基于電力電子技術的連續無功補償控制分析

　　（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。隨著電力電子技術的發展和電力電子產品的推廣應用，供電系統或負荷中含有大量諧波。研制開發兼有無功補償與電力濾波器雙重優點的晶閘管開關濾波器，將成為改善系統功率因數、抑制諧波、穩定系統電壓、改善電能質量的有效手段。有源電力慮波器（APF）、統一潮流控制器（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，但是其發展前景仍然看好。

　　（5）將一個由晶閘管換流器產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變化，從而實現線路有功和無功功率的準確調節，并可提高輸送能力以及阻尼系統振蕩。目前綜合潮流控制器（UPFC）發展較為迅速，美國西屋電氣公司研制出串聯潮流控制器（SPFC），其造價明顯低于UPFC，功能可與之相比且優于SVG。

3　無功功率補償的根本目的

　　工程運用中，為了提高電網功率因數及穩定電網電壓，通常引入無功補償裝置。對系統進行無功補償，能夠改變功率因數，降低系統損耗，大大提高電網功率的運行效率。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的靜止和動態穩定性等，就其經濟價值而言，具有重要意義。

3.1　減少線路壓降，提高電壓的穩定性

　　無功補償裝置的引入，平衡了系統中無功功率，提高了電壓的穩定性。由于線路傳送電流小了，系統的線路電壓損失也相應減小，有利于系統電壓的穩定(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　降低系統能耗，提高資源的利用率

　　功率因數的提高，能一定程度減少線路損耗及變壓器的銅耗。
　　設為線路電阻， 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，由于功率因數提高，

，為分析方便，可近似認為

，則：

　　當功率因數從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，功率因數提高，則I相對降低。設

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，功率因數從0.8提高至0.9時，銅耗相當于原來的79％。

3.3　改善功率因數，減少相應電費

　　根據國家水電部，物價局頒布的《功率因數調整電費辦法》，規定三種功率因數標準值，相應減少電費：

　　(1)高壓供電的用電單位，功率因數為0.9以上。
　　(2)低壓供電的用電單位，功率因數為0.85以上。
　　(3)低壓供電的農業用戶，功率因數為0.8以上。

　　根據《辦法》，補償后的功率因數以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因為超過此值，電費并沒有減少，相反初次設備增加，是不經濟的。

3.4　增加供電功率，減少用電投資

　　對于原有供電設備來講，同樣的有功功率下，功率因數

提高，負荷電流減小，因此向負荷傳輸功率所經過的變壓器、開關、導線等配電設備都增加了功率儲備，發揮了設備的潛力。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　無功補償的一般方法

　　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個別用電設備對無功的需求，將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接。它與用電設備共用一套斷路器，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。低壓個別補償的優點：根據用電設備運行或者停運，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接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓集中補償的優點：配置容易、維護簡單、平衡迅捷，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟價值，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荷時，可以減少對電力系統無功的消耗，起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。高壓集中補償的優點：配置靈活、維護簡單，補償效益高等。

5　無功功率補償的基本原理

　　在電力系統中，無功功率的動態補償，可以實現如下諸多功能，比如：

　　①對動態無功負荷的功率因數校正；②調整電壓；③提高電力系統的動態和靜態穩定性；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聯，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，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重。本文僅以改善電壓調整的基本功能做一介紹。

　　補償原理：

　　將電路具體分為系統、負載和補償器三部分的等效電路，其動態補償原理如圖2所示。