關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢

1、<p>　　關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢</p><p>　　摘要：通過對目前應(yīng)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(jìn)行分類比較，剖析了各類產(chǎn)品各自的特點(diǎn)及存在的問題；并對低壓并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置及控制器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢提出一些看法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：諧波；并聯(lián)電容器；控制器；技術(shù)特點(diǎn)；發(fā)展趨勢 </p><p>　　中圖分類號： U665.

2、12文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、無功補(bǔ)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(shí)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(chǎn)生 </p><p>　　在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例。異步電動機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動機(jī)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(fù)載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)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(diào)整電路和周波變流器，在工作時(shí)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的能耐電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進(jìn)行過一些研究，并有一定認(rèn)識，但那時(shí)諧波污染還需要嚴(yán)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(yán)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(yán)重性才引起人們高度的關(guān)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>　?。?）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。 </p><p>　?。?）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。 諧波對電機(jī)的影響除引

7、起附加損耗外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)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(yán)重事故。 </p><p>　?。?）諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。 </p&

8、gt;<p>　?。?）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。 </p><p><b>　　4. 無功補(bǔ)償 </b></p><p>　　無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)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(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無功功率。網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)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(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是無功補(bǔ)償。 </p><p>　　無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕?/p>

10、有以下幾點(diǎn)： </p><p>　?。?） 提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)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(zhì)量。在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)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>　?。?） 在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功襝可以平衡三相的有功及無

11、功負(fù)載。 </p><p>　　二、無功補(bǔ)償發(fā)展趨勢——動態(tài)補(bǔ)償 </p><p>　　無功功率補(bǔ)償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔(dān)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(bǔ)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(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，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(chǎn)品已達(dá)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(nèi)部的控制器來實(shí)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(jìn)行運(yùn)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(shù)特點(diǎn)。 <

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(chǎn)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(fù)荷較輕

14、時(shí)，極可能發(fā)生不投則欠補(bǔ)償，投了又過補(bǔ)償這樣的投切振蕩現(xiàn)象，使電網(wǎng)處于欠補(bǔ)或過補(bǔ)狀態(tài)，不但會對電容器造成損壞，而且導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)振蕩。 </p><p>　　1.2 采樣運(yùn)算環(huán)節(jié) </p><p>　　控制器的采樣和運(yùn)算方式直接影響測量精度，從而關(guān)系到裝置的補(bǔ)償效果。早期的產(chǎn)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(yīng)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(yùn)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(jié)果。 </p><p><b>　　1.3補(bǔ)償方式 </b></p><p>　　低壓配電網(wǎng)中，民用負(fù)載占了很大的比例，而其組成又以單相負(fù)荷為主。由于各項(xiàng)負(fù)載的使用時(shí)間不同，造成了三相負(fù)荷不平衡，因此采用三相共補(bǔ)的方式，極有可能會導(dǎo)致某兩相補(bǔ)償不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。故現(xiàn)

16、在已出現(xiàn)了分相補(bǔ)償或三相共補(bǔ)與分相補(bǔ)償相結(jié)合的控制器與電容器補(bǔ)償裝置，且有逐漸成為主流產(chǎn)品的趨勢。 </p><p>　　2 按投切方式分類 </p><p>　　2.1.延時(shí)投切方式 </p><p>　　延時(shí)投切方式即人們熟稱的"靜態(tài)"補(bǔ)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(chǎn)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(jìn)而產(chǎn)生一個很大的電流，即我們常說的合閘涌流。 </p><p>　　延時(shí)投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時(shí)，電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過量的補(bǔ)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(guān)系。通過補(bǔ)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(shí)投切方式 </p><p>　　瞬時(shí)投切方式即人們熟稱的"動態(tài)"補(bǔ)償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實(shí)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(nèi)完成采樣

19、、計(jì)算，在2個周期到來時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個全部動作，這種控制方式是機(jī)械動作的接觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。動態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。現(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。 </p><p>　　2.3.混合投切

20、方式 </p><p>　　總結(jié)機(jī)械式接觸器開關(guān)和無觸點(diǎn)晶閘管開關(guān)各自的特點(diǎn)及弊端，出現(xiàn)了接觸器和可控硅并聯(lián)工作的開關(guān)，即我們所稱的復(fù)合開關(guān)。復(fù)合開關(guān)的工作原理是：在投切電容器瞬間，利用可控硅檢測過零點(diǎn)的特性，使電容器無沖擊投入和切除；而穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，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(fù)合開關(guān)關(guān)合電容器時(shí)既無合閘涌流，而在運(yùn)行時(shí)又無明顯波形畸變。但復(fù)合開關(guān)的設(shè)計(jì)必須注意以下幾點(diǎn)，否則非但起不

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

22、幾年來對低壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置及控制器產(chǎn)品的測試，我們可以看到，產(chǎn)品在不斷地改進(jìn)和更換新代，但裝置（尤其是控制器）在實(shí)際運(yùn)行中仍存在一些問題：控制器應(yīng)能適應(yīng)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(nèi)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(jīng)受如此嚴(yán)酷的環(huán)境的考驗(yàn)。但目前，有些廠家為了降低生產(chǎn)成本，選擇質(zhì)劣價(jià)低的元器件，影響了控制器的正常工作。隨著科學(xué)

23、技術(shù)的進(jìn)步，大量電力電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)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(cè)，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(chǎn)生的干擾時(shí)刻地影響著控制器的正常工作。針對如今裝置運(yùn)行中存在的問題，為提高裝置工作的可靠性，應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)： </p><p>　　①提高控制器的質(zhì)量。a）制造廠家必須結(jié)合配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行條件，對控制器內(nèi)的電子元器件進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，使其能在高低溫（-20

24、℃～65℃）環(huán)境下正常工作；b）合理設(shè)計(jì)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(yàn)作為控制器的型式試驗(yàn)項(xiàng)目之一已是必然的趨勢。 </p><p>　　②發(fā)展多功能的控制器產(chǎn)品。隨著用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高，對控制器的功能也提出了相應(yīng)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(jì)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(jià)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(chǎn)品出現(xiàn)，其安裝方式是：在變壓器的低壓側(cè)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(fù)載較近的地方，這樣的補(bǔ)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(jié)論：隨著電力電子技術(shù)及電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)值得進(jìn)一步深入研究和大力推廣應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]何善瑾，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，北京：中國電力出版社，1998（6） </p><