無功功率補(bǔ)償

【摘 要】無功功率補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低線路和變壓器因輸送無功功率產(chǎn)生的電能損耗，達(dá)到節(jié)能降損的目的。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；無功功率；補(bǔ)償；電容器

引言

大多數(shù)用電負(fù)荷均為感性，安裝無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了供電電源向感性負(fù)載提供的無功功率和由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，降低了線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能降損的目的。

1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

通過無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)，減少電能損耗，提高電能質(zhì)量，降低供電系統(tǒng)中的變壓器、電氣設(shè)備、導(dǎo)線的容量，從而減少投資費(fèi)用。

2功率因數(shù)與無功功率的關(guān)系

有功功率、無功功率、視在功率之間的關(guān)系如圖1所示

式中S—視在功率，kVA

P—有功功率，kW

Q—無功功率，kVar

Φ—功率因數(shù)角，它的余弦是有功功率與視在功率之比，即COSφ=P/S，稱作功率因數(shù)。

由圖1可知，在有功功率一定的情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)越小，無功功率越大，為滿足用電的要求，供電線路和變壓器的容量均需增大。這樣，不僅增加線路損耗，也增加投資。因此，無功功率補(bǔ)償能提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，提高電能質(zhì)量，降低投資。

3無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

無功補(bǔ)償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。

圖2無功功率補(bǔ)償原理圖

P—有功功率，kW

S1—補(bǔ)償前的視在功率，kVA

S2—補(bǔ)償后的視在功率，kVA

Q1—補(bǔ)償前的無功功率，kVar

Q2—補(bǔ)償后的無功功率，kVar

φ1—補(bǔ)償前的功率因數(shù)角

φ2—補(bǔ)償后的功率因數(shù)角

由圖2可以看出，在有功功率一定的前提下，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償后（補(bǔ)償容量Qc=Q1-Q2），功率因數(shù)角由φ1減到φ2，則cosφ2>cosφ1提高了功率因數(shù)。

4常用的無功補(bǔ)償裝置

電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置發(fā)展到今天，經(jīng)歷了從電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償裝置，到今天引人注目的靜止無功發(fā)生器等幾個(gè)不同階段。

⑴并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器在補(bǔ)償無功功率中具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝、運(yùn)行和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是，它只能補(bǔ)償感性無功，且由于其阻抗固定，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，所以不能對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而且它有負(fù)電壓效應(yīng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，電容器上的補(bǔ)償電流相應(yīng)下降，使得補(bǔ)償?shù)臒o功量急劇下降，系統(tǒng)電壓下降更大，在系統(tǒng)有諧波時(shí)，還可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波電流放大，甚至造成電容器的燒毀。

⑵同步調(diào)相機(jī)

早期無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的典型代表是同步調(diào)相機(jī)。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī)，在過激磁或欠激磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。它不僅能補(bǔ)償固定的無功功率，而且對(duì)變化的無功功率也能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。缺點(diǎn)：它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，由于控制復(fù)雜造成響應(yīng)速度慢，己經(jīng)無法適應(yīng)快速無功功率控制的要求。

⑶靜止型無功補(bǔ)償裝置（SVC）

靜止型無功補(bǔ)償裝置成為無功補(bǔ)償?shù)男律α?。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器（SR）型的，與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，但損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償?shù)闹髁?。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，將使用晶閘管器件的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了電力系統(tǒng)無功功率控制的舞臺(tái)。

由于使用晶閘管器件的靜止無功補(bǔ)償裝置具有優(yōu)良的性能，所以，近二十多年來，在世界范圍內(nèi)其市場一直在迅速而穩(wěn)定地增長，已占據(jù)了靜止無功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。因此靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）這個(gè)詞往往是專指使用晶閘管器件的靜止無功補(bǔ)償裝置。靜止無功補(bǔ)償裝置的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率，因此可以對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變。

其快速的響應(yīng)，適中的價(jià)格，使其在電力系統(tǒng)中得以迅速的推廣。其不足之處在于諧波成分大，需要大電感、大電容等元件，而且只有在感性工況下才連續(xù)可調(diào)。

⑷靜止無功發(fā)生器（SVG）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的靜止無功補(bǔ)償裝置，即靜止無功發(fā)生器。它通過不同的控制，既可發(fā)出無功功率，呈電容性，也可吸收無功功率，呈電感性。

采用PWM控制，即可使其輸入電流接近正弦波。與靜止型無功補(bǔ)償裝置相比，靜止無功發(fā)生器大大減小了體積，節(jié)省了材料，并具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)性能好、能綜合補(bǔ)償無功、三相不平衡以及諧波的特點(diǎn)，成為無功補(bǔ)償?shù)闹匾l(fā)展方向。

5無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

無功補(bǔ)償原則是就地補(bǔ)償，整個(gè)系統(tǒng)將沒有無功的流動(dòng)。但在實(shí)際的電力系統(tǒng)中這是理想化的。

因?yàn)闊o論變壓器、輸電線路還是用電設(shè)備，都會(huì)產(chǎn)生無功，所以實(shí)際的電力系統(tǒng)中補(bǔ)償方式主要有以下幾種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。

⑴低壓個(gè)別補(bǔ)償

低壓個(gè)別補(bǔ)償是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。它適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主。

它的優(yōu)點(diǎn)：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無功倒送。具有投資少、占地小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

⑵低壓集中補(bǔ)償

低壓集中補(bǔ)償是將無功補(bǔ)償裝置通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而自動(dòng)調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償?shù)娜萘俊?/p>

它的優(yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

⑶高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10KV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或者在供電線路末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對(duì)電力系統(tǒng)無功的消耗并起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)投切，從而合理提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)增加。

無功功率補(bǔ)償應(yīng)按全面規(guī)劃、合理布局、分層分區(qū)補(bǔ)償、就地平衡的原則確定最優(yōu)的補(bǔ)償方式。

6結(jié)束語

對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果是有目共睹的，在應(yīng)用的過程中，還應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，來決定是采用哪種補(bǔ)償裝置及方式，從而達(dá)到使電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。采取無功補(bǔ)償后降低了電力系統(tǒng)的損耗，提高了電壓質(zhì)量。因此，提高功率因數(shù)不但為國家節(jié)約了電力資源，而且給用戶節(jié)約了資金，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：孟瀛，1981年出生，本科學(xué)歷，工程師，2003年畢業(yè)至今，一直從事電氣設(shè)計(jì)工作。