無功補償技術論文范文
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篇1
無功功率補償裝置的主要作用是:提高負載和系統的功率因數,減少設備的功率損耗,穩定電壓,提高供電質量。在長距離輸電中,提高系統輸電穩定性和輸電能力,平衡三相負載的有功和無功功率等。
一、無功功率補償的作用
1、改善功率因數及相應地減少電費
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。
2、降低系統的能耗
功率因數的提高,能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
設R為線路電阻,ΔP1為原線路損耗,ΔP2為功率因數提高后線路損耗,則線損減少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)
比原來損失減少的百分數為
(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)
式中,I1=P/(3U1cosφ1),I2=P/(3U2cosφ2)補償后,由于功率因數提高,U2>U1,為分析方便,可認為U2≈U1,則
θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)
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21%左右。在輸送功率P=3UIcosφ不變情況下,cosφ提高,I相對降低,設I1為補償前變壓器的電流,I2為補償后變壓器的電流,銅耗分別為ΔP1,ΔP2;銅耗與電流的平方成正比,即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2,認為U2≈U1時,即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知,功率因數從0.8提高至0.9時,銅耗相當于原來的80%。
3、減少了線路的壓降
由于線路傳送電流小了,系統的線路電壓損失相應減小,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),有利于大電機起動。
二、我國電力系統無功補償的現狀
近年來,隨著國民經濟的跨越式發展,電力行業也得到快速發展,特別是電網建設,負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網中無功功率不平衡,導致無功功率大量的存在。目前,我國電力系統無功功率補償主要采用以下幾種方式:
1.同步調相機:同步調相機屬于早期無功補償裝置的典型代表,它雖能進行動態補償,但響應慢,運行維護復雜,多為高壓側集中補償,目前很少使用。
2.并補裝置:并聯電容器是無功補償領域中應用最廣泛的無功補償裝置,但電容補償只能補償固定的無功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補償方式能更有效適應負載無功的動態變化,但是電容器補償方式仍然屬于一種有級的無功調節,不能實現無功的平滑無級的調節。
3.并聯電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統容性負荷外,用以抑制過電壓。
以上幾種補償方式在運行中取得一定的效果,但在實際的無功補償工作中也存在一些問題:
1.補償方式問題:目前很多電力部門對無功補償的出發點就地補償,不向系統倒送無功,即只注意補償功率因素,不是立足于降低系統網的損耗。
2.諧波問題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過大時會對電容器的壽命產生影響,甚至造成電容器的過早損壞;并且由于電容器對諧波有放大作用,因而使系統的諧波干擾更嚴重。
3.無功倒送問題:無功倒送在電力系統中是不允許的,特別是在負荷低谷時,無功倒送造成電壓偏高。
4.電壓調節方式的補償設備帶來的問題:有些無功補償設備是依據電壓來確定無功投切量的,線路電壓的波動主要由無功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統情況決定的,這就可能出現無功過補或欠補。
三、無功功率補償技術的發展趨勢
根據上述我國無功功率補償的情況及出現的問題,今后我國的無功功率補償的發展方向是:無功功率動態自動無級調節,諧波抑制。
1.基于智能控制策略的晶閘管投切電容器(TSC)補償裝置
將微處理器用于TSC,可以完成復雜的檢測和控制任務,從而使動態補償無功功率成為可能。基于智能控制策略的TSC補償裝置的核心部件是控制器,由它完成無功功率(功率因數)的測量及分析,進而控制無觸點開關的投切,同時還可完成過壓、欠壓、功率因數等參數的存貯和顯示。TSC補償裝置操作無涌流,跟蹤響應快,并具有各種保護功能,值得大力推廣。
2.靜止無功發生器(SVG)
靜止無功發生器(SVG)又稱靜止同步補償器(STATCOM),是采用GTO構成的自換相變流器,通過電壓電源逆變技術提供超前和滯后的無功,進行無功補償,若控制方法得當,SVG在補償無功功率的同時還可以對諧波電流進行補償。其調節速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲能元件,諧波含量小,同容量占地面積小,在系統欠壓條件下無功調節能力強,是新一代無功補償裝置的代表,有很大的發展前途。
3.電力有源濾波器
電力有源濾波器是運用瞬時濾波形成技術,對包含諧波和無功分量的非正弦波進行“矯正”。因此,電力有源濾波器有很快的響應速度,對變化的諧波和無功功率都能實施動態補償,并且其補償特性受電網阻抗參數影響較小。
電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實用的裝置90%以上為電壓型。從與補償對象的連接方式來看,電力有源濾波器可分為并聯型和串聯型。并聯型中有單獨使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式,目前并聯型占實用裝置的大多數。
4.綜合潮流控制器
篇2
關鍵詞：電力電子，逆變，整流，諧波
0.引言
隨著我國經濟的發展，用電設備的類型越來越多。在三相供電系統中，除了大量的對稱負荷外，還新增了許多不對稱負荷和單相負荷。由于單相負載的大量應用，且各負荷的用電不同時等原因，導致三相四線制配電系統出現了嚴重的三相不平衡的運行狀態，給系統的安全穩定運行和用戶設備的正常可靠使用造成了嚴重的危害。
本文中從人工和技術兩方面提出了目前三相不平衡的解決方法，重點解析了新技術方面的內容，突出了各種方法的優缺點，并提出采用大容量電力電子技術的基本方法。
1.國內外三相平衡系統研究現狀
1.1人工方面：
(1) 完善基礎資料：每年組織專人在春季繪制一次配電變壓器網絡圖和負荷分配圖, 把每個臺區供出的各相上的用電戶名、戶數、電能表的型號等有關數據繪制成方便易查看的表格, 平時經常檢查有無遺漏或新增用戶,結合負荷變化情況及時更新。
(2) 加強測試：給專人配備鉗形表,每月至少進行一次負荷測試,對配電變壓器負荷狀況做到心中有數,為調整配電變壓器負荷提供準確可靠的數據。利用檢修停電時間調整負荷。
(3) 加強用電管理：對臨時用電，季節性用電，管理人員必須熟悉情況，如安裝地點、用電量的變化情況等, 根據情況及時做好負荷調整工作。新增單相設備申請用電, 做好負荷的功率分配, 進行合理搭接, 盡可能均勻分配到三相電路上。注意大的三相四線制用戶內部三相負荷平衡問題, 協助他們調整本單位三相負荷。
(4) 調整三相負荷做到“ 四平衡”：四平衡既計量點平衡、各支路平衡、主干線平衡和變壓器低壓出口側平衡, 重點是計量點和各支路平衡, 可把用戶平均用電量作為調整依據, 把用電量大致相同的作為一類, 分別均勻調整到三相上。由于三相同時引人負荷點比單相引入負荷點時損耗顯著減少, 為了取得三相負載的對稱, 應將三相線路同時引入負荷點, 盡量擴大三相四線制的配電區域, 減少單相供電干線長度, 接戶線應盡量由同一電桿上分別從三相引下, 且三組單相接戶線的負載應盡量平衡。
1.2新興技術方面：
（1）三相自動平衡器
用于380 V 配電網中的平衡器的工作原理如下圖所示，電流采樣器采集配電網三相電流，通過模/數轉換器將模擬信號轉換為數字信號，經接口電路送至單片機進行比較，發出指令，輸出放大后啟動開關控制電路，將大電流相中一部分負載切換到小電流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相電流不平衡度滿足要求，實現三相相對平衡。當三相負載的變化未超過允許值時，平衡器不予調整，維持現狀，以避免頻繁切換。
圖1 三相自動平衡器的工作原理框圖
（2）早期無功補償裝置
早期的無功補償裝置主要是無源裝置，方法是在系統母線上并聯或者在線路中串聯一定容量的電容器或者電抗器，它主要包括同步調相機和靜電電容器。
同步調相機又稱同步補償器，是早期無功補償裝置的典型代表。它不僅能補償固定的無功功率，對變化的無功功率也能進行動態補償。當系統電壓下降時，它通過控制勵磁發出和吸收無功功率，并通過電壓調節器自動調節無功功率的大小以維持端電壓恒定。它的損耗和噪聲都較大，運行維護復雜，響應速度慢。
靜電電容器可以改善線路參數，減少線路的感性無功功率，補償系統的無功功率。由于它供給的無功功率與節點電壓的平方成正比，當節點電壓下降時，它供給的無功功率反而會減少，所以靜電電容器的無功功率調節性能較差。論文參考。但由于其維護較方便!裝設容量可大可小，既可集中使用又可分散裝設，所以目前仍是中國采用的主要補償裝置。
同時，無源裝置使用機械開關，它不具備快速性、反復性和連續性的特點，因而不能實現短時糾正電壓升高或降落的功能。
（3）靜止無功補償裝置SVC
靜止無功補償器(StaticVar Compensator)，是將電容器（及電抗器支路）與輸電線路并接，通常接于開關站或變電所母線，通過晶閘管控制的無功功率動態補償，調節母線電壓和線路無功功率在所需水平上，從而提高電力系統穩定性，擴大線路輸送容量。
SVC技術又分為：自飽和電抗器型（SSR）、晶閘管相控電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC）、高阻抗變壓器型（TCT）和勵磁控制的電抗器型（AR）等幾種不同類型。世界各國普遍采用TCR和/或TSC型SVC作為電網的動態無功支撐點，以提高輸電能力或加強電網的安全穩定運行。
SVC特點：
1、應用較為成熟，目前應用較多。
2、自身產生較大諧波，需無源濾波器配合。
3、TCR只提供感性無功，容性無功需FC或TSC電容器組提供，占地面積大。
4、響應速度慢（2~3個周期）。論文參考。
5、對快速的沖擊負荷補償效果較差。
(4) 靜止無功發生器(SVG)
SVC裝置為補償 0～100 %容量變化的無功功率，幾乎需要 100 %容量的電容器與超過 100 %容量的晶閘管控制電抗器，銅和鐵的消耗很大。論文參考。從技術發展來說，這種類型的靜補償裝置已不能說是先進的。近年來的發展趨勢是采用可關斷晶閘管（GTO）構成的自換向變流器，通常稱為靜止無功發生器（SVG），它既可提供滯后的無功功率，又可提供超前的無功功率。
SVG是采用 GTO 構成的自換相變流器，它把逆變器電路看成是一個產生基波和諧波電壓的交流電壓源，控制補償器基波電壓大小與相位可改變基波無功電流的大小與相位。當逆變器基波電壓比交流電源電壓高時，逆變器就會產生一個超前（容性）無功電流。反之，當逆變器基波電壓比交流電源電壓低時，則會產生一個滯后（感性）無功電流。因此它能與系統進行無功功率的交換 ,故稱其為“無功發生器”。
與 SVC 相比，其調節速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量小，同容量占地面積小，在系統欠壓條件下無功調節能力強。
(5)Smartpower節電器
SmartPower系統節電器利用“平衡控制變壓系統”繞組的相互交叉連接，可以消除各相位間的電壓和電流的不均衡，維持控制其平衡性。
這種特殊繞組，可以相互補償鐵心的磁通量，最大限度地控制各相感應電動勢的一致性，從而保持三相平衡，降低零線電流等額外損耗，它是最新一代可以改善電力消費狀況高新技術產品。
2.研究趨勢和前景展望
隨著電力電子器件容量的不斷增大以及價格的逐步下降，使用基于電力電子器件的技術來替代原來的機械開關方式的解決方法也將是今后的發展趨勢。三相系統中基波不平衡度在增大的同時，由于各次諧波所導致的不平衡問題將成為將來所遇到的主要問題，因而需要有一種方案來同時解決基波無功和有功不平衡，以及消除由諧波造成的不平衡。本文提出的設計方案具備了解決上述問題所需要的全部功能，因而是未來最有發展前景的解決方案之一。
擬采用的裝置功能原理圖下圖所示。
圖2 本裝置的結構原理框圖
裝置工作原理如下：原始的不平衡負載可能引起較大的中線電流，如圖中ILN所示。若不進行補償，則此電流將流入系統中線。在系統與負載中間增加一個三相不平衡補償裝置，該裝置從系統吸收三相對稱的基波電流，通過整流橋變換為直流，再通過具有中線的逆變橋變換為所需要的電流。以中線電流為例，對裝置來說若以流入裝置為電流的參考方向，則如能使得裝置中線吸收的電流與負載側中線電流一樣，即ILN=IFN，則對系統中線而言，ISN=ILN-IFN=0。從而解決了系統側中線電流過大的問題。同時裝置的ABC三橋臂還可根據參考電流產生所需要的電流，對負載的不平衡三相電流進行補償，目標是使得系統側ABC三相的電流為三相基波對稱分量。從而解決三相不對稱問題。
3.結論
采用不同的方法各具有其優劣性，本文提出的采用大容量電力電子技術，裝置適應能力強，響應速度快，控制精度高，裝置無任何耗能元件，節能效率更高。采用三相四線制結構，能同時補償不平衡電流，同時還可濾除諧波并提供無功功率的支持。因此是未來最有發展前景的解決方案之一。
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篇3
關鍵詞：功率因數；影響因素；補償方法；容量確定
許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能
1.影響功率因數的主要因素
1.1電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備
大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。根據前段時間數據統計分析，我礦所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因此，為了改善電力系統和礦山的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。
1.2供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大影響
當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，根據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。
1.3電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響
1.4無功補償原理
當電網電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。
電感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度f。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，即有功功率和無功功率的幾何和：
2.采用適當措施，設法提高系統自然功率因數
提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施做一些簡要的介紹。
2.1合理選用電動機
合理選擇電動機，使其盡可能在高負荷率狀態下運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械特性，又要考慮它們的電氣指標。舉例說，三相異步電動機（100KW）在空載時功率因數僅為0.11，1/2負載時約為0.72，而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機，應換以較小容量的電動機，并合理安排和調整工藝流程，改善運行方式，限制空載運轉。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確合理的選擇電動機的；
2.2提高異步電動機的檢修質量
實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大，以免使功率因數降低。
2.3采用同步電動機或異步電動機同步運行補償
由電機原理可知，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給我礦的無功功率，從而提高了我礦的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行狀態，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即可以向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。
2.4正確選擇變壓器容量提高運行效益
對于負載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善本企業電網的自然功率因數。如：對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網上斷開，通過聯絡線提高負荷率。
通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業的深遠影響，下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。
3.設計總結
以上是我淺談功率因數對我礦供電A電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素以及提高功率因數的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償的具體方式，集中探討了無功補償技術對我礦的高、低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的，為保證降低電網中的無功功率，提高功率因數，保證有功功率的充分利用，提高系統的供電效率和電壓質量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節約電能，通常在高、低壓供配電系統中裝設電容器無功補償裝置。
4.設計心得體會
通過這次畢業設計論文讓我重新對影響大紅山供電的因數有了全新的認識，這也是我第一次獨立從找資料到寫論文，經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次設計培養了我獨立工作與學習合理安排相互調節的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的工作生活有巨大而重要的影響。
參考文獻：
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篇4
論文關鍵詞：配電系統；動態無功補償裝置
一、配電系統中的動態無功補償裝置
無功功率補償，簡稱無功補償，在電力供電系統中起到提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，使電網供電質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統的電壓波動，諧波增大等諸多不利于電網安全運行的因素。無功補償分動態和靜態兩種方式。靜態無功補償是根據負載情況安裝固定容量的補償電容或補償電感，動態補償是根據負載的感性或容性變化隨時的切換補償電容容量或電感量進行補償。一般的補償是有級的，也就是常用的補償裝置如電容，是按組來進行投切的，也就是用電系統里產生的無功不會是你補償的一樣多，但是由于這種補償已經將功率因數達到了例如0.95，已經很好了。但是有的負載，其工作時無功的變化量非常大，且速度非常快，可以達到毫秒級，如電焊機，一個工作周期才0.2秒左右，其間還有幾十秒的半負荷及幾十秒的停頓，而無功在工作時也是不規則的快速改變著。象這樣的負載采用常用的無功補償裝置是無法實現的，只能用“動態”補償。
所謂“動態”即快速性、實時性，一是補償速度一定要快；二是用電負載需要多少無功，補償裝置就補償多少無功。這是動態補償的兩個基本特征。但不是非得兩個都具備才是動態補償，有的負載雖然無功變化快，但是無功量的改變是固定的，此時用速度快的無功補償也可以辦到，也就是說這個動態補償強調的單單是迅速。
動態無功補償裝置由高壓開關柜(包括高壓熔斷器、隔離開關、電流互感器、繼電保護、測量和指示部分等)、并聯電容器、串聯電抗器、放電線圈(或者電壓互感器)、氧化鋅避雷器、支柱絕緣子、框架等構成。動態無功補償裝置根據改善和提高功率因數，降低線路損耗，充分發揮發電、供電設備的效率功能強大，液晶字段顯示，性能可靠穩定，抗干擾能力極強。靠無功控制器根據線路力率情況自動投、切補償量，以確保功率因數基本恒定于某一設定值附近；后者表示手動投入固定值補償量，不隨線路力率情況改變補償量，此類方式除非補償量剛好合當，功率因數才會達標。
無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數型、無功功率型、無功電流型。功率因數型這種控制方式也是很傳統的方式，采樣、控制也都較容易實現。無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數型的缺陷，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性及檢測及補償效果。用于動態補償的控制器要求就更高了，一般是與觸發脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態補償功能。
二、動態無功補償裝置最優利用方法與原理功能
配電線路無功補償即通過在線路桿塔上安裝電容器實現無功補償。線路補償點不宜過多，一般不采用分組投切控制；補償容量也不宜過大，避免出現過補償現象；保護措施也要一切從簡，可采用熔斷器或者避雷器作為過流和過壓保護。線路補償方式這種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護等優點，適用于功率因數低、負荷重的長線路。
在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中：由于用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用，并且負荷大小不同和用電時間的不同。所以，電網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律性，也無法事先預知。導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。對于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。 電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，還會增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行，最終會造成三相電壓的不平衡。
調整不平衡電流無功補償裝置，有效地解決了這個難題，該裝置具有在補償線路無功的同時調整不平衡有功電流的作用。其理論結果可使三相功率因數均補償至1，三相電流調整至平衡。實際應用表明，可使三相功率因數補償到0.95以上，使不平衡電流調整到變壓器額定電流的10%以內。
工作原理：無功動態補償裝置由控制器、過零觸發模塊、晶閘管、并聯電容器、電抗器、放電保護器件等組成。裝置實時跟蹤測量負荷的電壓、電流、無功功率等，通過微機進行分析，然后計算出無功功率并與預先設定的數值進行比較，自動選擇能達到最佳補償效果的補償容量并發出指令，由過零觸發模塊判斷雙向可控硅的導通時刻，實現快速、無沖擊地投入并聯電容器組。
目前，國內的動態補償的控制器和國外的同類產品相比還要有很大的差距，一方面是補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統特性容易漂移，維護成本高；另一方面是在動態響應時間上較慢，動態響應時間重復性不好。另外，相應的國家標準也還沒有達到一定標準，這方面落后于發展。但是運算速度快，抗干擾能力強，最重要的是有很好的完成動態補償功能。
無功補償的具體實現方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。
動態無功率補償裝置的主要功能：1、提高線路輸電穩定性；2、維持受電端電壓，加強系統電壓穩定性；3、補償系統無功功率，提高功率因數，降低線損，節能損耗；4、抑制電壓波動和閃變；5、抑制三相不平衡。
動態無功率補償裝置的主要問題：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行中常發生熔斷。3、電容器組經常投入使用率低。
三、在配電系統中動態無功補償與靜態補償區別
（一）前者表示靠無功控制器根據線路力率情況自動投、切補償量，以確保功率因數基本恒定于某一設定值附近；后者表示手動投入固定值補償量，不隨線路力率情況改變補償量，此類方式除非補償量剛好合當，功率因數才會達標，否則，不論補償量過小或過大，功率因數均偏小。
（二）動態無功補償的定義是這種響應動作時間小于1S，一般是通過可控硅投切電容組TSC、可控電抗器調節無功TCR型SVC或利用IGBT器件調節的靜止性無功發生裝置SVG等來實現。靜態補償可以是固定的通過隔離開關或熔斷器斷電后進行人工調節的裝置，也指響應時間大于1S的自動投切裝置，如接觸器投切電容組的方式。
四、應用
（一）SLTF型低壓無功動態補償裝置：適用于交流50Hz、額定電壓在660V以下，負載功率變化較大，對電壓波動和功率因數有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業。安裝環境：周圍介質無爆炸及易燃危險、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導電塵埃。無劇烈震動和顛簸，安裝傾斜度
（二）SHFC型高壓無功自動補償裝置：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，適應變電站的各種運行方式。技術特征：電壓優先，按電壓質量要求自動投切電容器，使母線電壓始終處于規定范圍。
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論文摘要：本文集中探討了功率因數對廣大供電企業的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無功電源及其特點。這對供電企業是十分有益的。
0 引言
許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosφ，其計算公式為：
cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2
在電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。
1影響功率因數的主要因素
1.1大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。
1.2變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。
3采取適當措施，設法提高系統自然功率因數
提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。
3.1合理使用電動機；
3.2 提高異步電動機的檢修質量；
3.3采用同步電動機：同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功功率取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過勵狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。
3.4 合理選擇配變容量，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。
4 無功電源
電力系統的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
4.1 同步電機：同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。 ①同步發電機：同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。發電機正常運行時，以滯后功率因數運行為主，向系統提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數超前，即所謂的“進相運行”，以吸收系統多余的無功。②同步調相機:同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。③并聯電容器：并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網發quot；無功功率：Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。
并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。④靜止無功補償器：靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。
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【關鍵詞】諧波抑制；無功補償；電能質量；晶閘管投切電容器；晶閘管控制電抗器
0.概述
中友中板廠全稱無錫市中友不銹中板有限公司，屬金屬冶煉及壓延加工行業，主要從事不銹鋼中板、低合金中板、鍋爐板、容器板的冶煉與軋制，其中不銹鋼中板目前國內僅有三家生產企業之一。公司目主要的大功率生產設備有兩臺60噸電弧爐、三臺30噸中頻爐、兩臺3000T軋機使用一臺2800kW的直流電機、二臺3000T軋機使用三臺4300kW的直流電機、一臺4000T的精軋機使用一臺5700kW的直流電機、三臺1250kW除塵電機為交流異步電機、一臺1250kVA的交流異步輥道電機、一臺1000kW的電阻加熱電爐。
該廠由于設備和生產原因，用電功率因數較低，用電質量差。每月都要額外支付數萬到數十萬的力調電費。表1為該廠2010年來部分月份電費情況。
1.原因分析
對中友中板廠的幾種主要設備從其工作原理上進行電能質量分析可知，該廠負載對電網的影響主要有幾種情況：
（1）電弧爐工作時產生的諧波、無功、閃變、三相負載不對稱等情況，同時由于電弧爐工作狀態的不確定性，在產生諧波時不僅產生特征次諧波，也會產生非特征次諧波。
（2）晶閘管整流電路不僅產生大量諧波，也要消耗無功，且功率因數隨著控制角 的增加而降低。當負載降低時，功率因數也隨之降低。
（3）異步電動機雖然是線性負載，在起動與空載時起功率因數均較低，尤其在起動瞬間需消耗大量的無功功率，對電網造成無功沖擊。另外異步電機在負載運行時的0.8～0.85功率因數也不能滿足國家《功率因數調整電費辦法》所規定的功率因數0.9的要求。
2.采取措施
2.1 TCR+TSC+LC控制法
按系統所需的無功補償值投入適當組數的電容器，并略有過補（補成容性），再用TCR的感性無功來補償過補部分的無功。同時，LC濾波器濾除諧波，對于3、5、7、11次諧波采用單調諧濾波器，即TCR+TSC+LC控制法。
晶閘管控制電抗器TCR和晶閘管投切電容器TSC都采用三角形聯結。因為采用三角形聯結有很多優點：一是可以避免線電流中產生零序分量；二是可以將 次諧波電壓互相抵消；三是各個元器件的絕緣水平與電網額定電壓的等級一致，使用中的同步信號可直接取自相應的線電壓。
晶閘管閥的接線方式有晶閘管與大功率二極管反并聯和晶閘管反并聯兩種接線方式。由于采用晶閘管與大功率二極管反并聯方式時，晶閘管和二極管上承受的最大電壓為2倍線電壓峰值。而采用晶閘管反并聯接線方式時，電容器是在電壓過零點時投入，電容上沒有預充電，晶閘管閥所承受的最高電壓為線電壓峰值，可以減少晶閘管閥串聯的個數，降低控制裝置的成本。所以本裝置采用晶閘管反并聯接線方式。
TCR+TSC+LC動態無功補償裝置監測系統不僅負責采集裝置各組成部分的主要狀態變量，進行簡單計算或邏輯分析后對其進行顯示，而且對TCR+TSC+LC動態無功補償裝置系統當前所處的狀態進行實時判斷，必要時發出報警信號或緊急操作指示，從而為預防和避免動態無功補償裝置裝置出現故障提供了可靠、有力的保證。TCR+TSC+LC動態無功補償裝置保護系統則保障TCR+TSC+LC動態無功補償裝置能夠安全并入電網運行，一旦系統出現故障，裝置不會受到損壞；而裝置出現故障后也不會對系統造成破壞性的影響。TCR+TSC+LC動態無功補償裝置控制系統則是裝置中最為關鍵的部分，它指揮整個裝置按照預先設定的運行特性進行工作，其設計的好壞直接關系到整個裝置的性能。
2.2中友中板廠混合型動態無功補償系統運行分析
該系統于2012年9月12日投入試運行，我們于15日對電網質量情況進行了主要包括諧波電流，功率因素等電能質量數據。
（1）對LC濾波系統投運前進行單獨測量電流波形，得出3次、5次、7次、11次、13次諧波電流均超標，且超標嚴重，分別為65.32A，78.56A，34.72A，21.23A，23.32A。對混合型動態無功補償系統投運前進行電壓電流波形測量，6KV負荷注入6KV系統側的母線電壓總畸變率為5.06%，遠遠超過國家限制3%。功率因素也很低，只有0.75。
（2）對混合型動態無功補償系統投運后負荷注入系統的諧波電流進行測量得出數據全部達標。電壓畸變率也達到國家標準，滿負荷情況下，功率因素達到0.92，也符合國家規定要求。
（3）根據這個測試結果不難看出中友中板廠生產過程中，只要這套混合型動態無功補償裝置正常運行，整個廠里的負荷不會對電網產生不良影響。
以上三大類負載是該廠主要的諧波與無功及閃變的污染源，針對這三種負載進行相應的諧波與無功治理不僅可降低其對電網的影響，提高供電效率及供電質量。同時由于用電質量的改善也能為該廠節約大量的電費，提高經濟效益。
3.結論
本文針對大功率負荷下諧波及無功的特點和無功補償的性能指標作了分析，以無錫中友中板廠的諧波及無功補償為課題背景，通過對混合型動態無功系統的工程實例調試和系統研究，得到以下結論：
（1）通過對大功率負荷下諧波及無功的特點的研究與分析，設計出現場實用的濾波及補償方案。
（2）建立了基于混沌遺傳算法的LC濾波器優化方案。運用該方案的優點是：補償及濾波裝置未投入運行前便可預知其運行時的各項電力技術指標，經過調整可以設計出較為理想的無功補償及諧波濾波裝置，避免了盲目性，對于裝置的設計質量起到了保證作用。
（3）在動態無功補償方面，本文采用TCR+TSC的混合型補償方法。在TSC投切上設計了不等容分組的非線性投切的投切法，保證了每組電容組的使用效率，在滿足限定條件下總是投入容量較大的一組補償電容器。
（4）大型軋鋼廠的負荷均為沖擊型負荷，在運行時產生大量的諧波及無功，實踐證明SVC必須與工程同步。
篇7
【關鍵詞】諧波，污染，危害，抑制
1.研究背景
電力系統諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起科學家和工程師們的注意。早在19世紀末，當交流電以一種新興的動力形式出現時，人們就發現了電壓、電流的波形畸變問題，并同時對畸變的原理及消除方法等開始研究。當時在德國，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JCRead發表的有關變流器諧波的論文是早期有關諧波研究的經典論文。
2.電力電子裝置中的諧波產生
諧波即對周期性的交流量進行傅里葉分解，得到頻率大于一的整數倍基波頻率的分量。電網中的諧波主要是由各種大容量功率變換器以及其他非線性負載產生的，其中主要的諧波源是各種電力電子裝置，如整流裝置、交流調壓裝置等，這其中，整流裝置所占的比例最大，它幾乎都是采用帶電容濾波的二極管不控整流或晶閘管相控整流，它們產生的諧波污染和消耗的無功功率是眾所周知的；除整流裝置外，斬波和逆變裝置的應用也很多，而其輸入直流電源也來自整流裝置，因此其諧波問題也很嚴重，尤其是由直流電壓源供電的斬波和逆變裝置，其直流電壓源大多是由二極管不控整流后經電容濾波得到的，這類裝置對電網的諧波污染日益突出。
3.諧波的危害
電網中日益嚴重的諧波污染常常對設備的工作產生嚴重的影響，其危害一般表現為：1）諧波電流使輸電電纜損耗增大，輸電能力降低，絕緣加速老化，泄漏電流增大，嚴重的甚至引起放電擊穿。2）使電動機損耗增大，發熱增加，過載能力、壽命和效率降低，甚至造成設備損壞。3）容易使電網與用作補償電網無功功率的并聯電容器發生諧振，造成過電壓或過電流，使電容器絕緣老化甚至燒壞。4）諧波電流流過變壓器繞組增大附加損耗，使繞組發熱，加速絕緣老化，發出噪聲。5）使大功率電動機的勵磁系統受到干擾而影響正常工作。6）影響電子設備的正常工作，如：使某些電氣測量儀表受諧波的影響而造成誤差，導致繼電保護和自動裝置誤動作，對鄰近的通信系統產生干擾，非整數和超低頻諧波會使一些視聽設備受到影響，使計算機自動控制設備受到干擾而造成程序運行不正常等。
4.諧波的抑制
4.1采取主動措施，減少電力電子設備的諧波含量
1）多脈波變流技術 對于大功率電力電子裝置，常將原來6脈波的變流器設計成12脈波或24脈波變流器，以減少交流側的諧波電流含量。
2）脈寬調制技術 其基本思想是控制PWM輸出波形的各個轉換時刻，保證四分之一波形的對稱性。使需要消除的諧波幅值為零，基波幅值為給定量，達到消除指定諧波和控制基波幅值的目的。
3）多電平變流技術 針對各種電力電子變流器采用移相多重法、順序控制和非對稱控制多重化等方法，將方波電流或電壓疊加，使得變流器在交流電網側產生的電流或電壓為接近正弦的階梯波，且與電源電壓保持一定的相位關系。
4.2安裝電力濾波器，提高濾波性能
1）無源電力濾波器。無源電力濾波器（PPF）即利用電容和電抗器組成LC調諧電路，在系統中能夠為諧波提供并聯低阻通路，起到濾波作用；同時，利用電容還能補償無功功率，改善電網的功率因數。但由于結構和原理上的原因，使用無源濾波裝置來解決諧波問題也存在一些難以克服的缺點，如：只能濾除特定次諧波，諧波補償頻帶較窄，過載能力小，對系統阻抗和頻率變化的適應性較差，穩定性較差，體積大，損耗大等。
2）有源電力濾波器。通過檢測電網中的諧波電流，然后控制逆變電路產生相應的補償電流分量并注入電網，以達到消除諧波的目的。APF按與系統的連接方式不同可分為串聯型、并聯型和串―并聯混合型。并聯型APF主要適用于感性電流源負載的諧波補償，串聯型APF主要用于消除帶電容的二極管整流電路等電壓型諧波源負載對系統的影響，串―并聯型APF兼有串、并聯APF的功能。APF濾波特性不受系統阻抗影響，不會與電網阻抗產生串聯和并聯諧振的現象，且對外電路的諧振具有阻尼的作用。此外，APF具有高度可控性和快速響應性，不僅能補償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補償無功電流，性價比較為合理。
3）混合型電力濾波器。混合型電力濾波器將無源濾波器與有源濾波器組合起來，其中有源濾波器不直接承受電網電壓和負載的基波電流，僅起負載電流和電網電壓的高次諧波隔離器的作用，因而有源濾波器的容量可以設計得較小，利用串聯的有源濾波器增加高次諧波阻抗而對基波無影響的特性，可以改善無源濾波器的濾波效果，防止與電網之間發生諧振，但其缺陷是有源濾波器的性能很大程度上決定于電流互感器的特性。另外新型混合有源電力濾波器方案，采用開關頻率較低的IGBT構成的逆變器來進行無功補償，由開關頻率高，耐壓較低的MOSFET構成的逆變器進行諧波電流補償，高頻逆變器的輸出側采用變壓器隔離，可消除大部分干擾。為了更好地達到抑制諧波的效果，對不同的諧波源負載應該采用相應結構的濾波裝置，如級聯型大功率APF、基于DSP的智能型APF等的研究都標志著低損耗、大功率、高頻率、智能化的APF是其發展方向。
5.結論
日益嚴重諧波污染已引起各方面的高度重視，“諧波污染”已成為電網內三大公害之一。隨著對諧波現象的進一步認識，將會找到更有效的方法抑制和消除諧波，同時也有助于制度更加合理的諧波管理標準。為了更好地達到抑制諧波的效果，對不同的諧波源負載應該采用相應結構的濾波裝置，只有各方面都重視起來，進行治理，才能還電網一個干凈的環境。
參考文獻：
[1]王兆安.黃俊.電力電子技術.北京：機械工業出版社.2003
[2]陳堅.電力電子變換和控制技術.北京：高等教育出版社.2002.
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關鍵字 牽引變電所高次諧波 功率因數有級調壓高壓動態無功補償 諧波抑制APF
1、引言
隴海線天蘭線和諧（交直交）大功率系列機車的運行，雖然顯著的改善了牽引供電系統的電能質量（機車本身功率因數的提高，系統網壓和諧波），但與傳統的電力機車（交直）相比最顯著的特征是諧波特性不同，對原有電氣化鐵路牽引供電系統在無功補償及諧波抑制方面產生了新的影響。
1.1存在問題舉例
(1) 2010年11月份以后天蘭線天水變電所靜態電容補償斷路器多次因過電壓、諧波過電流而頻繁跳閘。三陽川變電所、甘谷變電所靜態電容補償斷路器也因過電壓、諧波過電流而跳閘的次數有所增加。
（2）2010年11月份以后天蘭線天水變電所、三陽川變電所、甘谷變電所等所由于母線電壓的瞬間升高造成27.5KV所內自用變二次輸出電壓的瞬間波動致使所內直流系統監控裝置模塊、充電機模塊多次燒損。
（3）2011年6月份后鑒于和諧大功率系列機車自身無功補償系統功率因數提高，三陽川變電所退出A相、B相電容補償、甘谷變電所退出A相電容補償，但致使靜態補償裝置濾波功能失去作用。
（4）為保證牽引變電所交直流系統的正常運行，2011年6月份后，天蘭線多座變電所退出了27.5KV自用變，投入了10KV自用變，但造成電力經營成本核算的困難，當電力10KV貫通線在檢修和出現故障時，所以只能投入27.5KV自用變。
1.2母線電壓波動及交直流設備燒損的原因分析：
(1)和諧系列（交直交）大功率牽引機車的主回路的兩個特點對牽引供電系統影響較大， 一是高次諧波含量多（17-51次），低次諧波含量少。二是采用再生制動方式。機車諧波源的幅值是隨著位置和時間變化的，并與機車運行狀態有較大的關系。原有韶山系列（交直）電鐵系統中，諧波的含量主要以3、5、7次諧波為主，原有靜態補償裝置的濾波裝置能有效地抑制3、5、7次諧波，尤其是3、5次諧波，但對高次諧波的抑制作用不明顯。當接觸網阻抗參數同機車匹配造成諧波電流放大時，放大了諧波電流引起電壓畸變，畸變的電壓進一步致使機車諧波電流增大，系統諧振過電壓幾率增大，當形成諧振過電壓時，造成牽引變電所母線電壓異常波動。
（2）和諧系列（交直交）大功率牽引機車自身無功補償裝置以使牽引供電系統功率因數大幅度提升，但固定補償裝置的補償容量在補償過程中是不會發生變化的，極易因無功負荷小于補償容量而造成過補狀態，會造成無功累加電量增大，嚴重時會引起功率因數的大幅度跌落，造成牽引變電所母線電壓的異常波動。
（3）目前天蘭線各變電所使用的交直流充電機的充電模塊對諧波電壓的抑制功能較差，整流模塊工作時自身也會產生較大的電流畸變，這個畸變的電流流經電網時也會產生新的諧波電壓，同時和牽引網中高次諧波電壓直接疊加在交流屏交流元件上，形成過電壓狀態。
2、有級調壓式高壓動態無功補償系統
如果補償裝置能夠根據供電臂牽引負荷變化動態提供系統所需的無功補償容量，就會避免過補現象的發生。
2.1 調壓式高壓動態無功補償系統的工作原理
動態補償是根據感性無功變化，及時調節補償電容器發出的無功容量。改變無功總量有兩種方法：一是改變投入的等效電容量，另一個是改變電容兩端的電壓。傳統補償方式采用的是改變投入的等效電容量的方法，調壓式高壓動態無功補償系統采用的是第二種方法。
（1）
因(Xc-Xl)為固定阻抗，所以補償容量Qc與U2為平方關系，如果我們調節電容器兩端的工作電壓，就可以調節電容器發出的無功總量，實現動態無功補償。
補償系統采用特殊設計的深度調壓變壓器，實現大范圍動態調壓。調壓裝置在高壓無功補償自動控制裝置的控制下根據系統感性無功的變化，動態調節電容器兩端的電壓，通過特種調壓變壓器實現動態無功的饋送。由計算機構成的高壓無功補償自動控制裝置，通過實時采集電網的電壓、電流、功率因數，分析負荷的變化趨勢、系統無功功率、系統諧波含量、電壓波動情況等，利用模糊控制技術調節有載分接開關，實現動態優化補償，并達到無功補償容量隨系統負荷無功容量的變化自動跟蹤的目的。
2.2 調壓式高壓動態無功補償系統總體結構
本系統主要由五部分組成：深度調壓無功補償變壓器、真空有載調壓開關、補償電容器組、保護系統、測控系統。
2.1系統示意圖
2.3 調壓式高壓動態無功補償系統系統優點
有級調壓式高壓動態無功補償裝置，屬高壓電力系統無功補償設備，主要特征是設有特種自耦調壓變壓器與有載調壓分接開關配合，受控于高壓無功補償自動控制裝置，根據被補償系統感性無功功率的變化動態調節補償電容器的工作電壓實現動態無功補償。它具有可靠性高、動態調節范圍寬、容量大、系統附加損耗小、對電容沒有沖擊且能延長電容使用壽命、補償電容量的調節不改變諧波吸收比等優點。
2011年1月份，天蘭線天水變電所對原有靜態補償系統進行了更換改造，采用調壓式高壓動態無功補償系統，自2011年2月-11月，無功補償穩定，功率因數均值達0.97以上，有效改善了供電質量。但是，其對高次諧波抑制方面效果不明顯。
3、調壓式高壓動態無功補償裝置在諧波抑制存在的問題
雖然調壓式高壓動態無功補償裝置有著諸多的優點，對濾波補償系統濾波的影響，可忽略不計，但在設計理念上主要是進行無功功率的補償，兼顧了3、5次諧波的濾波功能，它與傳統的靜態補償裝置相比只是僅僅增加了特種單項有載調壓變壓器，克服了欠補償和過補償的問題， 但對牽引供電系統高次諧波抑制方面效果不強。
4、高次諧波的抑制措施
4.1對高次諧波引起網壓異常波動的治理措施，一方面是降低機車本身的高次諧波電流值，即在機車上加裝RC高通濾波器等方法。二是在牽引供電系統變電所增加濾波裝置。
圖4.1 電氣化鐵道諧波、無功治理方案
4.2 有源電力濾波器在牽引供電系統的應用
采用有源電力濾波器（Active Power Filter,簡稱APF）是牽引供電系統諧波抑制的一個重要發展的趨勢。APF是一種新型諧波和無功補償裝置，在補償無功的同時有源濾波器能對諧波進行有效治理。其基本原理是：通過電流互感器檢測負載電流，并通過內部DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發送給內部IGBT,控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，達到濾波的目的。按照與補償對象的連接方式，APF可分為串聯型和并聯型。串聯型APF不能進行無功補償，且絕緣困難，維修不變，因此，它的實用性受到限制。
大容量的有源濾波器造價高、功耗大，在實際應用中受到限制。為了獲得較好的濾波特性且降低造價，人們提出了有源與無源混合濾波器方案。在混合濾波系統中，對于負載側的諧波電流源，有源濾波器被控制為一個等效諧波阻抗，它使無源和有源濾波器總的串聯諧波阻抗對各次諧波都為零，從而使所有的負載諧波電流全部流入無源濾波器支路，達到提高無源濾波器濾波效果的目的，此時有源濾波器的輸出補償電壓為所有負載諧波電流流過無源濾波器時產生的電壓。這樣充分發揮LC無源濾波器和APF各自的優勢，盡量減小APF的容量，解決了絕緣和最佳投資的問題。
5、 結束語
隨著既有線電力機車的不斷更新，牽引變電所現有補償裝置在高次諧波抑制方面效果差的缺點的顯現，對牽引供電設備運行安全造成了嚴重影響。所以，如何更好的實現鐵牽引變電所無功補償，諧波治理，更好的實現環保運輸節約能源消耗是當今需要考慮的關鍵問題。
參考文獻
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篇9
關鍵詞：自動調壓 無功補償
1 概述
電壓是電能主要質量指標之一。電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量和人民生活用電都有直接影響。根據國標GB 12325-2003《電能質量 供電電壓允許偏差》的規定：10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%。
2 調壓器簡介
為了保證電壓質量，中低壓配電網主要調壓手段及措施為：(1)變電站主變壓器有載調壓；(2)改變線路的無功功率；(3)改變線路參數；(4)新建變電站；(5)使用自動調壓器。前四種措施是在針對特定的線路進行電壓調整時，其經濟性和可行性欠佳，自動調壓器在解決特定線路電壓調節方面技術可行、經濟適用、安裝方便。
3 無功自動補償簡介
3.1 概述
隨著國民經濟的迅速發展，城網、農網的用電量日趨增大，電網的供電質量越來越受到供電部門的重視。隨著一期、二期電網改造完成，電網的供電質量得到很大改善和提高，但是還存在著功率因數偏低，無功補償不合理、線損較大等問題。各級供電公司重視線損的管理，合理的補償無功，提高功率因數，增加電網效益。
為了探索10kV線損管理的新途徑，提高功率因數，平衡無功，降低線損，擬在線路上使用高壓無功補償裝置來提高線路功率因數，補償無功；在探索改善線路供電質量，節能降損的途徑中,作出了積極的一步。
3.2設備選型
下面分別以10kV馮莊線線路現狀、線路分析、設備選型為順序，對這條線路逐一分析，以求得最佳解決方案。
4 線路方案及設備選型
4.1 線路狀況
4.2 線路分析
參看線路圖并結合上表1可知：10kV馮莊線線路較長，支線較多，變電站出口電壓為10.7kV左右，線路負荷分布不均勻，在主干線221#桿處有一條負荷較重，線路較長的支線，而且計劃在支線221#桿以后增加1200kVA的負荷。負荷性質為生活用電、農業灌溉和一些加工企業。由此可知，線路后端的電壓較低，功率因數較低。
4.3 調壓器設備選型
根據線路負荷及參數，并結合附表1可計算出主干線路的末端電壓。
計算變電站到主干線125#桿的壓降為：
式中： U1――線路的壓降；
UN――變電站出口電壓；
P，Q ―― 變電站有功功率，無功功率；
R ，X ――變電站到主干線125#桿的線路的電阻，感抗；
S――線路配變容量；
l――線路長度。
主干線125#桿處的電壓約為：
U125=UN-U1=10.7-0.88=9.82kV
式中：UN――變電站出口電壓。
主干線125#桿到支線221#桿的壓降為：
式中：U2 ――線路的壓降；
U125――主干線125#桿處的電壓；
P'，Q'―― 主干線125#桿以后的有功功率，無功功率；
R' ，X'――主干線125#桿到支線221#桿線路的電阻，感抗；
支線221#桿處的電壓約為：
U221支=U125-U2=9.82-1.84=7.98kV
同理可以計算線路支線末端（441#桿）的電壓僅為6.36kV左右，因此，不能滿足正常的生產及生活用電，需加裝調壓器以解決線路電壓低的問題。
篇10
論文摘要:介紹了電力電子器件和變頻技術的發展過程，以及變頻技術在家用電器的應用，分析了變頻技術的應用也帶來了諧波、電磁干擾和電源系統功率因數下降等問題。提出了相關的諧波抑制方法及提高電源系統功率因數的措施。
引言
隨著電力電子、計算機技術的迅速發展，交流調速取代直流調速已成為發展趨勢。變頻調速以其優異的調速和啟、制動性能被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。變頻技術是交流調速的核心技術，電力電子和計算機技術又是變頻技術的核心，而電力電子器件是電力電子技術的基礎。電力電子技術是近幾年迅速發展的一種高新技術，廣泛應用于機電一體化、電機傳動、航空航天等領域，現已成為各國競相發展的一種高新技術。專家預言，在21世紀高度發展的自動控制領域內，計算機技術與電力電子技術是兩項最重要的技術。
一、電力電子器件的發展過程
上世紀50年代末晶閘管在美國問世，標志著電力電子技術就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我國70年代將其列為節能技術在全國推廣。然而，SCR畢竟是一種只能控制其導通而不能控制關斷的半控型開關器件，在交流傳動和變頻電源的應用中受到限制。70年代以后陸續發明的功率晶體管(GTR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應晶體管(SIT)和靜電感應晶閘管(SITH)等，它們的共同特點是既控制其導通，又能控制其關斷，是全控型開關器件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當前，IGBT以其優異的特性已成為主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
許多國家都在努力開發大容量器件，國外已生產6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一種將IGBT和GTO的優點結合起來的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基礎上采用緩沖層和透明發射極，它開通時相當于晶閘管，關斷時相當于晶體管，從而有效地協調了通態電壓和阻斷電壓的矛盾，工作頻率可達幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經推出的IGCT可達4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因進展不大而引退而IGCT的發展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發達國家相比，我國在器件制造方面比在應用方面有更大的差距。高功率溝柵結構IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國外有了最新發展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半導體材料制成功率器件，實現人們對“理想器件”的追求，將是21世紀電力電子器件發展的主要趨勢。
高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術發展新熱點。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭，必將為21世紀世界電力電子新技術和變頻技術的發展帶來更多的機遇和挑戰。
二、變頻技術的發展過程
變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換
技術的不斷發展。起初，變頻技術只局限于變頻不能變壓。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優化模式，如:調制波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調制波同時移相PWM技術等。
VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉矩減小。
矢量控制變頻調速的做法是:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Iml、Itl，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。
直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流回路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。
三、變頻技術與家用電器
20世紀70年代，家用電器開始逐步變頻化，出現了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應加熱)飯堡、變頻洗衣機等[4]。
20世紀末期期，家用電器則依托變頻技術，主要瞄準高功能和省電。
首先是電冰箱，由于它處于全天工作，采用變頻制冷后，壓縮機始終處在低速運行狀態，可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲，節能效果更加明顯。其次，空調器使用變頻后，擴大了壓縮機的工作范圍，不需要壓縮機在斷續狀態下運行就可實現冷、暖控制，達到降低電力消耗，消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來，新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現靜音化，而且利用高速運行能實現快速冷凍。
在洗衣機方面，過去使用變頻實現可變速控制，提高洗凈性能，新流行的洗衣機除了節能和靜音化外，還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內容;電磁烹任器利用高頻感應加熱使鍋子直接發熱，沒有燃氣和電加熱的熾熱部分，因此不但安全，還大幅度提高加熱效率，其工作頻率高于聽覺之上，從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。
轉貼于
四、電力電子裝置帶來的危害及對策
電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發生嚴重畸變，不但大大降低了系統的功率因數，還引起了嚴重的諧波污染。
另外，硬件電路中電壓和電流的急劇變化，使得電力電子器件承受很大的電應力，并給周圍的電氣設備及電波造成嚴重的電磁干擾(EM1)，而且情況日趨嚴重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標準，國際電氣電子工程師協會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網會議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標準。我國政府也制定了限制諧波的有關規定[5]。
（一）諧波與電磁干擾的對策
1、諧波抑制
為了抑制電力電子裝置產生的諧波，一種方法是進行諧波補償，即設置諧波補償裝置，使輸入電流成為正弦波[3]。
傳統的諧波補償裝置是采用IC調諧濾波器，它既可補償諧波，又可補償無功功率。其缺點是，補償特性受電網阻抗和運行狀態影響，易和系統發生并聯諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，效果也不夠理想。
電力電子器件普及應用之后，運用有源電力濾波器進行諧波補償成為重要方向。其原理是，從補償對象中檢測出諧波電流，然后產生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流，從而使電網電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網阻抗的影響。
大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術:將多個方波疊加以消除次數較低的諧波，從而得到接近正弦的階梯波。重數越多，波形越接近正弦，但電路結構越復雜。小容量變流器為了實現低諧波和高功率因數，一般采用二極管整流加PWM斬波，常稱之為功率因數校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2、電磁干擾抑制
解決EMI的措施是克服開關器件導通和關斷時出現過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt，目前比較引入注目的是零電流開關(ZCS)和零電壓開關(ZVS)電路。方法是:
(1)開關器件上串聯電感，這樣可抑制開關器件導通時的di/dt，使器件上不存在電壓、電流重疊區，減少了正關損耗;
(2)開關器件上并聯電容，當器件關斷后抑制du/dt上升，器件上不存在電壓、電流重疊區，減少了開關損耗;
(3)器件上反并聯二極管，在二極管導通期間，開關器件呈零電壓、零電流狀態，此時驅動器件導通或關斷能實現ZVS、ZCS動作。
目前較常用的軟件開關技術有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
（二）功率因數補償
早期的方法是采用同步調相機，它是專門用來產生無功功率的同步電機，利用過勵磁和欠勵磁分別發出不同大小的容性或感性無功功率。然而，由于它是旋轉電機，噪聲和損耗都較大，運行維護也復雜，響應速度慢。因此，在很多情況下已無法適應快速無功功率補償的要求。
另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補償裝置。它具有靜止型和響應速度快的優點，但由于其鐵心需磁化到飽和狀態，損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調節以補償負載的不平衡，所以未能占據靜止無功補償裝置的主流。
隨著電力電子技術的不斷發展，使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發展，其中以靜止無功發生器最為優越。它具有調節速度快、運行范圍寬的優點，而且在采取多重化、多電平或PWM技術等措施后，可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是，靜止無功發生器使用的抗器和電容元件小，大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發生器代表著動態無功補償裝置的發展方向。
五、結束語
我們相信，電力電子技術將成為21世紀重要的支柱技術之一，變頻技術在電力電子技術領域中占有重要的地位，近年來在中壓變頻調速和電力牽引領域中的發展引人注目。隨著全球經濟一體化及我國加人世界貿易組織，我國電力電子技術及變頻技術產業將出現前所未有的發展機遇。
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