電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用研究

1、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用研究· 分類：企業(yè)管理 · 作者：陳遠(yuǎn) · 字?jǐn)?shù)：4272 來(lái)源：總裁 第1期 · 12pt · 14pt · 16pt 摘 要：介紹了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)的發(fā)展情況。將從無(wú)功補(bǔ)償新技術(shù)、控制器、電容接線方式及投切開(kāi)關(guān)等方面對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)述。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償，電力電子技術(shù) 0 引言 電能從發(fā)電廠送到用戶要經(jīng)過(guò)輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)，當(dāng)電流通過(guò)這些環(huán)節(jié)時(shí)要產(chǎn)生有功和無(wú)功損耗。無(wú)功功率是建立交流電、磁場(chǎng)而需的功率，無(wú)功功率同有功功率一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量以及安全運(yùn)行

2、所不可缺少的部分。在有功功率不變的情況下，無(wú)功功率的存在會(huì)使功率因數(shù)降低，視在功率增大，從而需要增大發(fā)、輸電設(shè)備的容量，增加投資和電力損耗，增加運(yùn)行費(fèi)用，輸電線路壓降變大，不利于電力的輸送與合理應(yīng)用。降低電能損耗，減少無(wú)功功率，采用無(wú)功補(bǔ)償是最方便、經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。 1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男录夹g(shù) 低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來(lái)主要有以下幾方面： (1)采用智能型自動(dòng)控制器，根據(jù)無(wú)功功率確定補(bǔ)償容量而克服了根據(jù)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊恍┤秉c(diǎn)。有些控制器還運(yùn)用一些先進(jìn)的算法，綜合考慮無(wú)功功率和功率因數(shù)，控制補(bǔ)償系統(tǒng)的運(yùn)行。 (2)由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償。以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果。由于單相用電負(fù)

3、荷的比例增加，三相不平衡程度增大，所以需要根據(jù)三相無(wú)功功率不平衡的情況，分相補(bǔ)償。 (3)由單一的無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展為同時(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置。由于很多高級(jí)設(shè)備對(duì)電能的質(zhì)量要求很高，而且有些補(bǔ)償裝置本身就會(huì)產(chǎn)生高次諧波，所以以前是單獨(dú)采用濾波裝置來(lái)消除高次諧波，但這往往增大了成本?，F(xiàn)在的無(wú)功補(bǔ)償裝置，就把這兩種功能結(jié)合在一起，盡量減少因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償而給電網(wǎng)帶來(lái)的“污染” (4)從采用交流接觸器進(jìn)行投切，到選用晶閘管開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行投切，以及發(fā)展為等電壓投、零電流切的最佳投切模式。關(guān)于投切方式，后文將作詳細(xì)的討論。 (5)將低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ芗{人配電綜合測(cè)試儀、箱式變電站、變臺(tái)多功能箱、落地式封

4、閉變臺(tái)等設(shè)備的低壓部分?，F(xiàn)在的配電箱功能都很齊全，而且由于有些地方的電力部門對(duì)減少無(wú)功功率使用方面有一套獎(jiǎng)勵(lì)措施，所以很多用戶都希望加裝補(bǔ)償器。所以這種新方法可以使配電箱功能更齊全，更容易管理。 2 補(bǔ)償控制器 補(bǔ)償控制裝置的檢測(cè)量主要有無(wú)功電流、系統(tǒng)某點(diǎn)電壓有效值、功率因數(shù)cos和無(wú)功功率Q四種。其中，檢測(cè)量為無(wú)功電流的控制器，優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生振蕩，補(bǔ)償效果與電網(wǎng)電壓波動(dòng)無(wú)關(guān)；電壓是線路無(wú)功功率的敏感參數(shù)，以電壓為檢測(cè)量，這種控制方式簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，但這種控制方式在系統(tǒng)大，系統(tǒng)內(nèi)電抗X較小的情況下，控制靈敏度和精確度就受到了一定的限制；以功率因數(shù)為檢測(cè)量的控制器，

5、主要缺點(diǎn)是輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切振蕩，重載時(shí)又不易達(dá)到充分補(bǔ)償。故新型的控制器已不再選用以功率因數(shù)為檢測(cè)量，而選用以無(wú)功功率為檢測(cè)量的新型控制器。 2.1 功率因數(shù)控制 功率因數(shù)控制就是以功率因數(shù)滿足要求為控制目標(biāo)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。功率因數(shù)式控制器通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，分析計(jì)算當(dāng)前的功率因數(shù)值，用當(dāng)前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進(jìn)行比較，以確定是否投人、切除電容器，還是保持現(xiàn)有狀態(tài)不變。假設(shè)補(bǔ)償前的功率因數(shù)cos<0.9。當(dāng)將投人門限設(shè)定為cosa=0.9，控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值小于0.9時(shí)，發(fā)出指令，投人一電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。如果補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos<

6、0時(shí)，即無(wú)功功率向上級(jí)電網(wǎng)倒送，控制器便發(fā)出指令，切除一電容器組。當(dāng)檢測(cè)到的功率因數(shù)介于0.9和1.0之間時(shí)，則不論實(shí)際的無(wú)功功率值是多少，都保持當(dāng)前的補(bǔ)償狀態(tài)不變。由于功率因數(shù)值是一個(gè)比例值，因此在重負(fù)荷或輕載時(shí)，補(bǔ)償效果較差。重負(fù)荷時(shí)，雖然功率因數(shù)滿足0.91的要求，但電網(wǎng)所需的無(wú)功功率仍然很大，而電容無(wú)法投人電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，最終達(dá)不到理想的降損節(jié)能效果。 功率因數(shù)控制的另一個(gè)問(wèn)題是輕載下的投切振蕩。輕載時(shí)，功率因數(shù)較低，當(dāng)無(wú)功功率小于1組電容器的補(bǔ)償容量時(shí)，按照補(bǔ)償原理將投人1組電容器，補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù)。功率因數(shù)只要超前，就要立即切除一組電容器，而切除1組后功率因數(shù)又不夠，

7、因此形成振蕩。 2.2 無(wú)功功率控制 控制器以無(wú)功功率為控制對(duì)象，如果無(wú)功功率大于1組電容器的補(bǔ)償容量，則投人電容器組，當(dāng)由上級(jí)電網(wǎng)輸送來(lái)的無(wú)功功率小于1組電容器容量時(shí)，將不投人電容器組。如果當(dāng)無(wú)功功率向上級(jí)電網(wǎng)倒送時(shí)，則切除1組電容器。這種補(bǔ)償方法將會(huì)使電網(wǎng)中的無(wú)功功率(無(wú)功電流)始終保持在一個(gè)較低的水平上，因此，不會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)控制方式的弊端。選用無(wú)功功率(無(wú)功電流)控制方式比功率因數(shù)控制方式優(yōu)越。 2.3 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置方案 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置有兩種選擇方案： (1)控制器輸人電壓和電流的檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償裝置的前端。如圖1中的A點(diǎn)處。 (2)檢測(cè)點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償裝置的后端如圖中的B點(diǎn)處。 檢測(cè)點(diǎn)A由于不

8、能直接檢測(cè)負(fù)載的無(wú)功功率，不易實(shí)現(xiàn)多組電容器的一次快速投切，通常采用逐級(jí)漸進(jìn)的投切方式，較慢地達(dá)到應(yīng)補(bǔ)償值，因此僅適用于負(fù)載運(yùn)行較平穩(wěn)，無(wú)大容量沖擊負(fù)載，不需要快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。如接于檢測(cè)點(diǎn)B，其優(yōu)點(diǎn)是僅根據(jù)負(fù)載的Q和IQ測(cè)得值，決定電容器投人組數(shù)，是一種只管投切，不控制補(bǔ)償后實(shí)際效果的控制方式，其優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)單，可一次投切多組電容器、缺點(diǎn)是靜態(tài)補(bǔ)償?shù)木容^差。而現(xiàn)在有些控制器在A、B兩點(diǎn)都設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)微機(jī)算法處理，再來(lái)控制電容器的投切。 3 并聯(lián)電容器的投切開(kāi)關(guān) 3.1 用交流接觸器投切 傳統(tǒng)的補(bǔ)償柜，都是采用交流接觸器作為并聯(lián)電容器的投切開(kāi)關(guān)，迄今仍有沿用。其缺點(diǎn)是： (1)投人

9、電容時(shí)產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，容易在接觸器的觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花，燒損觸頭。甚至形成接地故障； (2)切斷電容時(shí)，容易粘住觸頭，造成拉不開(kāi)； (3)涌流過(guò)大對(duì)電容器本身有害，會(huì)影響使用壽命。 雖采用適當(dāng)選擇額定容量較大的接觸器，如用額定電流40A接觸器投切15 kvar三相電容器，每臺(tái)電容器加裝串聯(lián)小電抗器，用以抑制涌流等措施，但仍統(tǒng)計(jì)故障率較高。 3.2 雙向晶閘管開(kāi)關(guān)電路 采用雙向晶閘管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路取代交流接觸器用于投切電容器的接線。其優(yōu)點(diǎn)是零電壓投零電流切，無(wú)拉弧，動(dòng)作時(shí)間短，可大幅度地限制電容器合閘涌流，特別適合于頻繁投切的場(chǎng)合。但也存在以下缺點(diǎn)： (1)采用雙向可控硅制造成本高，晶閘管開(kāi)關(guān)

10、電路的補(bǔ)償柜價(jià)格要比采用接觸器的補(bǔ)償柜貴70%-80%左右。 (2)晶閘管開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行時(shí)有較大的壓降，運(yùn)行中的電能損耗和發(fā)熱較高，同時(shí)有功消耗的發(fā)熱量還會(huì)增加整個(gè)補(bǔ)償裝置的溫升。 (3)晶閘管電路本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對(duì)低壓電網(wǎng)造成諧波污染。 因此除了對(duì)晶閘管開(kāi)關(guān)電路加以改進(jìn)外，還應(yīng)使之在完成開(kāi)合閘操作后退出。仍由與之并聯(lián)的接觸器維持電容器的正常運(yùn)行。 3.3 晶閘管和二極管反并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電路 1只晶閘管和1只二極管反并聯(lián)的接線方案與4.2中的接線方案對(duì)比，由于相同容量的功率二極管的價(jià)格低于晶閘管，故用1只晶閘管和1只二極管反并聯(lián)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路制造成本較低，而技術(shù)性能相近。但反應(yīng)時(shí)間則較慢

11、些，切除電容器時(shí)，如采取兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)，從切除指令的輸出到工作任務(wù)的完成，可以半周波內(nèi)完成(即時(shí)間(t10ms)。如采用下圖的方案，由于二極管的不可控性，通常其切除時(shí)間t120ms。 3.4 等電壓投、零電流切的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路 電路的接線如圖7所示。圖中K為交流接觸器。其運(yùn)行操作順序說(shuō)明如下：當(dāng)投入電容器時(shí)，微機(jī)發(fā)出信號(hào)給開(kāi)關(guān)電路，使之在等電壓時(shí)投入電容器，緊接著又發(fā)出信號(hào)給接觸器，使其觸點(diǎn)也閉合，將晶閘管開(kāi)關(guān)電路短路，由于K閉合后的接觸電阻遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)的電阻，達(dá)到了節(jié)能和延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)電路使用壽命的目的。當(dāng)需要切除電容器時(shí)，微機(jī)先發(fā)出信號(hào)給K，使K觸點(diǎn)斷開(kāi)，此時(shí)開(kāi)關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，并由開(kāi)關(guān)電路在電流過(guò)零時(shí)，將電容器切除。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行功耗低、涌流小、制造成本低，且開(kāi)關(guān)電路和接觸器的使用壽命長(zhǎng)。 4 總結(jié) 本文對(duì)現(xiàn)在無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用情況作了簡(jiǎn)單的概述，并從無(wú)功補(bǔ)償用到的一些新技術(shù)、補(bǔ)償控制器、補(bǔ)償電容接線方式、并聯(lián)電容的投切開(kāi)關(guān)等方面做了簡(jiǎn)單分析。隨著新型電力電子器件的應(yīng)用以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更多無(wú)功補(bǔ)償及濾波的新技術(shù)。而且隨著單片機(jī)以及DSP等微處理器的應(yīng)用，無(wú)功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度更快，控制方式越來(lái)越靈活，控制策略也越來(lái)越先進(jìn)?，F(xiàn)在很多精密的電子設(shè)備對(duì)電源的質(zhì)量要求很高，所以相信在將來(lái)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及電源濾波技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1賀