(tài)補償 </p><p>　　無功功率補償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，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。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡的損耗，使電網(wǎng)質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系

12、統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。目前，市場上不同類型和不同型號的低壓并聯(lián)電容器裝置成套產品已達數(shù)百種之多。 </p><p>　　1 按控制方式分類 </p><p>　　裝置主要通過安裝于內部的控制器來實現(xiàn)控制功能，從低壓，電流信號采樣，然后對采樣的模擬量進行運算并作出合理的判斷，直至發(fā)送投切信號。故控制器可謂是裝置的指揮系統(tǒng)，談到裝置的控制方式，就不能不提及控制器的技術特點。 <

13、;/p><p><b>　　1.1控制物理量 </b></p><p>　　裝置的控制方式主要取決于控制器所采用的控制物理量。目前控制器采用的控制物理量有兩種：功率因數(shù)，無功功率（無功電流）。 </p><p>　　采用功率因數(shù)作為控制物理量是傳統(tǒng)的控制方式，早期的產品大多采用這種控制方式。它存在的最大不足之處便是：控制不夠精確。尤其在電網(wǎng)負荷較輕

14、時，極可能發(fā)生不投則欠補償，投了又過補償這樣的投切振蕩現(xiàn)象，使電網(wǎng)處于欠補或過補狀態(tài)，不但會對電容器造成損壞，而且導致供電網(wǎng)絡振蕩。 </p><p>　　1.2 采樣運算環(huán)節(jié) </p><p>　　控制器的采樣和運算方式直接影響測量精度，從而關系到裝置的補償效果。早期的產品大多采樣電網(wǎng)的線電壓和相電流，如UBC，IA，RH然后折算成相位角即而得到相應的功率因數(shù)，無功功率。以功率因數(shù)為控制

15、物理量的控制器大多采用此采樣運算方式，容易受到波形畸變的影響譬如頻率變化，電網(wǎng)諧波等因素的干擾，從而影響測量結果。 </p><p><b>　　1.3補償方式 </b></p><p>　　低壓配電網(wǎng)中，民用負載占了很大的比例，而其組成又以單相負荷為主。由于各項負載的使用時間不同，造成了三相負荷不平衡，因此采用三相共補的方式，極有可能會導致某兩相補償不當?shù)默F(xiàn)象。故現(xiàn)

16、在已出現(xiàn)了分相補償或三相共補與分相補償相結合的控制器與電容器補償裝置，且有逐漸成為主流產品的趨勢。 </p><p>　　2 按投切方式分類 </p><p>　　2.1.延時投切方式 </p><p>　　延時投切方式即人們熟稱的"靜態(tài)"補償方式。這種投切依靠于傳統(tǒng)的接觸器的動作，但由于此類產品在投切過程中，電容組的初始電壓為零，而在合閘瞬間，

17、電網(wǎng)電壓又往往不為零，使加在電容組兩端的電壓突然升高，進而產生一個很大的電流，即我們常說的合閘涌流。 </p><p>　　延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時，電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險的。當電網(wǎng)的負荷呈感性時，如電動機、電焊機等負載，這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度，當負荷呈容性時，如過量的補償裝置的控制器，這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個角度，即功率因數(shù)超

18、前或滯后是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。 </p><p>　　2.2. 瞬時投切方式 </p><p>　　瞬時投切方式即人們熟稱的"動態(tài)"補償方式，應該說它是半導體電力器件與數(shù)字技術綜合的技術結晶，實際就是一套快速隨動系統(tǒng)，控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣

19、、計算，在2個周期到來時，控制器已經發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通，投切電容器組大約20-30毫秒內就完成一個全部動作，這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現(xiàn)的。動態(tài)補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應用前景。現(xiàn)在很多開關行業(yè)廠都試圖生產、制造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。 </p><p>　　2.3.混合投切

20、方式 </p><p>　　總結機械式接觸器開關和無觸點晶閘管開關各自的特點及弊端，出現(xiàn)了接觸器和可控硅并聯(lián)工作的開關，即我們所稱的復合開關。復合開關的工作原理是：在投切電容器瞬間，利用可控硅檢測過零點的特性，使電容器無沖擊投入和切除；而穩(wěn)態(tài)運行時，接觸器投入工作，避免了由可控硅引起的大功耗和電壓電流諧波。復合開關關合電容器時既無合閘涌流，而在運行時又無明顯波形畸變。但復合開關的設計必須注意以下幾點，否則非但起不

21、到作用，反而會給裝置的運行帶來不便：①可控硅和接觸器的動作時序問題，即必須保證在可控硅檢測到電壓過零點投入后，接觸器觸點才能閉合；②開關在平時閉合工作時，必須保證可控硅的維持電流足夠大，而不致使可控硅關斷；③當開關的電源突然斷電時，須配有后備電源或采取相應的措施，使可控硅能正常工作，以保證開關仍能按正常時序切除電容器。 </p><p>　　3 存在問題和建議 </p><p>　　經過這

22、幾年來對低壓并聯(lián)電容器補償裝置及控制器產品的測試，我們可以看到，產品在不斷地改進和更換新代，但裝置（尤其是控制器）在實際運行中仍存在一些問題：控制器應能適應惡劣的工作環(huán)境。由于我國地域遼闊，南北氣候差異大。在南方，夏季氣溫高，濕度大，更何況安裝于裝置內的控制器;而在北方，冬季又極其寒冷，溫度很低。因此，控制器中的電子元件必須經受如此嚴酷的環(huán)境的考驗。但目前，有些廠家為了降低生產成本，選擇質劣價低的元器件，影響了控制器的正常工作。隨著科學

23、技術的進步，大量電力電子產品應運而生，而其使用不可避免地對電網(wǎng)造成污染，再加上裝置安裝于變壓器的低壓側，而其本身又使用了可控硅等電力電子元件，因此這些電磁場所產生的干擾時刻地影響著控制器的正常工作。針對如今裝置運行中存在的問題，為提高裝置工作的可靠性，應著重注意以下幾點： </p><p>　?、偬岣呖刂破鞯馁|量。a）制造廠家必須結合配電網(wǎng)的實際運行條件，對控制器內的電子元器件進行嚴格把關，使其能在高低溫（-20

24、℃～65℃）環(huán)境下正常工作；b）合理設計控制器的電路，增加必要的措施，提高其抗擾能力。把電磁兼容性試驗作為控制器的型式試驗項目之一已是必然的趨勢。 </p><p>　?、诎l(fā)展多功能的控制器產品。隨著用戶對電能質量的要求越來越高，對控制器的功能也提出了相應的要求。要求其不但能監(jiān)測電網(wǎng)電壓，電流，功率因數(shù)，有功功率，無功功率及各次諧波量，并能統(tǒng)計電壓合格率，電壓超限率及有功電度和無功電度。這樣，控制器集電壓電流表，

25、電壓監(jiān)測儀，功率因數(shù)表，有功電度表，無功電度表等等的功能于一體，性價比高，更能節(jié)省空間，成為一臺低壓配電網(wǎng)的智能測量監(jiān)測管理的儀器。 </p><p>　?、垩b置可以打破傳統(tǒng)的控制器與裝置一體安裝的方式，而采用監(jiān)測采樣部分和裝置分別安裝的方式。目前已有此類產品出現(xiàn)，其安裝方式是：在變壓器的低壓側首端安裝監(jiān)測儀來監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)，把裝置安裝于低壓線路2/3處或離大負載較近的地方，這樣的補償效果更佳?？刂破魍ㄟ^低壓載波通

26、訊裝置接收檢測儀發(fā)射來的數(shù)據(jù)，并發(fā)出指令投切電容器。 </p><p>　　結論：隨著電力電子技術及電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，動態(tài)無功補償技術值得進一步深入研究和大力推廣應用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]何善瑾，電力系統(tǒng)設計手冊，北京：中國電力出版社，1998（6） </p><