本文探討了無功功率對供電企業(yè)的影響以及進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)谋匾裕榻B了無功功率補(bǔ)償?shù)膸追N方法，分析了各種無功補(bǔ)償技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了無功功率補(bǔ)償裝置今后的發(fā)展趨勢。
一、無功功率的定義及無功補(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：通過磁場，變壓器改變電壓并將能量送出去，電動機(jī)轉(zhuǎn)動并帶動機(jī)械負(fù)荷。磁場所具有的磁場能是由電源供給的，電動機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無功功率。電容器在交流電網(wǎng)中接通時，在一個周期內(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功功率。所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉(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，這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。
無功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層(按電壓等級)和分區(qū)(按地區(qū))補(bǔ)償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸，在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝置無功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。
二、無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹?/strong>
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，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，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)荷所吸收的無功功率可由容性功率負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，這就是無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/p>
三、無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?/strong>
無功功率補(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，造價高，只適用于在具有大功率拖動裝置時采用;
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.異步電動機(jī)同步化補(bǔ)償。這種方法有一定的效果，但自身損耗大，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、造價低、運(yùn)行維護(hù)簡便、自身損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前國內(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，以無功就地平衡為原則。安裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率時，可采取個別補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償三種方式。
四、無功補(bǔ)償裝置
同步電機(jī)、靜電電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及靜止無功發(fā)生器，這四種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。目前所指的靜止無功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型：
1.具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置
具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無功補(bǔ)償裝置。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大小�？煽仫柡碗娍蛊魇峭ㄟ^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)一步控制無功電流的大小。具有飽和電抗器的靜止無功補(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)而迅速地控制無功功率，即以快速的響應(yīng)，通過發(fā)出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。靜止無功補(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相互反向并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(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題而產(chǎn)生的。兩個相互反向并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時可能產(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)荷對稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對稱網(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)所需的無功功率，如果級數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。
3.新型靜止無功發(fā)生器(ASVG)
靜止無功發(fā)生器的主體是一個電壓源型逆變器，由可關(guān)斷晶閘管適當(dāng)?shù)耐〝�，將電容上的直流電壓轉(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，再通過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)電壓較低時仍能向系統(tǒng)注入較大的無功。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無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此ASVG是今后靜止無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的方向。針對電力有源濾波器在濾除諧波的時候與電力系統(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)無源濾波器的所產(chǎn)生的諧振問題。
五、結(jié)束語
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的更廣泛應(yīng)用，無功功率補(bǔ)償裝置將向著管理系統(tǒng)化、補(bǔ)償準(zhǔn)確化、操作簡單化的方向發(fā)展，遠(yuǎn)程無功功率補(bǔ)償控制管理系統(tǒng)將是今后發(fā)展的潮流。
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