基于電力電子技術(shù)的連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償控制分析

　　系統(tǒng)的特性曲線可近似用下式表示：

　　由（7）式可以看出，無(wú)功功率的變化，引起系統(tǒng)電壓成比例的變化，系統(tǒng)供給的無(wú)功功率為負(fù)載和補(bǔ)償器無(wú)功功率之和，即：

。

　　在電力工程運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載無(wú)功功率

變化時(shí)，補(bǔ)償器的無(wú)功功率

總能夠彌補(bǔ)負(fù)載無(wú)功功率

的變化，從而使得

，無(wú)功功率

維持不變。由（7式）可知，

，系統(tǒng)電壓

維持恒定，這就是對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償的基本原理。

　　圖2b標(biāo)繪出了動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償，系統(tǒng)的工作點(diǎn)保

的 點(diǎn)處，即

；當(dāng)使系統(tǒng)的工作點(diǎn)保持在

的C點(diǎn)處時(shí)，即

，系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)的完全補(bǔ)償。

　　工程實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，一般把負(fù)載包括在系統(tǒng)之內(nèi)，進(jìn)行總體等效，將圖2a系統(tǒng)和負(fù)載部分等效為圖 3a系統(tǒng)虛框內(nèi)的部分。忽略內(nèi)部阻抗中的電阻，電抗。由于補(bǔ)償器具有維持連續(xù)點(diǎn)電壓恒定的作用，可以將其視為恒定電壓源，電壓值取為等效前連接點(diǎn)處未接補(bǔ)償器且負(fù)載無(wú)功不變時(shí)的供電電壓。

　　當(dāng) 為零時(shí)，補(bǔ)償器具有圖3b中所示的水平的理想補(bǔ)償器特性，而實(shí)際的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置不設(shè)計(jì)成具有水平的電壓－電流特性，而是該圖中所示的傾斜特性，傾斜的方向是電壓隨吸收的感性電流的增加而升高，這種傾斜特性還可以兼顧補(bǔ)償器容量和電壓穩(wěn)定的要求，可以改善并聯(lián)補(bǔ)償器之間的電流分配，并有利于預(yù)留穩(wěn)定要求的無(wú)功備用。

　　投入補(bǔ)償器后，補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功功率為：

　　因?yàn)閷?shí)際補(bǔ)償器中 不為零，所以補(bǔ)償器吸收的無(wú)功功率相對(duì)理想補(bǔ)償情況而言是減小了。連接點(diǎn)電壓也并不像理想補(bǔ)償器時(shí)保持原正常值不變，而是變化了：

　　因此，在具有傾斜特性的無(wú)功功率特性中，實(shí)際補(bǔ)償器所需容量比理想補(bǔ)償器所需容量有較大幅度的減小。當(dāng)

時(shí)，能維持連接點(diǎn)電壓變化為系統(tǒng)電源電壓變化一半的補(bǔ)償器，所需容量為理想補(bǔ)償器的一半，這就是所謂的補(bǔ)償器容量與電壓調(diào)整之間折中的問(wèn)題。

6　結(jié)合實(shí)例淺談無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?p>　　以某大型項(xiàng)目能源中心為例，該項(xiàng)目供電電源的電壓等級(jí)為10kV，設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級(jí)，投資較省，減少變電環(huán)節(jié)，同時(shí)亦減少了故障點(diǎn)。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，共采用六路10kV電源，分別對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)直配。

　　該項(xiàng)目中，高壓電動(dòng)機(jī)主要用于中央空調(diào)機(jī)組、冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵等多臺(tái)設(shè)備。這些設(shè)備單機(jī)容量很大，離心機(jī)組單機(jī)最大達(dá)2810kW(共5臺(tái))，小的870kW(共4臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)560kW(共9臺(tái))，冷卻水循環(huán)泵單機(jī)380kW(共3臺(tái))，自然功率因數(shù)在0.8左右。如果在10kV配電室集中補(bǔ)償電容，不采用高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑挘绱舜笕萘康碾妱?dòng)機(jī)起、停會(huì)使10kV側(cè)功率因數(shù)不穩(wěn)定，有可能造成過(guò)補(bǔ)償，引起系統(tǒng)電壓升高。同時(shí)，從配電室至冷凍機(jī)房高壓電動(dòng)機(jī)的線路最近50m，最遠(yuǎn)140m，線路損耗相當(dāng)可觀，綜合考慮到高壓自動(dòng)補(bǔ)償元件、技術(shù)、價(jià)格均要求較高，因此采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。高壓電容器組放置在電動(dòng)機(jī)附近，這些電動(dòng)機(jī)采用自耦降壓起動(dòng)方式，高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護(hù)，裝設(shè)避雷器用于過(guò)電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，同時(shí)釋放了系統(tǒng)容量，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資。

　　對(duì)于低壓設(shè)備，由二臺(tái)1000kVA及二臺(tái)1600kVA變壓器配出，低壓電機(jī)配置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側(cè)采用電容器組集中自動(dòng)補(bǔ)償。雖然一些低壓電動(dòng)機(jī)的容量也不小，但這些設(shè)備主要用于鍋爐房和給排水設(shè)備，鍋爐房的設(shè)備不如冷凍機(jī)房集中，環(huán)境較差，管理不便，因此，在低壓配電室采用按功率因數(shù)大小自補(bǔ)償是較合適的。

7　結(jié) 語(yǔ)

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子器件的不斷研制創(chuàng)新，無(wú)功功率補(bǔ)償也處于不斷發(fā)展之中，目前，國(guó)內(nèi)外的研制成果發(fā)展迅速，出現(xiàn)了許多種類的SVC、SVG補(bǔ)償裝置。比如：牡丹江科海電氣設(shè)備有限公司研制開(kāi)發(fā)的G（X）JF1型、G（X）JK1型（接觸器式）、G（X）D1型電容器跟蹤投切柜（箱）以及VQCL―D12/J12無(wú)功補(bǔ)償控制器；哈爾濱工大威翰科技開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司研制開(kāi)發(fā)的HVC高壓自動(dòng)無(wú)功電壓綜合調(diào)節(jié)裝置和TSC系列可控硅動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器；深圳市賽源電氣技術(shù)有限公司研制開(kāi)發(fā)的JKWA－15A型和JKWA―12J型低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器等等。雖然兼顧價(jià)格、質(zhì)量、體積、操作等一系列因素最優(yōu)化配置的補(bǔ)償裝置目前還沒(méi)有面世，但是，發(fā)展前景比較廣闊。