淺談變頻設備配電系統的無功補償問題

王霞

(山西金駒煤電化股份公司王臺熱電分公司，山西 晉城 048006)

淺談變頻設備配電系統的無功補償問題

王霞

(山西金駒煤電化股份公司王臺熱電分公司，山西 晉城 048006)

電力系統的無功補償與無功優化是提升系統穩定水平、系統運行電壓以及減小網損的重要方式，但在電力系統中，往往會遇到包含許多變頻設備的供電電力系統，那么此時的系統補償不可能只是以設備的功率因素作為基礎來思考，而必須從配電系統構成以及變頻特性和電網諧波等多個方面來考慮，一次最終確定好補償的方案。接下來，分析研究了含有變頻設備供電系統無功補償問題。

變頻設備;配電系統;無功補償

1 引言

隨著經濟的發展與科技的進步，使用變頻器進行驅動的系統因為其有著網絡化、調節方便以及節能明顯、維護便捷等優點，已被越來越多的人所使用，但其沖擊性與非線性用電工作方法所帶來的干擾問題一直受到人們的關注。就變頻器來說，它的輸出端與輸入端均會產生高次諧波，其輸入端的諧波會借助輸入電源線對電網產生影響，則此時于系統的電容補償問題上，不能使用傳統的方法。

2 變頻器的特性于結構組成

普通的變頻器主要是由控制回路、平滑回路以及變流器、逆變器四個部分組合而成。借助變頻器把交流變為直流，在經平滑回路進行直流濾波之后，由逆變器把直流變成可以調節頻率的交流［1］。要注意的是，變頻器所輸出頻率與電壓的可調性是利用控制回路來實現的。

就結構來說，變頻器可以分為直接變頻器以及間接變頻器兩種，直接變頻器把工頻交流轉成可控頻率的交流，而中間的直流環節則沒有。而間接變頻器則把工頻電流利用整合期轉為直流，之后再經過逆變器把直流轉化為可控頻率的交流。現階段使用比較多的為間接變頻器。

不管是何種變頻器，均大量使用了二極管以及晶閘管等非線性的電力電子元件，無論使用何種整流方法，變頻器在電網中所吸取能量的主要方式都不是連續性的正弦波，而是用脈動的斷續的方式向電網吸取電流，此種脈動電流于電網的沿路抗阻一起形成脈動電壓降，并疊加于電網的電壓上，以此使得電壓發生畸變。有相關人士研究認為，此種非同期的正弦波電流為基波于頻率比基波大的諧波組合而成。所產生的諧波對于公用電網以及其他系統而言，會帶來一定的危害。

3 無功功率補償的實現方法以及基本原理

為了提升供電設備的效率，以及減少線路電能的損失，世界各地區自上個世紀50年代初已經開始實施無功功率補償的裝置分析研究，主要有以下兩種方法:第一種為在電網上將電容器并聯，利用提升電網的功率因素以實現減少線損、提升供電設備利用率為主要目的;第二種為，于電網上將同步電動機并上，借助改變同步電動機的勵磁電流的方式來改變電路的負載特性［2］。現階段，在工業以及民用的低電壓系統中，第一種方法使用較多。

在實際運用中，因為電路特性可能隨時變化，而為了實現較佳的補償效果。所以必須動態的跟蹤分析電路特性的變化，科學監測電路在電流和電壓的相位差角，然后依據其大小來確定好并聯電容器的值。借助電壓于電流的相位監測，以此判斷是否需將補償電容器并入，或者需要并入幾個，當然，這些均是利用控制裝值自動來完成的。

4 帶有變頻設備的配電系統的無功補償

4.1 配電系統所帶的設備基本上全是變頻設備

在此種情況下，依據變頻器自身的結構性質知道，在其平滑回路中，包含有用在直流濾波中的電容器組，它的電容補償效果致使變頻器其輸出功率因素一般能夠達到0.94以上。所以就整個系統來說，其系統功率因素于變頻器工作下可以達到0.91以上，那么則不需要外加補償裝置，其系統因素自身就能滿足要求。

在以前的設計中，只是根據傳統的做法，于設備自身運行參數進行計算，并設置獨立的電容補償柜，這樣不但增加了成本，同時又會導致系統過補償。同時，因為大量變頻器的使用，系統會出現大量的高次諧波，此類諧波很容易危害電容柜組［3］。而此時，若考慮諧波對于電氣設備和電網的危害，就必須設置獨立的濾波裝置。

4.2 配電系統所帶的負荷部分是變頻設備，剩下的是正常負荷

經過計算分析，在部分變頻設備的輸出功率都大于0.91的情況下，其配電系統中的功率還是沒能滿足設計要求，那么就需要外加獨立的電容補償柜。不過需要注意的是，以前的投切式的電容補償柜于本研究中不可使用，主要原因是:因為變頻器的使用，其電網中的諧波往往較多，而電容器的容抗會隨著頻率的不斷上升而慢慢降低，而電源阻一般是感性的，它會隨著上升而增強，所以，電容器容易進入至很大的諧波電流中，以此導致電容器發熱，最終影響電容器的壽命。同時，還有一個嚴重的問題，就低壓側來說，變壓器的抗感和電容器的容抗與剩余的電網電感于接近某一段諧波頻率時，則會形成一個震蕩回落。如果此回路的固有頻率和電流諧波的頻率發出重合，那么會導致供電回路過載，嚴重時會引發電容器燒毀。

遇到這種問題時，可以在電容器的回路中串聯起一個電感，這能有效的防止出現諧振，同時可以吸收高次的諧波電流，另外，串入的電感容量必須通過計算，以此達到和電容器相匹配。

不過對于大容量的變頻設備其補償，因為電感的無聊尺寸以及調諧電抗以及電容器組的局限性，就必須使用專用的諧波過濾器，它不但能有效的防止串并聯諧振，同時還能吸取大量的諧波電流。與此同時，自身的電容補償能力亦能有效提升系統功率因素，這樣就不需要再設置獨立的電容補償裝置。不過，因為此種裝置價格較高，現階段還不能普及。

5 原因及選擇方式

電力系統中最常見一些用電設備比如變壓器以及電動機等，這些設備大都是感性負荷，于運行過程必須向此類設備提供對應的無功功率。假若由發電單位直接向客戶提供所需要的大量的無功功率，可能會導致電線路以及變壓器由于傳輸大量的無功功率導致出現大量的電能被損耗［4］。所以為了最大程度的減少無功功率的輸送損耗，以此提升配電設備的效率，必須依據分級補償以及就地平衡的辦事原則，科學布局。

原則上來說，無功補償最佳的方式就是哪里需要就在哪里補償，其整個系統將不會出現無功電流的流動，不過在實際電網中，是不可能可以做到這點的。不管是輸電線路還是變壓器，都需要無功。因此實際電網中，在補償設備合理的安裝位置來說有下面幾種補償方式:第一種方法，于變電站母線集中的安裝并聯電容器組;第二，于高低壓的配電線路中將其并聯電容器組分散的安裝;第三，于單臺電動機的地方安裝其并聯電容器。

6 結束語

在濾波器實際的使用過程中，原則上必須在對系統諧波的電流實施測量之后，依照諧波的含量高低決定補償以及濾波方案。通常最好是預先留出濾波柜的位置，之后于系統試運行之后由專門的公司依照測量結果來決定其濾波器的使用容量大小。這樣不但能夠提升精確性，同時又能有效的節省投資成本。另外，在過程的設計中，應該盡量選取自身帶有濾波設備的變頻器，最大限度的減少系統的諧波電流。

［1］ 劉穎，侯少海，張純江．一種無諧波檢測的并聯混合型APF的仿真研究［J］．內蒙古科技大學學報，2010(3)．

［2］ 王建華，范鵬，徐榮青，等．采用雙DSP控制的并聯型有源電力濾波器［J］．江蘇科技大學學報(自然科學版)，2010(1)．

［3］ 范瑞祥，涂春鳴，羅安．基于配網的無功和諧波綜合補償裝置的設計仿真和應用研究［J］．高壓電器，2009(1)．

［4］ 王金全，楊守城，郭鐵英，等．供電系統的無功補償與諧波抑制［J］．解放軍理工大學學報(自然科學版)，2009(6)．

The Reactive Com pensation Problem of the Distrubition
System of Variable Frequency Equipment

WANG Xia

(Wangtai Themoelectric Branch Company，Shanxi Jinju Electrochemical Coal Co．，Ltd．，Jincheng 048006，China)

Reactive compersation and reactive optimum of the power system are an importantway to increase stable system level，system running voltage and decrase the network losses．In the power system，there are a lot of variable frequency equipments in the power supply system，So then the system compensation can not only be as an equipment power factor to be thought，theymust be considered inmany respects from the distrubition system form，variable frequency characteristic and electric network harmonic．It analyzes and studies the reactive compensation of the power supply system including the variable frequency equipment．

variable frequency equipment;dlistrubition system;reactive compensation

TM72

B

1004－289X(2013)03－0008－03

2013－04－11