基于電力電子技術(shù)的連續(xù)無功補(bǔ)償控制分析

　?。?）由單一的無功功率補(bǔ)償到具有濾波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負(fù)荷中含有大量諧波。研制開發(fā)兼有無功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段。有源電力慮波器（APF）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）正是既能補(bǔ)償諧波，又能補(bǔ)償無功的裝置，雖然有電流中的高次諧波，單臺容量低，成本較高等問題，但是其發(fā)展前景仍然看好。

　?。?）將一個由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線相電壓上，使其幅值和相角皆可連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)線路有功和無功功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。目前綜合潮流控制器（UPFC）發(fā)展較為迅速，美國西屋電氣公司研制出串聯(lián)潮流控制器（SPFC），其造價明顯低于UPFC，功能可與之相比且優(yōu)于SVG。

3　無功功率補(bǔ)償?shù)母灸康?p>　　工程運(yùn)用中，為了提高電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，通常引入無功補(bǔ)償裝置。對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，能夠改變功率因數(shù)，降低系統(tǒng)損耗，大大提高電網(wǎng)功率的運(yùn)行效率。另外，無功補(bǔ)償還可以減少電壓閃變、降低過電壓以及提高電力系統(tǒng)的靜止和動態(tài)穩(wěn)定性等，就其經(jīng)濟(jì)價值而言，具有重要意義。

3.1　減少線路壓降，提高電壓的穩(wěn)定性

　　無功補(bǔ)償裝置的引入，平衡了系統(tǒng)中無功功率，提高了電壓的穩(wěn)定性。由于線路傳送電流小了，系統(tǒng)的線路電壓損失也相應(yīng)減小，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時要防止超前電流使電壓上升過高)，有利于大電機(jī)裝置的起動。

3.2　降低系統(tǒng)能耗，提高資源的利用率

　　功率因數(shù)的提高，能一定程度減少線路損耗及變壓器的銅耗。
　　設(shè)為線路電阻， 為原線路損耗，引入無功補(bǔ)償裝置后，線路損耗為

，則線路損耗減少：

　　引入補(bǔ)償后，由于功率因數(shù)提高，

，為分析方便，可近似認(rèn)為

，則：

　　當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時，通過上式計算，可求得有功損耗降低20.99％左右。
在輸送

不變情況下，功率因數(shù)提高，則I相對降低。設(shè)

分別為補(bǔ)償前、后變壓器的電流，銅耗分別為

，則：（5）

　　由（5）式可知，功率因數(shù)從0.8提高至0.9時，銅耗相當(dāng)于原來的79％。

3.3　改善功率因數(shù)，減少相應(yīng)電費(fèi)

　　根據(jù)國家水電部，物價局頒布的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)減少電費(fèi)：

　　(1)高壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.9以上。
　　(2)低壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.85以上。
　　(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶，功率因數(shù)為0.8以上。

　　根據(jù)《辦法》，補(bǔ)償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因?yàn)槌^此值，電費(fèi)并沒有減少，相反初次設(shè)備增加，是不經(jīng)濟(jì)的。

3.4　增加供電功率，減少用電投資

　　對于原有供電設(shè)備來講，同樣的有功功率下，功率因數(shù)

提高，負(fù)荷電流減小，因此向負(fù)荷傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲備，發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對于新建項目來說，降低了變壓器容量，減少了投資費(fèi)用，同時也減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

4　無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?p>　　無功功率補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償。

4.1　低壓個別補(bǔ)償

　　低壓個別補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需求，將單臺或多臺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)同時投切，隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。低壓個別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：根據(jù)用電設(shè)備運(yùn)行或者停運(yùn)，無功補(bǔ)償投入或者退出，不會造成無功倒送。具有投資少、體積小、安裝容易、配置方便、操作靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

4.2　低壓集中補(bǔ)償

　　低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(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)荷直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：配置容易、維護(hù)簡單、平衡迅捷，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，是目前無功補(bǔ)償常用手段之一。

4.3　高壓集中補(bǔ)償

　　高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接接在變電所6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于遠(yuǎn)離變電所或在供電線路末端的用戶，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗，起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動投切，從而合理地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)的增加。高壓集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：配置靈活、維護(hù)簡單，補(bǔ)償效益高等。

5　無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹?p>　　在電力系統(tǒng)中，無功功率的動態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)如下諸多功能，比如：

　?、賹討B(tài)無功負(fù)荷的功率因數(shù)校正；②調(diào)整電壓；③提高電力系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性；④降低過電壓；⑤減少電壓閃爍；⑥阻尼功率振蕩；⑦阻尼次同步振蕩；⑧減少電壓和電流的不平衡。

　　雖然以上八種功能相互關(guān)聯(lián)，然而，實(shí)際的靜止無功補(bǔ)償裝置往往只能以其中的某一條或某幾條為直接控制目標(biāo)，盡可能的兼顧其它功能，并且，在控制策略和控制方式有所側(cè)重。本文僅以改善電壓調(diào)整的基本功能做一介紹。

　　補(bǔ)償原理：

　　將電路具體分為系統(tǒng)、負(fù)載和補(bǔ)償器三部分的等效電路，其動態(tài)補(bǔ)償原理如圖2所示。