基于電力電子技術的連續無功補償控制分析

　　系統的特性曲線可近似用下式表示：

　　由（7）式可以看出，無功功率的變化，引起系統電壓成比例的變化，系統供給的無功功率為負載和補償器無功功率之和，即：

。

　　在電力工程運行過程中，負載無功功率

變化時，補償器的無功功率

總能夠彌補負載無功功率

的變化，從而使得

，無功功率

維持不變。由（7式）可知，

，系統電壓

維持恒定，這就是對無功功率進行動態補償的基本原理。

　　圖2b標繪出了動態的無功補償，系統的工作點保

的 點處，即

；當使系統的工作點保持在

的C點處時，即

，系統即實現了功率因數的完全補償。

　　工程實際運用過程中，一般把負載包括在系統之內，進行總體等效，將圖2a系統和負載部分等效為圖 3a系統虛框內的部分。忽略內部阻抗中的電阻，電抗。由于補償器具有維持連續點電壓恒定的作用，可以將其視為恒定電壓源，電壓值取為等效前連接點處未接補償器且負載無功不變時的供電電壓。

　　當 為零時，補償器具有圖3b中所示的水平的理想補償器特性，而實際的靜止無功補償裝置不設計成具有水平的電壓－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償器容量和電壓穩定的要求，可以改善并聯補償器之間的電流分配，并有利于預留穩定要求的無功備用。

　　投入補償器后，補償器所吸收的無功功率為：

　　因為實際補償器中 不為零，所以補償器吸收的無功功率相對理想補償情況而言是減小了。連接點電壓也并不像理想補償器時保持原正常值不變，而是變化了：

　　因此，在具有傾斜特性的無功功率特性中，實際補償器所需容量比理想補償器所需容量有較大幅度的減小。當

時，能維持連接點電壓變化為系統電源電壓變化一半的補償器，所需容量為理想補償器的一半，這就是所謂的補償器容量與電壓調整之間折中的問題。

6　結合實例淺談無功補償的作用

　　以某大型項目能源中心為例，該項目供電電源的電壓等級為10kV，設備裝機容量約為21000多千瓦，其中高壓電動機設備容量為5400多千瓦，其他低壓設備容量為5000多千瓦。經過經濟分析，采用10kV作為高壓電動機的供電電壓等級，投資較省，減少變電環節，同時亦減少了故障點。根據負荷計算，共采用六路10kV電源，分別對高壓電動機直配。

　　該項目中，高壓電動機主要用于中央空調機組、冷凍水循環泵和冷卻水循環泵等多臺設備。這些設備單機容量很大，離心機組單機最大達2810kW(共5臺)，小的870kW(共4臺)，冷凍水循環泵單機560kW(共9臺)，冷卻水循環泵單機380kW(共3臺)，自然功率因數在0.8左右。如果在10kV配電室集中補償電容，不采用高壓無功自動補償的話，如此大容量的電動機起、停會使10kV側功率因數不穩定，有可能造成過補償，引起系統電壓升高。同時，從配電室至冷凍機房高壓電動機的線路最近50m，最遠140m，線路損耗相當可觀，綜合考慮到高壓自動補償元件、技術、價格均要求較高，因此采用高壓電容器就地補償，與電動機同時投切。高壓電容器組放置在電動機附近，這些電動機采用自耦降壓起動方式，高壓就地補償裝置以并聯電容器為主體，采用熔斷器做保護，裝設避雷器用于過電壓保護，串聯電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動機的功率因數，降低了線路損耗，同時釋放了系統容量，縮小了饋電電纜的截面，節約了投資。

　　對于低壓設備，由二臺1000kVA及二臺1600kVA變壓器配出，低壓電機配置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側采用電容器組集中自動補償。雖然一些低壓電動機的容量也不小，但這些設備主要用于鍋爐房和給排水設備，鍋爐房的設備不如冷凍機房集中，環境較差，管理不便，因此，在低壓配電室采用按功率因數大小自補償是較合適的。

7　結 語

　　隨著電力電子技術的發展和電力電子器件的不斷研制創新，無功功率補償也處于不斷發展之中，目前，國內外的研制成果發展迅速，出現了許多種類的SVC、SVG補償裝置。比如：牡丹江科海電氣設備有限公司研制開發的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無功補償控制器；哈爾濱工大威翰科技開發有限責任公司研制開發的HVC高壓自動無功電壓綜合調節裝置和TSC系列可控硅動態無功功率補償器；深圳市賽源電氣技術有限公司研制開發的JKWA－15A型和JKWA―12J型低壓無功補償控制器等等。雖然兼顧價格、質量、體積、操作等一系列因素最優化配置的補償裝置目前還沒有面世，但是，發展前景比較廣闊。