序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2電力無(wú)功補(bǔ)償的關(guān)鍵技術(shù)

在電氣自動(dòng)化工程中，電力無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娏ω?fù)荷功率因數(shù)是重要的技術(shù)指標(biāo)。在電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)越大越好，功率因素越大，無(wú)功功率的傳輸就會(huì)大大減少，從而減少有功功率的損耗。因此，在電氣自動(dòng)化工程中，應(yīng)該適當(dāng)提高電力負(fù)荷的功率因數(shù)，有效改善電壓質(zhì)量。另外，并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率也是電力無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾P(guān)鍵技術(shù)。用電容器的無(wú)功補(bǔ)償能夠有效降低電網(wǎng)線損，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電壓。其中，在電容器投入和切除的過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償電壓會(huì)發(fā)生變化。

3具體應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)真空斷路器

在電氣自動(dòng)化中，利用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)能夠有效節(jié)約成本，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工作中。借助于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，將固定濾波器與合閘管調(diào)節(jié)電抗器有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而形成新的無(wú)功補(bǔ)償裝置。在實(shí)際使用過(guò)程中，有效保證了濾波器的電流平衡，最大限度地滿足電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的功率因數(shù)需求，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，從而在降低能耗方面發(fā)揮重要的作用。

3.2對(duì)用電客戶進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償

在對(duì)用電客戶進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，主要的實(shí)現(xiàn)途徑有2種：①利用無(wú)功補(bǔ)償使用戶的實(shí)際電力功率因數(shù)與國(guó)家預(yù)期的電力功率因素相符，逐漸增多電費(fèi)補(bǔ)償，增強(qiáng)群眾的節(jié)能意識(shí)，對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償；②將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于用戶內(nèi)部配網(wǎng)中，有效降低無(wú)功消耗，減輕能源壓力。通過(guò)這2種途徑可以有效降低能耗，減輕用戶的經(jīng)濟(jì)壓力。

3.3對(duì)回路電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償

在對(duì)電流回路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓こ讨?，主要手段是借助固定濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。借助固定濾波器調(diào)節(jié)飽和電感器，改變其內(nèi)部的磁能飽和程度，從而改變感性電流，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)回路電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)男ЧＴ谶@個(gè)過(guò)程中，回路中的感性電流與固定濾波器中的多余電容性相互抵消，從而保證了電流的平衡性。然后，用串聯(lián)的方法將濾波器和電抗器連接在一起，實(shí)現(xiàn)兩者的電壓串聯(lián)，調(diào)節(jié)降壓按鈕就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)控，降低電網(wǎng)中的電壓，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

3.4應(yīng)用實(shí)例——以某變電站為例

在實(shí)際生活中，該變電站是一個(gè)供電中心，承擔(dān)著整個(gè)區(qū)域的供電任務(wù)。由于區(qū)域內(nèi)用戶的需求不同，所以，其供電的電壓等級(jí)也分為好多不同的類型。在配電過(guò)程中，按照“分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則，在配電過(guò)程中普遍采用了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，平衡了配電線路和電力用戶的無(wú)功功率，使變電站無(wú)需再單獨(dú)承擔(dān)無(wú)功電力。在該變電站的配電過(guò)程中，容性無(wú)功補(bǔ)償裝置得到了廣泛的應(yīng)用，在該區(qū)域的電力配網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，極大地降低了電力輸送過(guò)程中的能量損耗，并且對(duì)負(fù)荷兩側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償也起到了兼顧的作用。在使用過(guò)程中，容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的相關(guān)性質(zhì)是根據(jù)主變壓器容量來(lái)確定的，一般確定為主變壓器容量的10%～30%.在變電站的實(shí)際操作過(guò)程中，如果主變壓器的最大負(fù)荷為35～110kV，則必須保證高壓側(cè)功率因數(shù)要大于0.95.如果主變壓器的單臺(tái)容量大于40MVA，則應(yīng)該為每臺(tái)主變壓器配置2組以上的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置，以確保無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證技術(shù)的使用效果，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。在該變電站的實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)該以自身的無(wú)功損耗補(bǔ)償為主。為了確定最佳的補(bǔ)償容量，在實(shí)踐中應(yīng)該遵循以下3個(gè)原則：①保證無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)所是主變壓器的無(wú)功損耗，空載狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)下的無(wú)功損耗都包含于其中；②如果主變壓器長(zhǎng)期處于輕負(fù)荷狀態(tài)，則補(bǔ)償容量可以直接選取最小值補(bǔ)償；③對(duì)于負(fù)荷重的主變壓器，應(yīng)該先提高電壓幅度，根據(jù)電壓幅度的具體狀態(tài)選擇補(bǔ)償容量。

篇（2）

 

0.前言

隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)中的諧波污染也日益嚴(yán)重。另外,許多電力電子裝置的功率因數(shù)很低,給電網(wǎng)帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量?？梢?jiàn)消除諧波污染并提高功率因數(shù),已成為電力電子技術(shù)中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。解決電力電子裝置的諧波污染和低功率因數(shù)問(wèn)題的基本思路有兩條: (1)裝設(shè)補(bǔ)償裝置,以補(bǔ)償其諧波和無(wú)功功率; (2)對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn),使其不產(chǎn)生諧波,且不消耗無(wú)功功率,或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制。

1.無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理

1.1有源電力濾波器的原理

電力濾波器主要包括有源濾波器和無(wú)源濾波器,或兩者的混合,即混合濾波器。

有源電力濾波器(APF)根據(jù)其與補(bǔ)償對(duì)象連接的方式不同,分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種,而并聯(lián)型濾波器在實(shí)際中應(yīng)用較廣。下面以并聯(lián)型有源濾波器為例,介紹其工作原理。論文參考。HPF(High Pass Filter)是由無(wú)源元件RLC組成的高通濾波器,其主要作用是濾除逆變器高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作和非線性負(fù)載所產(chǎn)生的高頻分量;負(fù)載為諧波源,它產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功功率。有源電力濾波器主要由兩部分組成,即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(PWM信號(hào)發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路和逆變主電路)。指令電流運(yùn)算電路的作用是檢測(cè)出被補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功電流分量,補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流發(fā)出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),控制逆變主電路發(fā)出補(bǔ)償電流。

作為主電路的PWM變流器,在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí),主要作為逆變器工作。為了維持直流側(cè)電壓基本恒定,需要從電網(wǎng)吸收有功電流,對(duì)直流側(cè)電容充電時(shí),此時(shí)作為整流器工作。它既可以工作在逆變狀態(tài),又可以工作在整流狀態(tài),而這兩種狀態(tài)無(wú)法嚴(yán)格區(qū)分。

有源濾波器的基本工作原理是:通過(guò)電壓和電流傳感器檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象(非線性負(fù)載)的電壓和電流信號(hào),然后經(jīng)指令電流運(yùn)算單元計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào),再經(jīng)PWM控制信號(hào)單元將其轉(zhuǎn)換為PWM指令,控制逆變器輸出與負(fù)載中所產(chǎn)生的諧波或無(wú)功電流大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流,最終得到期望的電源電流。

1.2無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理

為適應(yīng)濾波器要求容量大這一特點(diǎn),我們采用了有源電力濾波器與無(wú)源LC濾波器并聯(lián)使用的方式。其基本思想是利用LC濾波器來(lái)分擔(dān)有源電力濾波器的部分補(bǔ)償任務(wù)。由于LC濾波器與有源電力濾波器相比,其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)且成本低,而有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好。兩者結(jié)合同時(shí)使用,既可克服有源電力濾波器成本高的缺點(diǎn),又可使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的濾波效果。

在這種方式中,LC濾波器包括多組單調(diào)諧濾波器和高通濾波器,承擔(dān)了補(bǔ)償大部分諧波和無(wú)功的任務(wù),而有源濾波器的作用是改善濾波系統(tǒng)的整體性能,所需要的容量與單獨(dú)使用方式相比可大幅度降低。

從理論上講,凡使用LC濾波器均存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能,因此在有源電力濾波器與LC濾波器并聯(lián)使用方式中,需對(duì)有源電力濾波器進(jìn)行有效控制,以抑制無(wú)源濾波器與系統(tǒng)阻抗之間發(fā)生諧振。論文參考。

2.無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

(1)適用電源電壓等級(jí): 220 V(AC) , 380V(AC)

(2)有源濾波器補(bǔ)償容量: 50kVA(基波無(wú)功);150A(最大瞬時(shí)補(bǔ)償電流)

(3)可以控制的無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的功率等級(jí): 500kVA。

(4)在無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)容量范圍內(nèi),補(bǔ)償后的電源電流:功率因數(shù)高于0. 9,總諧波畸變系數(shù)(THD) <5%,三相負(fù)載電流的不對(duì)稱系數(shù)<3%。

(5)可適用的運(yùn)行環(huán)境:室內(nèi);溫度-20~

55℃;相對(duì)濕度<90%。

2.2有源濾波器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

雙DSP芯片分別采用浮點(diǎn)芯片TMS320VC33和定點(diǎn)芯片TMS320LF2407,以下簡(jiǎn)稱為VC33和F2407。對(duì)VC33來(lái)講,其運(yùn)算能力很強(qiáng),主頻最高為75MHz,但片內(nèi)資源和對(duì)外I/O端口較少,邏輯處理能力也較弱,主要用于浮點(diǎn)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理;而F2407正好相反,其片外接口資源豐富,I/O端口使用方便,但其精度和速度有一定限制。所以用于數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制。

中央控制器由F2407實(shí)現(xiàn),主要用于①主電路電壓、電流的采集;②四象限變流器的控制;③無(wú)源補(bǔ)償控制指令的;④顯示、按鍵控制;⑤與上位機(jī)的通訊。兩個(gè)DSP芯片通過(guò)雙端口RAM完成數(shù)據(jù)交換。通過(guò)這兩個(gè)DSP芯片的互補(bǔ)結(jié)合,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳組合。各相無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的控制及電流檢測(cè)由各自的控制器完成。各控制器通過(guò)光電隔離的RS-485通訊總線與F2407相連。

3.結(jié)論

3.1提出了一種新的電力系統(tǒng)諧波與無(wú)功功率的綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式,對(duì)無(wú)功與諧波自動(dòng)補(bǔ)償裝置主電路和控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析。

3.2由于電源系統(tǒng)的諧波對(duì)應(yīng)于一個(gè)連續(xù)的頻譜,投入有源濾波器可以大大改善濾波性能,并能抑制LC電路與電網(wǎng)之間的諧振。有源濾波器的控制系統(tǒng)采用了基于雙DSP結(jié)構(gòu)的全數(shù)字化控制平臺(tái)。論文參考。

3.3在此項(xiàng)目的實(shí)踐中,電力系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.9以上,完全符合此項(xiàng)目合同的技術(shù)性能指標(biāo)。同時(shí)使供電網(wǎng)的諧波得到了有效抑制。通過(guò)儀器檢測(cè)5次、7次等諧波電流幾乎為零值。

【參考文獻(xiàn)】

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篇（3）

 

0 引 言

我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行中長(zhǎng)期存在的一個(gè)問(wèn)題是無(wú)功容量不足和配備不合理，特別是可調(diào)節(jié)的無(wú)功容量不足，快速響應(yīng)的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。論文格式。隨著全控型電力電子器件GTO，IGBT的發(fā)展，一種新型的無(wú)功補(bǔ)償裝置―靜止無(wú)功發(fā)生(STATCOM)器發(fā)展起來(lái)。1976年，美國(guó)學(xué)者L Gyugyi在其論文中提出了用電力半導(dǎo)體變流器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)母鞣N方案。它的原理和控制方法與SVC有很大不同。論文格式。它是將自換相橋式電路通過(guò)電阻和電抗器(包括變壓器的漏抗與電路中其他電抗)，或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，根據(jù)輸入系統(tǒng)的無(wú)功功率和有功功率的指令，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

上世紀(jì)90年代初，Tokuo Ohnishi提出了一種將瞬時(shí)有功功率、無(wú)功功率用于PWM變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)中的控制策略，隨后ToshihikoNoguchi等學(xué)者進(jìn)行了研究并取得了進(jìn)展[1]。由于電壓型STATCOM直接功率控制(DPC)系統(tǒng)具有更高的功率因數(shù)、低的THD、算法及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。本文通過(guò)Simulink環(huán)境下的仿真模型進(jìn)行了靜態(tài)補(bǔ)償效果和動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果仿真，證明了這種控制策略的可行性。

1 電壓定向直接功率控制

現(xiàn)行的國(guó)外直接功率控制策略一般分為基于電壓定向控制(VOC)的DPC控制[2][3][4]與基于虛擬磁鏈定向控制(VF)的DPC，本文所討論的是VO-DPC。

VO-DPC系統(tǒng)采用電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)。電壓外環(huán)起到快速跟蹤給定電壓的作用。瞬時(shí)功率根據(jù)檢測(cè)到的電壓ua，ub，uc和電流ia，ib，ic進(jìn)行計(jì)算，得到瞬時(shí)有功和無(wú)功功率的估算值p、q及三相電壓ua，ub，uc在靜止αβ坐標(biāo)中的uα，uβ。p、q與有功功率的給定值pref、無(wú)功功率的給定值qref比較后送入功率滯環(huán)比較器，輸出反映估算功率偏離給定功率的開(kāi)關(guān)信號(hào)Sp，Sq，由電壓外環(huán)設(shè)定，qref設(shè)定為0，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。uα，，uβ送入扇形選擇器，輸出為電源電壓矢量所處扇區(qū)的信號(hào)θn。根據(jù)，Sp，Sq，θn在開(kāi)關(guān)表中選擇所需的Sa，Sb，Sc，去驅(qū)動(dòng)主電路。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，不能采用常規(guī)的平均功率計(jì)算法，應(yīng)采用瞬時(shí)功率計(jì)算。三相電壓型STATCOM瞬時(shí)功率按式(1)計(jì)算。

（1）

瞬時(shí)功率檢測(cè)信號(hào)與功率給定值送入定環(huán)寬的滯環(huán)比較單元，輸出相應(yīng)的比較狀態(tài)值Sp、Sq。Sp和Sq只有兩種狀態(tài)，即1和0，Sp=1表示期望開(kāi)關(guān)動(dòng)作能使瞬時(shí)有功功率p增加，Sp=0表示期望開(kāi)關(guān)動(dòng)作能使p減小。Sq=1表示期望開(kāi)關(guān)動(dòng)作能使瞬時(shí)無(wú)功功率q增加，Sq=0表示期望能使q減少。把得到的Sp、Sq與扇區(qū)選擇信號(hào)θn一起送

圖1 三相VSR DPC系統(tǒng)框圖

入開(kāi)關(guān)表，進(jìn)而確定DPC系統(tǒng)所需的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即Sa、Sb、Sc的取值。Sp、Sq按下列規(guī)則確定[5]

（2）

(3)

式中Hp、Hq為有功和無(wú)功功率滯環(huán)比較器的環(huán)寬。由于采用了滯環(huán)控制，因此造成了VSR開(kāi)關(guān)頻率不固定，本文按給定值的5%選取，Hp、Hq決定了功率控制精度，亦決定了STATCOM的開(kāi)關(guān)頻率。

1）電壓空間矢量扇區(qū)劃分

為實(shí)現(xiàn)三相VSR電壓空間矢量位置的選擇，需將三相電壓ua，ub，uc變換成uα，uβ，由uα，uβ確定電源電壓矢量u的幅角θ，θ=arctan(uβ/uα)，根據(jù)θ確定u的位置。將電壓空間矢量劃分為12個(gè)扇區(qū)，如圖2所示。θn由式(4)確定。例如θ=arctan(uβ/uα)=-30°-0°，說(shuō)明電壓空間矢量u在θ1扇區(qū)內(nèi)。

(4)

圖2 DPC系統(tǒng)電壓空間矢量劃分

2）開(kāi)關(guān)表實(shí)現(xiàn)[6][7]

表1 直接功率控制開(kāi)關(guān)表

Sa、Sb、Sc的取值決定于所需的ur，ur為離散值U1U2…U7其值由Sa、Sb、Sc及Udc決定，其模值為：

(5)對(duì)STATCOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用KVL，得：

(6)

若忽略交流側(cè)電阻，可得電壓矢量方程為：

(7)

進(jìn)而可得：

(8)

2 STATCOM的仿真分析

2.1靜態(tài)補(bǔ)償效果輸入交流電壓有效值：ea=eb=ec=220V，系統(tǒng)的負(fù)載為阻感負(fù)載，電阻R=8歐，電感L=22mH，STATCOM的交流側(cè)輸入電感L=4mH，直流側(cè)電壓為800V，直流側(cè)電容C=1100uF。論文格式。仿真波形如下：

(a)補(bǔ)償前的電網(wǎng)電壓電流 (b)補(bǔ)償后的電網(wǎng)電壓電流

圖3 補(bǔ)償前后的電網(wǎng)電壓電流

(a)直流側(cè)電壓和補(bǔ)償后的(b)直流側(cè)電壓的放大波形

圖4直流側(cè)電壓和補(bǔ)償后的電網(wǎng)電壓電流和直流側(cè)電壓的放大波形

圖3為補(bǔ)償前后的電網(wǎng)電壓電流。圖4為直流側(cè)電壓的情況，可看出直接側(cè)電壓超調(diào)很小且調(diào)節(jié)時(shí)間很短，這對(duì)于STATCOM的補(bǔ)償效果是關(guān)鍵的。

2.2動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果仿真參數(shù)同上，但在0.08s-0.16s系統(tǒng)的負(fù)載變?yōu)殡娮鑂=8歐，電感L=44mH。以此來(lái)觀察在負(fù)載突增突減時(shí)控制系統(tǒng)的響應(yīng)情況。仿真波形如下：

(a)補(bǔ)償前的電網(wǎng)電壓電流(b)補(bǔ)償后的電網(wǎng)電壓電流

圖5 補(bǔ)償前后的電網(wǎng)電壓電流

(a)直流側(cè)電壓(b)直流側(cè)電壓的放大波形

圖6直流側(cè)電壓

(a) 有功功率的跟蹤效果(b) 無(wú)功功率的跟蹤效果

圖7 有功功率和無(wú)功功率的跟蹤效果

圖5為補(bǔ)償前后的電網(wǎng)電壓電流，說(shuō)明直接功率控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果很好。圖6顯示為直流側(cè)電壓的情況，圖6(b)可以看出負(fù)載的突變基本對(duì)于直流側(cè)電壓沒(méi)有影響。圖7所示的為有功功率和無(wú)功功率的跟蹤效果，負(fù)載突變時(shí)有功和無(wú)功功率的給定也會(huì)發(fā)生突變，但跟蹤效果并未受影響。

仿真從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償性能和魯棒性進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真中的無(wú)功補(bǔ)償效果及功率環(huán)的跟蹤效果說(shuō)明系統(tǒng)具有良好的控制性能。

3 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)VO-DPC系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)的仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)性能，另外由于功率環(huán)只對(duì)瞬時(shí)有功和無(wú)功功率的標(biāo)量位進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較，具有高功率因數(shù)，低諧波等優(yōu)點(diǎn)。因此，直接功率控制是STATCOM較為完善的控制策略，值得進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1羅安.電網(wǎng)諧波治理和無(wú)補(bǔ)償技術(shù)及裝備[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 董云龍，吳杰，王念春，張穎.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)綜述[[J].節(jié)能.2003年第9期.

[3] T.J.E.米勒主編，胡國(guó)根譯，何仰贊校.電力系統(tǒng)無(wú)功功率控制[M].北京：水利電力出版社.

[4] 吳剛，楊明潔.大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的典型控制策略[J].新能源，2000,22(7):39-42.

[5 王承熙，張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電[M].北京:中國(guó)電力出版社，2003.

篇（4）

關(guān)鍵詞： 無(wú)功補(bǔ)償；FPGA；改進(jìn)九區(qū)圖

Key words： reactive power compensation；FPGA；improved nine area chart

中圖分類號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）29-0045-02

0 引言

當(dāng)前，煤炭資源在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中仍然占有很大比重，所以煤炭資源的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)系極其重要。煤炭資源的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中所用到的大型設(shè)備如主、副井提升機(jī)、采煤機(jī)等都是以電能作為其動(dòng)力能源的設(shè)備，因此一定要保證煤炭部門(mén)的正常用電。煤炭工業(yè)屬于一級(jí)電力用戶，但因地域環(huán)境等因素，不少煤礦距離大電網(wǎng)較遠(yuǎn)，使得用電電壓較低，功率因數(shù)低于正常水平，無(wú)功功率不足，且廣泛存在著三相異步電動(dòng)機(jī)等大量的感性負(fù)荷，消耗大量無(wú)功，使得功率因數(shù)進(jìn)一步降低，致使用電設(shè)備無(wú)法正常工作或損壞。

1 井下無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備與補(bǔ)償方式

井下的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備一般有以下幾種靜止電容器、靜止補(bǔ)償器與靜止無(wú)功發(fā)生器等，常用的補(bǔ)償方式有就地?zé)o功補(bǔ)償、分散無(wú)功補(bǔ)償和集中無(wú)功補(bǔ)償?shù)?，這幾種補(bǔ)償設(shè)備和補(bǔ)償方式各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)根據(jù)井下電力系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是提高功率因數(shù)最直接、最經(jīng)濟(jì)的方式，且一般采用就地補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式，通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)投切電容器，無(wú)功補(bǔ)償?shù)木嚯x最短，減少無(wú)功在電力線路上的傳輸，節(jié)約電能。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>

電力系統(tǒng)中的感性負(fù)荷需要消耗系統(tǒng)無(wú)功功率，使得系統(tǒng)無(wú)功減少，相應(yīng)的功率因數(shù)降低，電壓水平下降，而電容器等可產(chǎn)生無(wú)功功率的設(shè)備可以并聯(lián)在感性負(fù)荷處，產(chǎn)生容性無(wú)功功率，以補(bǔ)償感性設(shè)備消耗的無(wú)功，使功率因數(shù)增大，電壓水平上升，起到補(bǔ)償目的。

若系統(tǒng)的有功功率為P，我們假設(shè)有功功率P一定的情況下，感性負(fù)荷需要的無(wú)功功率為Q。沒(méi)有進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)系統(tǒng)無(wú)功功率為Q1，功率因數(shù)角為θ1，在此處進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為Q2，則相應(yīng)的功率因數(shù)角增大為θ2，功率因數(shù)值也相應(yīng)增大，而復(fù)功率的有效值卻減少了，提高了送電量，減少了無(wú)功在電力線路上的傳播，節(jié)約了電能。另外，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，產(chǎn)生的直接后果就是線路的電壓過(guò)低，導(dǎo)致線路的電壓損耗增大。

圖2中系統(tǒng)的無(wú)功需求為QS，由電源提供的無(wú)功為QN，無(wú)功功率平衡后所決定的電壓水平為正常電壓水平UN，但當(dāng)系統(tǒng)電源所提供的無(wú)功功率較少（圖2中為QM）時(shí)，無(wú)功功率經(jīng)過(guò)一定的條件也能達(dá)到平衡，但此時(shí)所決定的電壓水平就會(huì)低于正常水平為U，使得一些設(shè)備因電壓過(guò)低而被迫停機(jī)，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功不足時(shí)需要及時(shí)進(jìn)行合理的補(bǔ)償，才可以有效避免這類情況的發(fā)生。

3 實(shí)現(xiàn)方法

在計(jì)算無(wú)功功率時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換的復(fù)化計(jì)算，用以得到近乎瞬時(shí)的無(wú)功功率值，然后通過(guò)FPGA的相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)并聯(lián)電容器組地投切，起到補(bǔ)償或減少無(wú)功的目的。系統(tǒng)電網(wǎng)中某次諧波的無(wú)功功率的計(jì)算式Qk=■（WukNik-NukWik）（1）

上式中的 Wuk、Nik、Nuk、Wik分別對(duì)應(yīng)該次諧波下電壓和電流信號(hào)的傅立葉變換系數(shù)。經(jīng)FFT運(yùn)算即可得到無(wú)功功率的表達(dá)式為

Qk=■{H2（k）+L2（S-k）-L2（k）-H2（S-k）}（2）

其中H、L為復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部?jī)蓚€(gè)數(shù)組，進(jìn)行FFT時(shí)相應(yīng)的蝶形運(yùn)算的因子為D′s=cos？茲-jsin？茲 ？茲=■r

計(jì)算得到無(wú)功功率值后需要進(jìn)行相應(yīng)的控制策略分析，得到并聯(lián)電容器的動(dòng)作方式?？刂撇呗砸话氵x取無(wú)功功率補(bǔ)償常用到的九區(qū)圖控制策略，但因其本身存在著振蕩及裝置頻繁動(dòng)作的缺陷，所以需對(duì)九區(qū)圖進(jìn)行一些優(yōu)化。

即在原有九個(gè)區(qū)域的基礎(chǔ)上，把其中2、4、6、8四個(gè)區(qū)域又各自分成兩個(gè)小區(qū)域，其中ΔQ為分接頭調(diào)節(jié)一檔引起的無(wú)功最大變化量，ΔU為為投切一組電容器組引起的電壓最大變化量。這樣進(jìn)行改進(jìn)之后使得無(wú)功功率的判斷更為準(zhǔn)確，不會(huì)在邊界線上來(lái)回振蕩，造成并聯(lián)電容器的頻繁投切。在使用FPGA完成對(duì)電容器的投切控制操作時(shí)需要在軟件中設(shè)置采集電壓電流信號(hào)的硬件接口和控制并聯(lián)電容器投切的硬件接口而且需要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，減少延時(shí)，以保證準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的補(bǔ)償。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)煤礦電網(wǎng)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，文中用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，且采用改進(jìn)九區(qū)圖進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂撇呗栽O(shè)置，避免了設(shè)備的誤動(dòng)作與振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。改善了電網(wǎng)電壓水平，提高了功率因數(shù)，極大地改善了煤礦電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧軍曉，王富元.煤礦井下電力系統(tǒng)諧波與無(wú)功功率綜合補(bǔ)償?shù)难芯縖J].裝備制造技術(shù)，2010（8）.

篇（5）

無(wú)功補(bǔ)償是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

從電網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配

置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。

隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。

跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

二、無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

無(wú)功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動(dòng)機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。

（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

1．美國(guó)：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )

若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1，則：Qo

根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)（少極、大功率電動(dòng)機(jī)），在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無(wú)功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長(zhǎng)，無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來(lái)選取是合理的。

4．按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)

極數(shù)：2468 10

K值： 0.70.750.80.850.9

考慮負(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

（二）多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來(lái)確定。

1．對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無(wú)功電能表讀數(shù)求得。

2．對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無(wú)功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。

三、無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

（一）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%= (1-I2/I1)×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無(wú)功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2~4）R，U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無(wú)功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

（四）三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：

S=P/ COSφ1×[（ COSφ2/ COSφ1）-1]

如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

四、結(jié)束語(yǔ)

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無(wú)功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡(jiǎn)要分析了三種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無(wú)功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問(wèn)題具體分析，使無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。

篇（6）

無(wú)功補(bǔ)償是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

從電網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配

置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。

隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。

跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

二、無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

無(wú)功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動(dòng)機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。

（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

1．美國(guó)：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)

若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)（少極、大功率電動(dòng)機(jī)），在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無(wú)功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長(zhǎng)，無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來(lái)選取是合理的。

4．按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：

Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)

極數(shù)：246810

K值：0.70.750.80.850.9

考慮負(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

（二）多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來(lái)確定。

1．對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2=Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無(wú)功電能表讀數(shù)求得。

2．對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無(wú)功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。三、無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

（一）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P=IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%=(1-I2/I1)×100%=（1-COSφ1/COSφ2）×100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無(wú)功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)兩部分損失：PR/Ue輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2~4）R，U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=（5~10）RQX/Ue=(5~10)PR/Ue變壓器U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無(wú)功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

（四）三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：

S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]

如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）-1]=24KVA

四、結(jié)束語(yǔ)

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無(wú)功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡(jiǎn)要分析了三種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無(wú)功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問(wèn)題具體分析，使無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。

篇（7）

1、前言

總體來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)有效和可靠的運(yùn)行，電壓和無(wú)功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo)：

1.1系統(tǒng)中有所有裝置的在端電壓應(yīng)在可接受的限制內(nèi)。

1.2為保證最大限度利用輸電系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3應(yīng)使無(wú)功功率傳輸最小，以使得RI2和XI2損耗減小到最小。

當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，輸電系統(tǒng)的無(wú)功功率的要求也要變化。由于無(wú)功功率不能長(zhǎng)距離傳輸，電壓只能通過(guò)遍布整個(gè)系統(tǒng)的具體裝置來(lái)進(jìn)行有效控制。

2、無(wú)功功率的產(chǎn)生和吸收

同步發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率，這取決于其勵(lì)磁情況。當(dāng)過(guò)勵(lì)時(shí)產(chǎn)生無(wú)功功率，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)吸收無(wú)功功率。

架空線路產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率取決于負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷低于自然負(fù)荷（波阻抗），線路產(chǎn)生純無(wú)功功率；當(dāng)高于自然負(fù)荷時(shí)，線路吸收無(wú)功功率。

地下電纜，由于它們對(duì)地電容較大，因此具有較高的自然負(fù)荷。它們通常工作在低于自然負(fù)荷情形下，因此在所有運(yùn)行條件下總發(fā)生無(wú)功功率。

變壓器不管其負(fù)載如何，總是吸收無(wú)功功率?？蛰d時(shí)，起主要作用的是并聯(lián)激勵(lì)電抗；滿載時(shí)，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。

負(fù)荷通常吸收無(wú)功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷特性是吸收無(wú)功功率的，復(fù)合負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟(jì)，對(duì)于工業(yè)用戶，無(wú)功功率通常和有功功率一樣要計(jì)費(fèi)，這就鼓勵(lì)企業(yè)通過(guò)使用并聯(lián)電容器來(lái)提高負(fù)荷功率因數(shù)。

3、無(wú)功功率的補(bǔ)償

3.1無(wú)功功率不足的危害：交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來(lái)建立磁場(chǎng)，用于交換能量使用的，對(duì)于外部電路它并沒(méi)有做功，稱為“無(wú)功功率”，無(wú)功是相對(duì)于有功而言，不能說(shuō)無(wú)功是無(wú)用之功，沒(méi)有這部分功率，就不能建立磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)，變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無(wú)功功率不足，無(wú)功電源和無(wú)功負(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來(lái)諸如出力不足，電力系統(tǒng)損耗增加，設(shè)備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網(wǎng)大面積停電。

3.2無(wú)功補(bǔ)償原理：在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流之后電壓九十度，純電容負(fù)載中電流超前電壓九十度，也就是說(shuō)純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當(dāng)電源向外供電時(shí)，感性負(fù)荷向外釋放的能量由榮幸負(fù)荷儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)感性負(fù)載需要能量時(shí)，再由榮幸負(fù)荷向外釋放的能量來(lái)提供。能量在兩種負(fù)荷間相互交換，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?轉(zhuǎn)貼于

3.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜N形式：

3.3.1集中補(bǔ)償

集中補(bǔ)償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補(bǔ)償方式，安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，利用率高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí)，又無(wú)自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強(qiáng)，空載運(yùn)行較長(zhǎng)又無(wú)人值守的配電變壓器不宜采用。

3.3.2分散補(bǔ)償

分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個(gè)分路的出線上，形成抵押電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，它能與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投切，適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場(chǎng)合，這種補(bǔ)償方式效果較好，且補(bǔ)償方式靈活，易于控制。

3.3.3個(gè)別補(bǔ)償

個(gè)別補(bǔ)償是對(duì)單臺(tái)用電設(shè)備所需無(wú)功就近補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ央娙萜髦苯咏拥絾闻_(tái)用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺(tái)開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開(kāi)，俗稱隨機(jī)補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法的效果最好，它能實(shí)現(xiàn)就地平衡無(wú)功電流，又能避免無(wú)負(fù)荷時(shí)的過(guò)補(bǔ)償，是農(nóng)網(wǎng)中隊(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ā?/p>

3.4無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備

根據(jù)補(bǔ)償?shù)男Ч?，電容器可以補(bǔ)償負(fù)荷側(cè)的無(wú)功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線路充電功率，改善電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電壓，減少發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行深度，提高電網(wǎng)運(yùn)行性能。

3.4.1無(wú)源補(bǔ)償設(shè)備裝置

并聯(lián)電抗器，并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開(kāi)閉式的，無(wú)源補(bǔ)償設(shè)備僅用于特性阻抗補(bǔ)償和線路的阻抗補(bǔ)償，如并聯(lián)電抗器用于輸電線路分布電容的補(bǔ)償以防空載長(zhǎng)線路末端電壓升高，并聯(lián)電容器用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功以減小線路無(wú)功輸送，減小電壓損失；串聯(lián)電容器可用于長(zhǎng)線路補(bǔ)償?shù)取ｋ娏ο到y(tǒng)變電站內(nèi)廣泛安裝了無(wú)功補(bǔ)償電容器，用來(lái)就地?zé)o功平衡，減少線損，提高電壓水平。

3.4.2有源補(bǔ)償裝置

通常為并聯(lián)連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對(duì)連接處的微小電壓偏移做出反應(yīng)，準(zhǔn)確地發(fā)出或吸收無(wú)功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內(nèi)在固有控制，用同步補(bǔ)償器和可控硅控制的補(bǔ)償器作為外部控制的方式。

4、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降損節(jié)能、提高供電設(shè)備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進(jìn)步，加大資金投入，優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償配置，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的動(dòng)態(tài)平衡是完全可能的。

參考文獻(xiàn)：

篇（8）

【文章摘要】

無(wú)功補(bǔ)償具有穩(wěn)定電壓且降低能源消耗的作用，在使用的過(guò)程中融入電力電子技術(shù)，更能夠發(fā)揮其自動(dòng)控制的優(yōu)越性。本論文著重于探究無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】

無(wú)功補(bǔ)償；自動(dòng)控制；電力電子技術(shù)

隨著中國(guó)企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大化，對(duì)于生產(chǎn)加工和生產(chǎn)提出了更高的質(zhì)量要求，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率也要有所提高，以獲得低成本、低能耗、高產(chǎn)出的效果。將電力電子技術(shù)應(yīng)用于無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，可以對(duì)電力控制電路進(jìn)行仿真，以充分地發(fā)揮電力電子技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償中的優(yōu)越性，完善無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

1 電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

1.1 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用效果

電力系統(tǒng)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，電力負(fù)荷需求增高。在電網(wǎng)運(yùn)行中，無(wú)功補(bǔ)償起到了提高電網(wǎng)運(yùn)行功率因素的作用，不僅改善了供電環(huán)境，而且在提高供電效率的同時(shí)，降低了變壓器和輸電線路在電力運(yùn)行中的損耗。在電力系統(tǒng)中安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，使電網(wǎng)可以保持平衡運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，在安全運(yùn)行中不僅節(jié)能降耗，同時(shí)確保了電能質(zhì)量。

1.2 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的措施

1.2.1 無(wú)功補(bǔ)償電力容器

從設(shè)計(jì)的角度而言，無(wú)功補(bǔ)償電力容器無(wú)論是安裝、運(yùn)行，還是維護(hù)工作，都是相對(duì)簡(jiǎn)單的，但是其在使用的過(guò)程中， 通常實(shí)施的是感性的無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)法做到持續(xù)性的調(diào)節(jié)。此外，電力電容器的負(fù)電效應(yīng)會(huì)降低電網(wǎng)電壓，與此同時(shí)補(bǔ)償電流也會(huì)有所下降，電容器的補(bǔ)償容量下降， 導(dǎo)致補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功量迅速下降，加之諧波干擾，電力電容器就會(huì)出現(xiàn)被燒毀的現(xiàn)象。

1.2.2 無(wú)功補(bǔ)償同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)是同步旋轉(zhuǎn)式的發(fā)電機(jī)， 屬于是無(wú)功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性裝置。其工作原理是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，有容性的或感性的無(wú)功功率發(fā)出。由于同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此會(huì)有噪音，損耗也相對(duì)較高。當(dāng)然，要做好機(jī)器的檢修和維護(hù)工作也是很難的?，F(xiàn)階段電力系統(tǒng)無(wú)功功率變化迅速，而同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行速度慢，且難以控制，因此而難以滿足有效調(diào)節(jié)的要求。

1.2.3 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

與電力容器和同步調(diào)相機(jī)相比，靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置摒除了兩者所存在的缺點(diǎn)， 運(yùn)行過(guò)程中噪音小，且運(yùn)行速度快。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種新型的開(kāi)關(guān)器件被研制出來(lái)，并在靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置中得以應(yīng)用，獲得了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。但是，從運(yùn)行成本的角度而言，雖然靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置降低了裝置維修維護(hù)成本，但是設(shè)備造價(jià)高，且還需要加裝濾波電路。

2 無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

在無(wú)功補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)中，主要包括機(jī)械式接觸器、無(wú)觸點(diǎn)晶閘管和電子復(fù)合開(kāi)關(guān)三種。

2.1 機(jī)械式接觸器

無(wú)功補(bǔ)償開(kāi)關(guān)設(shè)備是通過(guò)與電容器開(kāi)關(guān)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制。當(dāng)電流輸入中初始電壓為“零”，根據(jù)接觸，實(shí)現(xiàn)合閘時(shí)電壓激增。此時(shí)所出現(xiàn)的電容器涌流，會(huì)嚴(yán)重影響到電容器。設(shè)置機(jī)械式接觸器就是為了對(duì)電容器組的涌流有效抑制，起到限流電阻的作用，同時(shí)還確保不會(huì)出現(xiàn)電壓下降和能量損耗。

2.2 無(wú)觸點(diǎn)晶閘管

電容器組處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候， 很容易出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，將接觸器觸頭上粘結(jié)盒燒毀。將電力電子技術(shù)應(yīng)用于其中， 研制出無(wú)觸點(diǎn)晶閘管，又被稱為“固態(tài)繼電器”。其在運(yùn)行的過(guò)程中，電壓過(guò)零時(shí)， 即可將可控硅利用起來(lái)，發(fā)揮自動(dòng)控制的作用。當(dāng)電流為“零” ，無(wú)觸點(diǎn)晶閘管會(huì)自動(dòng)切斷，避免了由于拉弧出現(xiàn)而在電容器合閘時(shí)出現(xiàn)涌流。但是，無(wú)觸電晶閘管運(yùn)行中存在著弊端，即諧波電流產(chǎn)生的時(shí)候，影響到電容器的持續(xù)運(yùn)行。特別是設(shè)備的溫度逐漸提高，即便是有風(fēng)扇排熱， 也很難發(fā)揮效用。

2.3 復(fù)合開(kāi)關(guān)

針對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償中所出現(xiàn)的涌流現(xiàn)象，復(fù)合開(kāi)關(guān)可以確保在電流過(guò)零的時(shí)候，抑制涌流。實(shí)現(xiàn)這種效果的原因在于， 其采用的并聯(lián)方式中，有可控硅，且實(shí)現(xiàn)交流接觸，使得電流有效導(dǎo)通，對(duì)于電力系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)以有效控制，且正常運(yùn)行情況下并不會(huì)有功耗出現(xiàn)。補(bǔ)償電容器投入使用中，根據(jù)使用功能可以選擇兩種復(fù)合開(kāi)關(guān)，即單相分補(bǔ)和三相共補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)。提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，且降低運(yùn)行成本，可以采用單相分補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)和三相共補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)綜合接線的方式。

3 電路仿真

電路仿真主要包括兩個(gè)方面，即主電路的仿真和控制電路的仿真。主電路仿真以工程仿真為主，使用Matlab 軟件，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算功能，有效地進(jìn)行矩陣處理和繪圖處理。工程仿真中， Matlab 軟件可以支持各種工程領(lǐng)域，而且還可以根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)而不斷地更新，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的需要而不斷地完善。

從主電路的結(jié)構(gòu)模式上來(lái)看，主要包括兩個(gè)部件的連接，即晶閘管和交流接觸器的觸頭，其中的晶閘管為反并聯(lián)連接。當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，采用了交流接觸器投切，交流接觸器的觸頭會(huì)有電弧產(chǎn)生，根據(jù)波形進(jìn)行判斷，其所做出的反映通過(guò)瞬間尖峰進(jìn)行判斷，當(dāng)有電容投入的時(shí)候，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)有超過(guò)額定電流八倍的涌流產(chǎn)生。當(dāng)安裝了補(bǔ)償電容器之后，就會(huì)在一定程度上減少輸電線路中所流通的電流，使得自動(dòng)控制設(shè)備的能耗有所降低。在三相電路中，當(dāng)有電流相位有所降低，且電壓值呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)的時(shí)候，補(bǔ)償效果就會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)，非常顯著。

將電力電子技術(shù)融入到無(wú)功補(bǔ)償裝置中，提高自控技術(shù)的功能性，從符合開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)上就可以體現(xiàn)出來(lái)。此時(shí)的投切電路容量可以達(dá)到200Kvar，當(dāng)控制電壓為“零”的時(shí)候，處于自動(dòng)控制電路中，可以使得可控硅被觸發(fā)0.2 秒的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生晶閘管接觸器閉合，此時(shí)，波形圖并沒(méi)有出現(xiàn)波動(dòng)異常。將電容器取出，從計(jì)算機(jī)電路進(jìn)行仿真模擬操作，雖然并沒(méi)有對(duì)于時(shí)間做出規(guī)定，卻要求施加晶閘管觸發(fā)脈沖，可以保證換流及時(shí)，以使電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中，避免出現(xiàn)過(guò)大尖峰現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中， 沒(méi)有適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償，就會(huì)使電網(wǎng)負(fù)荷有所降低，且有無(wú)功潮流出現(xiàn)。通過(guò)采取無(wú)功補(bǔ)償，可以保證電網(wǎng)運(yùn)行，且實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。將電力電子技術(shù)應(yīng)用與無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，成為了優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠行Х绞健?/p>

【參考文獻(xiàn)】

[1] 亓效生，蘇將濤，夏坤，王立新. 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償新技術(shù)新方法的研究與探討[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用，2013 （04）.

[2] 楊小娟.110kV 變電站功率因數(shù)分析與無(wú)功補(bǔ)償措施 [J]. 科技致富向?qū)В?014（03）.

篇（9）

1 概述

電力電子技術(shù)的應(yīng)用改善了電力系統(tǒng)的性能，但是也帶來(lái)了電網(wǎng)中諧波的污染問(wèn)題。隨著人們對(duì)電力環(huán)境優(yōu)化要求的提高，對(duì)諧波進(jìn)行治理的技術(shù)也成為人們研究的熱點(diǎn)。電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。

有源電力濾波器是治理諧波的最優(yōu)產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[1]中提出了有源電力濾波的瞬時(shí)無(wú)功理論，參考文獻(xiàn)[2]分析了有源電力濾波器在非理想條件下電流滯環(huán)控制，參考文獻(xiàn)[3]研究了新型注入式混合有源濾波器的數(shù)學(xué)模型及電流控制方法，文獻(xiàn)[4]分析了并聯(lián)有源濾波器的最優(yōu)電壓滯環(huán)電流控制和有源濾波器滯環(huán)電流控制的矢量方法，對(duì)不同電流跟蹤方式APF連接電感選取與設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。并且對(duì)有源電力濾波器中連接電感的特性分析及優(yōu)化進(jìn)行了分析。但對(duì)有源電力濾波器直流側(cè)電容的參數(shù)如何確定涉及的文獻(xiàn)較少。本文根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功理論分析了用于不同補(bǔ)償目的時(shí)有源濾波變流器交直流側(cè)能量的流動(dòng)關(guān)系，給出了變流器的有功損耗和瞬時(shí)有功功率交流分量是引起電壓波動(dòng)的原因，以三相不可控負(fù)載為例給出了電容值選取的具體計(jì)算方法。

2 APF工作原理及能量流動(dòng)分析

有源電力濾波器（APF）的組成分為兩部分。第一部分電路系統(tǒng)是指令運(yùn)算，第二部分電路系統(tǒng)是補(bǔ)償電流。系統(tǒng)的主要電路包含PWM變流器，緩沖電路，直流側(cè)電容電路，交流側(cè)電感幾部分組合而成?？刂葡到y(tǒng)組成分為三部分。第一部分為指令運(yùn)算，第二部分為電流跟蹤，第三部分為驅(qū)動(dòng)電路。APF的主電路是通過(guò)6組開(kāi)關(guān)器件來(lái)進(jìn)行控制的，通過(guò)這些開(kāi)關(guān)器件的通斷組合來(lái)決定主電路的工作狀態(tài)。

如果忽略各部分的損耗其交流側(cè)的瞬時(shí)有功功率將全部傳遞到直流側(cè)。即交直流側(cè)的能量交換主要取決于瞬時(shí)有功功率P，從而引起直流電壓波動(dòng)。假設(shè)電源提供的瞬時(shí)有功和瞬時(shí)無(wú)功功率為pS和qS，濾波器提供的瞬時(shí)有功和瞬時(shí)無(wú)功功率為pA和qA，負(fù)載的瞬時(shí)有功和瞬時(shí)無(wú)功功率為pL和qL。當(dāng)只補(bǔ)諧波時(shí)負(fù)載所需的瞬時(shí)有功和無(wú)功率的交流分量由濾波器提供。此時(shí)電源只需提供負(fù)載所需的瞬時(shí)有功和無(wú)功率的直流流分量，即對(duì)應(yīng)電流的基波分量。有源濾波器提供負(fù)載所需的瞬時(shí)有功和無(wú)功率的交流分量。由于瞬時(shí)無(wú)功只在交流側(cè)三相之間進(jìn)行，在APF交直流側(cè)進(jìn)行交換的能量只有瞬時(shí)有功交流的分量，其平均值為零。當(dāng)只補(bǔ)無(wú)功時(shí)負(fù)載所需的瞬時(shí)無(wú)功率分量由濾波器提供，有功分量由電源提供。此時(shí)APF交直流側(cè)沒(méi)有能量交換。當(dāng)同時(shí)補(bǔ)償諧波和無(wú)功時(shí)，負(fù)載所需的瞬時(shí)無(wú)功功率由濾波器提供，負(fù)載所需的瞬時(shí)有功功率交流分量由濾波器提供，瞬時(shí)有功功率直流分量又電源提供。在APF交直流側(cè)進(jìn)行交換的能量只有瞬時(shí)有功交流的分量。

3 補(bǔ)償電容值的計(jì)算

電容電壓的波動(dòng)主要是由能量交換引起。在忽略變流器等損耗的情況下，在只補(bǔ)無(wú)功時(shí)交直流側(cè)能量交換為零，電容值提供直流電壓，容值可為零；對(duì)于其他兩種情況，有源電力濾波交直流側(cè)能量交換為負(fù)載的瞬時(shí)有功的交流分量。雖然其平均值為零，但是其將會(huì)引起直流側(cè)電壓的波動(dòng)。

假設(shè)電源電壓無(wú)畸變，電源電壓三相電壓，且負(fù)載電流為三相電流，由瞬時(shí)無(wú)功理論可求得負(fù)載的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功率。電容的C值由關(guān)系式∫%pdt=0.5×C×(Udc+Udc)2-0.5×C×Udc2確定。

4 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

利用Matlab/ Simulin進(jìn)行仿真。直流電容電壓的仿真圖如圖所示，仿真模型負(fù)載選用相電壓220V三相不可控負(fù)載。采用ip-iq法產(chǎn)生指令電流，利用三角波比較法使輸出電流跟蹤指令電流，直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定采用PI調(diào)節(jié)，KP=8，Ki=0.01。時(shí)間每格為10ms。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到的電源電流的THD值也從25%下降到4.8%。實(shí)測(cè)直流電容電壓波形中，電壓每格20V（采用10:1霍爾），時(shí)間每格為4ms。從直流電容電壓波形圖分析中可以看到周期性的波動(dòng)，其上下波動(dòng)的變化范圍在±5V,如果直流電容電壓是900V的話，測(cè)量的紋波為0.55%。由以上的測(cè)量結(jié)果可以看出本系統(tǒng)對(duì)直流環(huán)節(jié)具有較好的控制效果，其直流波動(dòng)指標(biāo)可以滿足要求。

5 結(jié)論

對(duì)于有源電力濾波而言，要想取得良好的補(bǔ)償效果，除了需要先進(jìn)的算法和控制策略外，其電容參數(shù)的選取同樣重要。本文根據(jù)有源電力濾波的原理與數(shù)學(xué)模型分析了直流電容電壓和電網(wǎng)電壓的關(guān)系，得出了直流電容電壓的確定原則；根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功理論分析了只補(bǔ)諧波或者只補(bǔ)無(wú)功和兩者同時(shí)補(bǔ)償時(shí)有源濾波交直流側(cè)能量的流動(dòng)關(guān)系，給出了變流器的有功損耗和瞬時(shí)有功功率交流分量是引起電壓波動(dòng)的主要原因；以三相不可控負(fù)載為例給出了電容值選取的計(jì)算方法；最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)利對(duì)直流電容參數(shù)的確定進(jìn)行了驗(yàn)證，電容的波動(dòng)小于5V，補(bǔ)償后電流的THD值小于5%，取得了理想的效果。

參考文獻(xiàn):

[1]王兆安，楊君等.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償「M].北京:機(jī)械械工業(yè)出版，1998.

篇（10）

1、低電壓特征分類

長(zhǎng)期性低電壓指用戶低電壓情況持續(xù)3個(gè)月或日負(fù)荷高峰低電壓持續(xù)6個(gè)月以上的低電壓現(xiàn)象；季節(jié)性低電壓是指度夏度冬、春灌秋收、逢年過(guò)節(jié)、烤茶制煙等時(shí)段出現(xiàn)的具有周期規(guī)律的低電壓現(xiàn)象；短時(shí)性低電壓主要是指由農(nóng)村居民臨時(shí)性掛接負(fù)荷或建筑用電負(fù)荷引起的不具有長(zhǎng)期性和季節(jié)性特點(diǎn)的階段性不規(guī)律低電壓現(xiàn)象。

2、工程實(shí)例

2.1實(shí)施點(diǎn)自然狀況及分析

本文以某線為例。線路亙長(zhǎng)78km，電桿1161基，干線長(zhǎng)33km（1#-498#大嶺溝）干線導(dǎo)線類型1-468號(hào)LGJ-70，469-498號(hào)LGJ-50；有線路真空開(kāi)關(guān)4組；線路固定抵償電容器4組288kvar；配電變壓器63臺(tái)，總?cè)萘繛?760kVA。2012年運(yùn)行數(shù)據(jù)標(biāo)明最大負(fù)荷時(shí)首端電壓為10.4kV，結(jié)尾電壓為8.22kV，配電變壓器首端相電壓189V。銅臺(tái)線2012年月典型日有功和無(wú)功功率基本情況如表1所示。

2.2實(shí)施點(diǎn)的實(shí)施方案研究

經(jīng)過(guò)表1首先挑選月最大有功負(fù)荷線路沒(méi)有無(wú)功補(bǔ)償條件下進(jìn)行潮流計(jì)算，重新斷定無(wú)功優(yōu)化計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上斷定線路調(diào)壓器的容量和裝置方位，并進(jìn)行校驗(yàn)。

（1）無(wú)功優(yōu)化方案

經(jīng)過(guò)銅臺(tái)線的自然情況和表1可知，線路固定抵償容量為288kvar，而線路最小有功功率對(duì)應(yīng)的最小無(wú)功功率為?236kvar，可知線路的最小無(wú)功功率是288?236=52kvar，單臺(tái)50kvar是線路的固定抵償容量。線路固定抵償容量假如沒(méi)有運(yùn)行材料可由下式確定：

（1）

式中?Q0i為線路中每臺(tái)配電變壓器的空載無(wú)功損耗（不含高壓用戶高壓抵償配電變壓器），kvar。由表1和原有安裝無(wú)功抵償容量可推算出銅臺(tái)線最大無(wú)功需求量為656kvar，在原有安裝容量288kvar下最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)為0.97。依據(jù)表1線路的最大有功功率和最大無(wú)功功率的需求，規(guī)劃抵償總?cè)萘繛?40kvar，其間50kvar為固定抵償，390kvar為動(dòng)態(tài)抵償。規(guī)劃抵償點(diǎn)為3處，其間237號(hào)桿，抵償90kvar（動(dòng)態(tài)90kvar）；353分支21號(hào)桿，抵償180kvar（動(dòng)態(tài)60kvar+動(dòng)態(tài)120kvar）；426號(hào)桿，抵償170kvar（動(dòng)態(tài)120kvar+固定50kvar）。上位機(jī)體系依據(jù)變電站出口的無(wú)功潮流將4組動(dòng)態(tài)加1組固定抵償運(yùn)轉(zhuǎn)方法能夠構(gòu)成17種排列組合，上位機(jī)體系本著無(wú)功功率平衡的準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化組合，再指令安點(diǎn)綴下位機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)途控制，完成整條線路的無(wú)功動(dòng)態(tài)平衡。圖1所示為無(wú)功抵償前整條線路無(wú)功潮流分布，圖2為抵償后無(wú)功潮流的變化分布。

圖2補(bǔ)償后無(wú)功潮流

10kV線路無(wú)功優(yōu)化體系已在某區(qū)域農(nóng)電體系10kV線路進(jìn)步行了實(shí)施研討，起到了良好的作用，為本課題的研討積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。圖3為線路2組動(dòng)態(tài)抵償裝置實(shí)例，電容器分體裝置，與以往常用的H臺(tái)無(wú)功抵償箱比較重量輕、體積小、占地面積小等優(yōu)勢(shì)。圖4為上位機(jī)管理體系抵償以后的功率因數(shù)日運(yùn)轉(zhuǎn)曲線圖，運(yùn)轉(zhuǎn)曲線顯現(xiàn)功率因數(shù)是接近于1的一條直線。

（2）線路調(diào)壓器安裝位置和容量的確定

在無(wú)功優(yōu)化的基礎(chǔ)上，潮流計(jì)算要按首端最大負(fù)荷狀況進(jìn)行，滿足電壓損失率不超越5%的范圍內(nèi)判定線路調(diào)壓器方位。線路調(diào)壓器設(shè)備方位可由下式確定：

（2）

圖3線路兩組動(dòng)態(tài)補(bǔ)償安裝實(shí)例

圖4補(bǔ)償后功率因數(shù)日曲線圖

經(jīng)無(wú)計(jì)算功優(yōu)化后電壓降可知，線路調(diào)壓器裝置方位只需選在間隔首端小于7.76km就能滿足條件，固裝置方位選在107號(hào)桿位。線路調(diào)壓器的容量裝置點(diǎn)最大潮流的要求要滿足，按線路配電變壓器容量份額統(tǒng)計(jì)和首端最大有功功率，線路最大潮流是1230kVA在裝置點(diǎn)以后，考慮后期開(kāi)展線路調(diào)壓器的容量選為1600kVA。線路調(diào)壓器的參數(shù)如表2所示。

表2線路調(diào)壓器參數(shù)

該調(diào)壓器為SVR型線路主動(dòng)調(diào)壓器，具有遙信、遙測(cè)、遙諧和遙控功用，同時(shí)調(diào)壓范圍在0-+20%。經(jīng)過(guò)計(jì)算整個(gè)配電線路臺(tái)區(qū)的潮流分布，得到節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)臺(tái)區(qū)變化的靈敏度及線路每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓降。在線路結(jié)尾裝置饋線終端裝置，對(duì)線路結(jié)尾電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且由GPRS通訊技能將線路結(jié)尾電壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)再依據(jù)結(jié)尾電壓和線路調(diào)壓器的檔位實(shí)際情況，指令線路調(diào)壓器進(jìn)行檔位調(diào)整，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途調(diào)壓的目的。

結(jié)語(yǔ)

線路無(wú)功抵償控制方法以往都是裝置點(diǎn)就地采樣就地控制方式，并且多數(shù)是功率因數(shù)控制型，裝置點(diǎn)的無(wú)功負(fù)荷只要大于裝置容量時(shí)才干投入運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，抵償電容器的投運(yùn)率受裝置點(diǎn)的無(wú)功潮流約束。論文研討的無(wú)功優(yōu)化智能體系特點(diǎn)在于線路首端收集無(wú)功功率的大小，整條線路由上位機(jī)管理模式，與無(wú)功抵償裝置點(diǎn)的無(wú)功潮流沒(méi)有關(guān)系，抵償點(diǎn)宜選在從結(jié)尾計(jì)算無(wú)功潮流抵償容量的一半處，實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)抵償點(diǎn)向結(jié)尾和首端雙向無(wú)功輸送，使線路無(wú)功潮流為最小，有用的減少了無(wú)功潮流導(dǎo)致的線路有功損耗和電壓損耗。