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關(guān)于配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置
論文摘要：隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，電力用戶對(duì)供電電能質(zhì)量水平和用電可靠性提出了更高更多的要求。由此產(chǎn)生了一些靜止形態(tài)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。電力電子裝置不僅可以發(fā)送而且還可以吸收無功功率，其本身也成為產(chǎn)生無功的功率源。但動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)目前還不成熟。
論文關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置
一、配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置
無功功率補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱無功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)供電質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行的因素。無功補(bǔ)償分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式。靜態(tài)無功補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載情況安裝固定容量的補(bǔ)償電容或補(bǔ)償電感，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載的感性或容性變化隨時(shí)的切換補(bǔ)償電容容量或電感量進(jìn)行補(bǔ)償。一般的補(bǔ)償是有級(jí)的,也就是常用的補(bǔ)償裝置如電容,是按組來進(jìn)行投切的,也就是用電系統(tǒng)里產(chǎn)生的無功不會(huì)是你補(bǔ)償?shù)囊粯佣?但是由于這種補(bǔ)償已經(jīng)將功率因數(shù)達(dá)到了例如0.95,已經(jīng)很好了。但是有的負(fù)載,其工作時(shí)無功的變化量非常大,且速度非�？�,可以達(dá)到毫秒級(jí)，如電焊機(jī)，一個(gè)工作周期才0.2秒左右，其間還有幾十秒的半負(fù)荷及幾十秒的停頓，而無功在工作時(shí)也是不規(guī)則的快速改變著。象這樣的負(fù)載采用常用的無功補(bǔ)償裝置是無法實(shí)現(xiàn)的，只能用“動(dòng)態(tài)”補(bǔ)償。
所謂“動(dòng)態(tài)”即快速性、實(shí)時(shí)性，一是補(bǔ)償速度一定要快；二是用電負(fù)載需要多少無功，補(bǔ)償裝置就補(bǔ)償多少無功。這是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膬蓚�(gè)基本特征。但不是非得兩個(gè)都具備才是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，有的負(fù)載雖然無功變化快，但是無功量的改變是固定的，此時(shí)用速度快的無功補(bǔ)償也可以辦到，也就是說這個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償強(qiáng)調(diào)的單單是迅速。
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置由高壓開關(guān)柜(包括高壓熔斷器、隔離開關(guān)、電流互感器、繼電保護(hù)、測(cè)量和指示部分等)、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈(或者電壓互感器)、氧化鋅避雷器、支柱絕緣子、框架等構(gòu)成。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置根據(jù)改善和提高功率因數(shù)，降低線路損耗，充分發(fā)揮發(fā)電、供電設(shè)備的效率功能強(qiáng)大，液晶字段顯示，性能可靠穩(wěn)定，抗干擾能力極強(qiáng)。靠無功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)。
無功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無功功率型、無功電流型。功率因數(shù)型這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果。用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破饕缶透吡耍话闶桥c觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。
二、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置最優(yōu)利用方法與原理功能
配電線路無功補(bǔ)償即通過在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過多，一般不采用分組投切控制；補(bǔ)償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)措施也要一切從簡(jiǎn)，可采用熔斷器或者避雷器作為過流和過壓保護(hù)。線路補(bǔ)償方式這種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長(zhǎng)線路。
在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中：由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無規(guī)律性，也無法事先預(yù)知。導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長(zhǎng)期性不平衡。對(duì)于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。
電網(wǎng)中的不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，還會(huì)增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，最終會(huì)造成三相電壓的不平衡。
調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置，有效地解決了這個(gè)難題，該裝置具有在補(bǔ)償線路無功的同時(shí)調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)。
工作原理：無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置由控制器、過零觸發(fā)模塊、晶閘管、并聯(lián)電容器、電抗器、放電保護(hù)器件等組成。裝置實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量負(fù)荷的電壓、電流、無功功率等，通過微機(jī)進(jìn)行分析，然后計(jì)算出無功功率并與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，自動(dòng)選擇能達(dá)到最佳補(bǔ)償效果的補(bǔ)償容量并發(fā)出指令，由過零觸發(fā)模塊判斷雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)快速、無沖擊地投入并聯(lián)電容器組。
目前，國(guó)內(nèi)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破骱蛧?guó)外的同類產(chǎn)品相比還要有很大的差距，一方面是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護(hù)成本高；另一方面是在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好。另外，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也還沒有達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，這方面落后于發(fā)展。但是運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，最重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。
無功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。
動(dòng)態(tài)無功率補(bǔ)償裝置的主要功能：1、提高線路輸電穩(wěn)定性；2、維持受電端電壓，加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；3、補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能損耗；4、抑制電壓波動(dòng)和閃變；5、抑制三相不平衡。
動(dòng)態(tài)無功率補(bǔ)償裝置的主要問題：1、電容器損壞頻繁。2、電容器外熔斷器在投切電容器組及運(yùn)行中常發(fā)生熔斷。3、電容器組經(jīng)常投入使用率低。
三、在配電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與靜態(tài)補(bǔ)償區(qū)別
�。ㄒ唬┣罢弑硎究繜o功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)，否則，不論補(bǔ)償量過小或過大，功率因數(shù)均偏小。
�。ǘ﹦�(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)亩x是這種響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間小于1S，一般是通過可控硅投切電容組TSC、可控電抗器調(diào)節(jié)無功TCR型SVC或利用IGBT器件調(diào)節(jié)的靜止性無功發(fā)生裝置SVG等來實(shí)現(xiàn)。靜態(tài)補(bǔ)償可以是固定的通過隔離開關(guān)或熔斷器斷電后進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的裝置，也指響應(yīng)時(shí)間大于1S的自動(dòng)投切裝置，如接觸器投切電容組的方式。
四、應(yīng)用
（一）SLTF型低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：適用于交流50Hz、額定電壓在660V以下，負(fù)載功率變化較大，對(duì)電壓波動(dòng)和功率因數(shù)有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業(yè)。安裝環(huán)境：周圍介質(zhì)無爆炸及易燃危險(xiǎn)、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導(dǎo)電塵埃。無劇烈震動(dòng)和顛簸，安裝傾斜度<5%。
�。ǘ㏒HFC型高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置：適用于6kV~10kV變電站，可在I段和II段母線上任意配置1~4組電容器，適應(yīng)變電站的各種運(yùn)行方式。技術(shù)特征：電壓優(yōu)先，按電壓質(zhì)量要求自動(dòng)投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。
�。ㄈ￤DB-K型低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：采用大功率晶閘管投切開關(guān)，控制器可根據(jù)系統(tǒng)電壓，無功功率、兩相準(zhǔn)則控制晶閘管開關(guān)對(duì)多級(jí)電容組進(jìn)行快速投切。晶閘管開關(guān)采用過零觸發(fā)方式，可實(shí)現(xiàn)電容器無涌流無沖擊投入，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，補(bǔ)償電網(wǎng)無功、改善功率因數(shù)、提高變壓器承載能力的目的�？蓮V泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、港口、化工、建材等工礦企業(yè)及小區(qū)配電系統(tǒng)。安裝環(huán)境：無易燃、易爆、化學(xué)腐蝕、水淹及劇烈振動(dòng)場(chǎng)所。具有過流、過壓、欠壓、溫度超限多種保護(hù)。裝置能在外部故障和停電時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行，送電后自動(dòng)恢復(fù)的功能。
總之，以現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)前景來說，配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)還不太成熟，但是發(fā)展前景可觀，有很大的利用價(jià)值，性價(jià)比高。
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