基于電力電子技術(shù)的連續(xù)無功補償控制分析

　　（4）由單一的無功功率補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)兼有無功補償與電力濾波器雙重優(yōu)點的晶閘管開關(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）正是既能補償諧波，又能補償無功的裝置，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　無功功率補償?shù)母灸康?p>　　工程運用中，為了提高電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，通常引入無功補償裝置。對系統(tǒng)進行無功補償，能夠改變功率因數(shù)，降低系統(tǒng)損耗，大大提高電網(wǎng)功率的運行效率。另外，無功補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，引入無功補償裝置后，線路損耗為

，則線路損耗減少：

　　引入補償后，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

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

　　(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》，補償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因為超過此值，電費并沒有減少，相反初次設(shè)備增加，是不經(jīng)濟的。

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，減少了投資費用，同時也減少了運行后的基本電費。

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

4.1　低壓個別補償

　　低壓個別補償就是根據(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、保護裝置與電機同時投切，隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點：根據(jù)用電設(shè)備運行或者停運，無功補償投入或者退出，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、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。

4.2　低壓集中補償

　　低壓集中補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)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，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行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓集中補償?shù)膬?yōu)點：配置容易、維護簡單、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)濟價值，是目前無功補償常用手段之一。

4.3　高壓集中補償

　　高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接接在變電所6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于遠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，起到一定的補償作用；補償裝置根據(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)致電費的增加。高壓集中補償?shù)膬?yōu)點：配置靈活、維護簡單，補償效益高等。

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

　　①對動態(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，實際的靜止無功補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。

　　補償原理：

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