動態無功補償裝置在港口供電系統中的應用

朱冰

摘要：動態無功補償裝置在港口供電系統中的應用，能夠提高港口供電系統的功率因數，改善港口供電系統的電能質量，減少電能損耗。對此，簡單介紹了動態無功補償裝置的特性，分析了動態無功補償裝置在港口供電系統中的應用。

關鍵詞：港口；供電；動態；無功補償裝置

中圖分類號：U653.95 文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0039－02

港口中大多數的用電設備為感性負載，電網除了向用電設備提供有功功率外，還需要提供大量的無功功率，這就降低了港口供電系統的功率因數，增大了電力系統電流，增加了損耗。

傳統的方法是采用繼電器控制的并聯電容器組，來實現無功功率的自動補償。動態無功補償裝置不同于繼電器控制的并聯電容器組的補償方案遲緩，其響應時間小于1 s，可以在恰當的時間給予系統恰當的無功補償，從而使負載變化劇烈的港口電力系統隨時處于功率因數的較高狀態，在降低損耗的同時也避免了過度補償，提高了系統效率。因此，動態無功補償裝置在港口供電系統中的應用是十分必要的。

在電力系統中，無功功率用來建立磁場，作為交換能量使用，是由電能轉化為磁場，再由磁場轉化換為電能，對外部電路不做功。但是無功功率并不是無用之功——沒有這部分功率，就不能建立感應磁場，電動機變壓器等用電設備就不能正常工作。因此，對無功補償的補償原則是既不能少補，也不能補償過量。

1無功功率及無功補償

變壓器和電機等需要電磁場參與的能量轉換裝置都需要無功功率，它們都是依靠無功功率來建立交變磁場，再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被稱為無功功率。所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，它的功率轉化為電磁場，并不直接轉化為機械能和熱能。因此，在供用電系統中就有了無功需求。

雖然無功功率不直接消耗能量，但是要在電力系統內轉移無功功率就會產生線路損耗。所以，在理論上，就會有靠近無功需求單位設置無功補償的要求。

2動態無功補償裝置與港口供電系統無功負荷的特點

動態無功補償裝置包括靜止無功補償器（SVC）和靜止無功發生器（SVG）兩種。由于其具有快速響應的特性，被廣泛用于負載變化劇烈的場合中。另外，由于其無功補償模組可以根據負荷特性分組設置，做到補償容量按需補給。

港口供電系統一般整體按照二級負荷設置，各種裝卸機械、輔助建筑采用放射式供電。港口的主要無功負荷，例如門機、裝卸橋和龍門吊等，為沖擊性負荷，不但啟停頻繁，而且容量較大。由于其啟停頻繁，傳統的繼電器控制并聯電容器方案存在反應滯后、過補和欠補并存的問題。較大的容量導致港區供電系統整體電能質量較差、損耗嚴重，甚至會影響上級電網的穩定運行。

而動態無功補償裝置與港口裝卸機械的頻繁啟停特性是匹配的，可以及時、適量地為港口供電系統的無功負荷提供補償。

3動態無功補償裝置在港口供電系統中的應用

3.1港口裝卸機械的特點

港口裝卸機械作為港口無功功率缺口的主要來源，港口無功補償的設計和實施主要圍繞裝卸機械的補償展開。以門機為例，其驅動電機有多臺。按工作性質分組可大致分為起升電機組、回轉電機組、俯仰電機組和大車行走電機組四個機構。這四個機構最多會有三個機構同時運作，在小于等于三個機構同時運作的原則下，會有多種工作組態，再加上起升機構負載大小不同，使整個裝卸機械的工作狀態難以準確預判。

3.2港口機械無功功率補償的設置

對于工作狀態復雜的裝卸機械，無功補償設計應以其可能出現的最大無功需求作為動態無功補償的容量參考，而動態無功補償裝置應分組投切。在單臺門機就地補償的情況下，每組最大補償容量不應大于單臺門機單個機構的無功需求，防止過補。當條件允許時，應盡量減少每組補償的容量，以使補償后功率因數平緩變動。

3.3就地補償與集中補償

以往港口裝卸機械不設補償裝置，需要在變電所對裝卸機械進行集中補償。但是，由于裝卸機械的工作特性，裝卸機械的電機處于頻繁的啟停轉換過程，電機較長時間處于功率因數較低的工作狀態，導致裝卸機械整體功率因數較低，這就需要在變電所設置較大容量的集中補償。由于存在大量的無功功率，使得變電所至裝卸機械的工作電流變大，增加了線路損耗。這種集中補償方式可以對港區輔助建筑、皮帶機系統和裝卸機械進行統一補償，可以降低建設費用。

近年來，裝卸機械普遍采用變頻器-電機驅動裝置，使得裝卸機械整體功率因數有較大提高，補償需求減少，在裝卸機械電控間設置動態補償裝置，以達到功率因數要求的方案。這種就地補償方式，在整個港口工程中，會增加較少的建設費用，但是，它將變電所至裝卸機械間的電力損耗減少到最低。若采用機上就地補償，特別是采用380 V供電的門機系統，不僅可以減少電力損耗，還可以降低變電所至門機段電纜的截面要求。從長期運營的角度來看，集中補償是經濟的。

4動態無功補償的兩種形式

SVC是補償裝置，SVG則是無功發生器。SVC的基本原理是利用容性元件電容器和感性元件電抗器的自身性質，來改變電網的功率因數或調節電網電壓；而SVG則是通過自身產生無功電流，來改變電網的功率因數。

就港口工程的使用來看，SVC要較為普遍，而限于價格因素，SVG使用量較少。但是，SVG比SVC在技術上要先進，主要體現在大容量場合SVG系統的體積比SVC小很多。又由于SVG不包含電容器，其可靠性比SVC系統有所提高。

5結束語

在新能源技術取得實質性突破之前，通過節能來達到可持續發展的目的是務實的選擇。通過在港口合適的位置設置動態無功補償裝置，可以減少因無功功率轉移而產生的電能損耗。另外，港口電力系統整體補償到0.9，甚至0.96以上時，可以明顯提高港口供電系統自身的效率，降低港口對上級電力系統的容量需求。

動態無功補償裝置與港口裝卸機械的頻繁啟停特性是匹配的。在港口合理的設置動態無功補償裝置，可以降低電力電纜線芯截面的需求，節約有色金屬。特別是對采用低壓供電的門機系統使用就地補償方式，可以明顯降低電纜線芯截面的要求。參考文獻［1］交通部第一航務工程局勘察設計院.海港工程設計手冊（下冊）［M］.北京：人民交通出版社，1997.〔編輯：李玨〕Application of Dynamic Reactive Power Compensation Device in the Port SystemZhu BingAbstract: The dynamic reactive power compensation device applications in port power supply system, power supply system can improve the power factor of the port, the port power supply system to improve power quality, reduce energy loss. In this regard, a brief introduction to the characteristics of dynamic reactive power compensation device, analyzed the application of dynamic reactive power compensation device in the port system. Key words: port; supply; dynamic; reactive power compensation device