無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?/h1>
2013-12-31 00:00:00張慶玉
中外企業(yè)文化 2013年11期
【文章摘要】
對(duì)于用電設(shè)備的功率因數(shù)，其用途可以對(duì)測(cè)算電能損失。在實(shí)際中現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)可以對(duì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其滿(mǎn)足電路要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的。本文分析了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤徒陙?lái)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脩?yīng)用方式，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，在低壓的電網(wǎng)中和耗電設(shè)備中節(jié)約電能達(dá)到提高功率因數(shù)的目的已成為一種必然趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】
無(wú)功補(bǔ)償；補(bǔ)償手段；功率因數(shù)
1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕局R(shí)
無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?/p>
有功功率，無(wú)功功率為電網(wǎng)輸出功率的內(nèi)容。機(jī)械設(shè)備通過(guò)能的轉(zhuǎn)化直接將電能轉(zhuǎn)化為人們?nèi)粘Ｋ璧臋C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，并利用這些能直接為人們工作，通過(guò)用電器做功的形式，其中能的轉(zhuǎn)化功率稱(chēng)為有功功率！若電能可以與其他形式的能在電網(wǎng)中進(jìn)行往復(fù)性的相互轉(zhuǎn)換，必要時(shí)候還可為電氣設(shè)備做功提供一定的能！則此過(guò)程的轉(zhuǎn)化功率稱(chēng)為無(wú)功功率，此電能大多于電磁元件建立磁場(chǎng)，電容器建立電場(chǎng)時(shí)所占用。電流在電感，電容元件中做功時(shí)，電流電壓不同相位！電流滯后電壓90℃。是電流在電感原件中做功。若超前則是于電容元件中做功。同一電路中，電感可通直隔交，而電容則通交隔直，所以二者電流反向相位反向。利用此原理，若于電磁元件電路中合理配置電感，電容元件，利用其電流方向的性質(zhì)，讓其電流相互抵消，使相位差縮小，即可達(dá)到更加有效的利用電能做功的目的，這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡览怼?/p>
在電路中，需要無(wú)功功率的都是感性負(fù)荷，感性元件和容性元件接入同一電路中既為無(wú)功補(bǔ)償。因容性裝置儲(chǔ)能多，在電路中釋放能量，釋放的能量由感性負(fù)荷吸收。在此過(guò)程中能量得到轉(zhuǎn)化。因?yàn)楦行载?fù)荷需要的無(wú)功功率能從容性裝置中得到補(bǔ)償，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償。（1）
2 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
根據(jù)補(bǔ)償方式的不同，有三種劃分，調(diào)感式設(shè)備，調(diào)容式設(shè)備及靜止無(wú)功發(fā)生器設(shè)備。前二種屬于無(wú)源式補(bǔ)償裝置，靜止無(wú)功發(fā)生器屬于有源發(fā)生裝置。現(xiàn)今使用較廣的是無(wú)源補(bǔ)償裝置，而以調(diào)容式為主，因?yàn)檎{(diào)感式裝置一般裝有鐵芯，而采用調(diào)容裝置一般占地較小，成本較低。此外，要想改變晶閘管的補(bǔ)償容量可調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，此種方式既為調(diào)感式補(bǔ)償，而電網(wǎng)中，大多時(shí)候都是需要補(bǔ)償容性的無(wú)功功率，采用調(diào)感式須串聯(lián)比較大的電容，因此，負(fù)荷側(cè)主要采用調(diào)容式，比較大的電能傳輸系統(tǒng)則采用調(diào)感式。靜止無(wú)功發(fā)生器是較為新型的補(bǔ)償裝置，其可補(bǔ)償容性無(wú)功功率，又可補(bǔ)償感性無(wú)功功率。是新一代的無(wú)功補(bǔ)償裝置。（4）
2.1 交流斬波無(wú)功補(bǔ)償器
在傳統(tǒng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容的基礎(chǔ)上，在電網(wǎng)和電力電容器之間加入一個(gè)交-交變頻接口電路的控制，得到一超前電網(wǎng)電壓90°，可通過(guò)對(duì)對(duì)容性電流的幅值調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)交流網(wǎng)側(cè)感性無(wú)功功率的連續(xù)動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。最終使得網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1.交流斬波無(wú)功補(bǔ)償器主要由網(wǎng)側(cè)濾波器，交-交斬波器及補(bǔ)償電容器組成。
2.2 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)木чl管投切電容器（TSC）
對(duì)于電網(wǎng)中的無(wú)功功率進(jìn)行的方法有多種，而大多采用裝設(shè)補(bǔ)償晶閘管投切電容器。因?yàn)榫чl管電流的特殊性，將二個(gè)晶閘管反并聯(lián)即可將電容器和電網(wǎng)分開(kāi)的作用，此法用于晶閘管投切電容器設(shè)備中。當(dāng)電網(wǎng)的無(wú)功功率欠佳時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，電容器接到電網(wǎng)中，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。若晶閘管關(guān)斷，則電容器脫離電網(wǎng)，此時(shí)電路不需要補(bǔ)償。
晶閘管投切電容器的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)方式的實(shí)現(xiàn)，如高頻率的開(kāi)通與關(guān)斷，且在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中，沒(méi)有觸點(diǎn)可避免開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的電弧，燃燒觸點(diǎn)。而且因其響應(yīng)速度快，控制精度得以有效提高。晶閘管投切電容器由于其他開(kāi)關(guān)在于，晶閘管響應(yīng)要快得多，可以提高控制精度。更加方便的實(shí)現(xiàn)零電壓投切控制，另外，出于其響應(yīng)速度的提高，一些最新的投切控制理論，也可以方便的用于實(shí)踐中（2）.
2.3 以補(bǔ)償感性無(wú)功功率的混合靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器[HSTATCOM]
[HSTATCOM]由無(wú)源和有源部分組成，晶閘管投切電容器結(jié)構(gòu)（TSC）為無(wú)源部分主要內(nèi)容，投切開(kāi)關(guān)為晶閘管與二極管反并聯(lián)組成的雙向開(kāi)關(guān)。可保證電容器組無(wú)過(guò)度投切。抑制涌流，防止諧波放大的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)于電容器回路中串聯(lián)電抗器。有緣部分（STATCOM）采用電壓源型逆變器，直流側(cè)利用電容器維護(hù)電壓恒定，逆變器與電抗串聯(lián)接入系統(tǒng)。為得到逆變器輸出的連續(xù)可調(diào)的感性，容性及無(wú)功電流保持系統(tǒng)頻率因數(shù)的100%，可根據(jù)系統(tǒng)電壓，負(fù)荷電流及電流信號(hào)控制逆變器的電壓的幅值和相位。
2.4 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器（DSTATCOM）
近年來(lái)一種新型補(bǔ)償器在配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)整中得到了廣泛的應(yīng)用，即動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器憑借其補(bǔ)償能力強(qiáng)，補(bǔ)償范圍廣，性?xún)r(jià)比高，且可對(duì)電網(wǎng)電壓閃變，電壓跌落，三相不平衡等電壓質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)奪穎而出！最為顯要的是其能綜合補(bǔ)償負(fù)載端的功率因數(shù)低的問(wèn)題。
在不考慮電阻和電感損耗的情況下動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器不需要從電網(wǎng)吸收有功功率故系統(tǒng)電壓和逆變器的交流側(cè)電壓同相位，通過(guò)改變二者得相位差就可以改變連接電抗器上的電壓，進(jìn)而控制其電流的大小和方向。而實(shí)際應(yīng)用中由于連接電抗器和開(kāi)關(guān)器件本身的損耗，及輸電線(xiàn)路得阻抗，管壓降等原因，系統(tǒng)電壓和逆變器交流側(cè)電壓，不可能等相位。由此帶來(lái)的損耗，歸算到交流側(cè)等效電阻，逆變器本身不需要消耗有功能量，這個(gè)能量由電網(wǎng)電壓提供。若想利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器補(bǔ)償無(wú)功功率的大小和性質(zhì)，可通過(guò)改變動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的輸出交流電壓幅值的大小及與電網(wǎng)電壓的相位的差值。以達(dá)到目的。
3 結(jié)論
文中主要介紹了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的原理，介紹了現(xiàn)今社會(huì)對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用手段，對(duì)于近年來(lái)較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償方式的介紹，及各種補(bǔ)償方式對(duì)功率因數(shù)的影響以達(dá)到補(bǔ)償技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、合理性、安全可靠性，達(dá)到節(jié)約的目的。
【參考文獻(xiàn)】
[1]賈時(shí)平，劉桂英編著.靜止無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)[M].北京中國(guó)電力出版社，2006
[2]李耀斌.基于DSP的TSC型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究[D].西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009
[3]張軍利.基于DSP的配電系統(tǒng)同步補(bǔ)償器（DSTATCOM）得研究[D].西安理工大學(xué)，2007
[4]何一浩，王樹(shù)民.TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)評(píng)述[J].中國(guó)電力，2010年，第10期
【文章摘要】
對(duì)于用電設(shè)備的功率因數(shù)，其用途可以對(duì)測(cè)算電能損失。在實(shí)際中現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)可以對(duì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其滿(mǎn)足電路要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的。本文分析了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔煤徒陙?lái)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脩?yīng)用方式，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，在低壓的電網(wǎng)中和耗電設(shè)備中節(jié)約電能達(dá)到提高功率因數(shù)的目的已成為一種必然趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】
無(wú)功補(bǔ)償；補(bǔ)償手段；功率因數(shù)
1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕局R(shí)
無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?/p>
有功功率，無(wú)功功率為電網(wǎng)輸出功率的內(nèi)容。機(jī)械設(shè)備通過(guò)能的轉(zhuǎn)化直接將電能轉(zhuǎn)化為人們?nèi)粘Ｋ璧臋C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，并利用這些能直接為人們工作，通過(guò)用電器做功的形式，其中能的轉(zhuǎn)化功率稱(chēng)為有功功率！若電能可以與其他形式的能在電網(wǎng)中進(jìn)行往復(fù)性的相互轉(zhuǎn)換，必要時(shí)候還可為電氣設(shè)備做功提供一定的能！則此過(guò)程的轉(zhuǎn)化功率稱(chēng)為無(wú)功功率，此電能大多于電磁元件建立磁場(chǎng)，電容器建立電場(chǎng)時(shí)所占用。電流在電感，電容元件中做功時(shí)，電流電壓不同相位！電流滯后電壓90℃。是電流在電感原件中做功。若超前則是于電容元件中做功。同一電路中，電感可通直隔交，而電容則通交隔直，所以二者電流反向相位反向。利用此原理，若于電磁元件電路中合理配置電感，電容元件，利用其電流方向的性質(zhì)，讓其電流相互抵消，使相位差縮小，即可達(dá)到更加有效的利用電能做功的目的，這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡览怼?/p>
在電路中，需要無(wú)功功率的都是感性負(fù)荷，感性元件和容性元件接入同一電路中既為無(wú)功補(bǔ)償。因容性裝置儲(chǔ)能多，在電路中釋放能量，釋放的能量由感性負(fù)荷吸收。在此過(guò)程中能量得到轉(zhuǎn)化。因?yàn)楦行载?fù)荷需要的無(wú)功功率能從容性裝置中得到補(bǔ)償，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償。（1）
2 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
根據(jù)補(bǔ)償方式的不同，有三種劃分，調(diào)感式設(shè)備，調(diào)容式設(shè)備及靜止無(wú)功發(fā)生器設(shè)備。前二種屬于無(wú)源式補(bǔ)償裝置，靜止無(wú)功發(fā)生器屬于有源發(fā)生裝置。現(xiàn)今使用較廣的是無(wú)源補(bǔ)償裝置，而以調(diào)容式為主，因?yàn)檎{(diào)感式裝置一般裝有鐵芯，而采用調(diào)容裝置一般占地較小，成本較低。此外，要想改變晶閘管的補(bǔ)償容量可調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，此種方式既為調(diào)感式補(bǔ)償，而電網(wǎng)中，大多時(shí)候都是需要補(bǔ)償容性的無(wú)功功率，采用調(diào)感式須串聯(lián)比較大的電容，因此，負(fù)荷側(cè)主要采用調(diào)容式，比較大的電能傳輸系統(tǒng)則采用調(diào)感式。靜止無(wú)功發(fā)生器是較為新型的補(bǔ)償裝置，其可補(bǔ)償容性無(wú)功功率，又可補(bǔ)償感性無(wú)功功率。是新一代的無(wú)功補(bǔ)償裝置。（4）
2.1 交流斬波無(wú)功補(bǔ)償器
在傳統(tǒng)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容的基礎(chǔ)上，在電網(wǎng)和電力電容器之間加入一個(gè)交-交變頻接口電路的控制，得到一超前電網(wǎng)電壓90°，可通過(guò)對(duì)對(duì)容性電流的幅值調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)交流網(wǎng)側(cè)感性無(wú)功功率的連續(xù)動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。最終使得網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1.交流斬波無(wú)功補(bǔ)償器主要由網(wǎng)側(cè)濾波器，交-交斬波器及補(bǔ)償電容器組成。
2.2 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)木чl管投切電容器（TSC）
對(duì)于電網(wǎng)中的無(wú)功功率進(jìn)行的方法有多種，而大多采用裝設(shè)補(bǔ)償晶閘管投切電容器。因?yàn)榫чl管電流的特殊性，將二個(gè)晶閘管反并聯(lián)即可將電容器和電網(wǎng)分開(kāi)的作用，此法用于晶閘管投切電容器設(shè)備中。當(dāng)電網(wǎng)的無(wú)功功率欠佳時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，電容器接到電網(wǎng)中，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。若晶閘管關(guān)斷，則電容器脫離電網(wǎng)，此時(shí)電路不需要補(bǔ)償。
晶閘管投切電容器的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)方式的實(shí)現(xiàn)，如高頻率的開(kāi)通與關(guān)斷，且在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中，沒(méi)有觸點(diǎn)可避免開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的電弧，燃燒觸點(diǎn)。而且因其響應(yīng)速度快，控制精度得以有效提高。晶閘管投切電容器由于其他開(kāi)關(guān)在于，晶閘管響應(yīng)要快得多，可以提高控制精度。更加方便的實(shí)現(xiàn)零電壓投切控制，另外，出于其響應(yīng)速度的提高，一些最新的投切控制理論，也可以方便的用于實(shí)踐中（2）.
2.3 以補(bǔ)償感性無(wú)功功率的混合靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器[HSTATCOM]
[HSTATCOM]由無(wú)源和有源部分組成，晶閘管投切電容器結(jié)構(gòu)（TSC）為無(wú)源部分主要內(nèi)容，投切開(kāi)關(guān)為晶閘管與二極管反并聯(lián)組成的雙向開(kāi)關(guān)。可保證電容器組無(wú)過(guò)度投切。抑制涌流，防止諧波放大的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)于電容器回路中串聯(lián)電抗器。有緣部分（STATCOM）采用電壓源型逆變器，直流側(cè)利用電容器維護(hù)電壓恒定，逆變器與電抗串聯(lián)接入系統(tǒng)。為得到逆變器輸出的連續(xù)可調(diào)的感性，容性及無(wú)功電流保持系統(tǒng)頻率因數(shù)的100%，可根據(jù)系統(tǒng)電壓，負(fù)荷電流及電流信號(hào)控制逆變器的電壓的幅值和相位。
2.4 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器（DSTATCOM）
近年來(lái)一種新型補(bǔ)償器在配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)整中得到了廣泛的應(yīng)用，即動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器憑借其補(bǔ)償能力強(qiáng)，補(bǔ)償范圍廣，性?xún)r(jià)比高，且可對(duì)電網(wǎng)電壓閃變，電壓跌落，三相不平衡等電壓質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)奪穎而出！最為顯要的是其能綜合補(bǔ)償負(fù)載端的功率因數(shù)低的問(wèn)題。
在不考慮電阻和電感損耗的情況下動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器不需要從電網(wǎng)吸收有功功率故系統(tǒng)電壓和逆變器的交流側(cè)電壓同相位，通過(guò)改變二者得相位差就可以改變連接電抗器上的電壓，進(jìn)而控制其電流的大小和方向。而實(shí)際應(yīng)用中由于連接電抗器和開(kāi)關(guān)器件本身的損耗，及輸電線(xiàn)路得阻抗，管壓降等原因，系統(tǒng)電壓和逆變器交流側(cè)電壓，不可能等相位。由此帶來(lái)的損耗，歸算到交流側(cè)等效電阻，逆變器本身不需要消耗有功能量，這個(gè)能量由電網(wǎng)電壓提供。若想利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器補(bǔ)償無(wú)功功率的大小和性質(zhì)，可通過(guò)改變動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器的輸出交流電壓幅值的大小及與電網(wǎng)電壓的相位的差值。以達(dá)到目的。
3 結(jié)論
文中主要介紹了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的原理，介紹了現(xiàn)今社會(huì)對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用手段，對(duì)于近年來(lái)較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償方式的介紹，及各種補(bǔ)償方式對(duì)功率因數(shù)的影響以達(dá)到補(bǔ)償技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、合理性、安全可靠性，達(dá)到節(jié)約的目的。
【參考文獻(xiàn)】
[1]賈時(shí)平，劉桂英編著.靜止無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)[M].北京中國(guó)電力出版社，2006
[2]李耀斌.基于DSP的TSC型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究[D].西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009
[3]張軍利.基于DSP的配電系統(tǒng)同步補(bǔ)償器（DSTATCOM）得研究[D].西安理工大學(xué)，2007
[4]何一浩，王樹(shù)民.TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)評(píng)述[J].中國(guó)電力，2010年，第10期
