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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇無功功率補償，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：TM46文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）07-0110-02
一、無功功率和功率因數的定義
（一）有功功率和無功功率
在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為機械能、光能、熱能等的電功率。無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，但是只要有電磁線圈的電氣設備，就要消耗無功功率。
（二）功率因數
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，這個相位差（Φ）的余弦叫做功率因數，用符號cosΦ表示，在數值上功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。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。只有把電路中的無功功率降到最小，才能將視在功率大部分用來供給有功功率，改善供電效率。
二、無功功率的產生和作用
（一）無功功率的產生
在具有電感或電容的電路中，在每半個周期內，電感（或電容）把電源能量變成磁場（或電場）能量貯存起來，然后再把貯存的磁場（或電場）能量釋放返回給電源。這種情況下只是進行能量的交換，并沒有真正消耗能量，我們把這個交換的功率值稱為無功功率。正因為如此，無功功率比較抽象，它在電路中來回流動。盡管無功功率說明一個元件的平均功率為零，但它代表了在電感或電容中儲存及釋放磁場能量或電場能量所需要的真實功率。電力網中，在電源、電感元件和電容元件之間發生能量的交換。與無功功率相關的能量是儲存的電感性及電容性能量之和。
（二）無功功率的作用
無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。
三、無功功率的危害
盡管無功功率說明一個元件的平均功率為零，但它代表了在電感或電容中儲存及釋放磁場能量或電場能量所需要的真實功率。電力系統中某些點之間由于無功功率不斷來回地交換引起發電、輸電及供配電設備上的電壓損耗及功率損失。由于電力系統的效率及電壓調整十分重要，因此無功功率在電力系統的傳輸是頭等重要的。
無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加，也降低了發電機的有功功率的輸出，降低了輸變電設備的供電能力。無功功率的增加，使總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，這是顯而易見的。無功功率的增加，使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。
無功功率還造成了低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。所以我們要盡量減小無功功率的影響：（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。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；（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）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。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，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。
當然，上述這些措施只是從一定程度上減小了無功功率的危害，如果要從根本上減小無功功率的影響，改善功率因數的話，我們需要引入無功功率補償技術。
四、無功功率補償
（一）無功功率的補償原理
設補償后無功功率為Qc,使電源輸送的無功功率減少為Q’=Q-Qc,功率因數由cosΦ提高到cosΦ’,視在功率S減少到S’,視在功率的減小可相應減小供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設備的投資。
可知，采用無功補償措施后，因為通過電力網無功功率的減少，降低了電力網中的電壓損耗，提高了用戶的電壓質量。由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此越靠近線路末端裝設無功補償裝置效果越好。
（二）無功補償的作用
1．提高電網及負載的功率因數，降低設備所需容量，減少不必要的損耗；
2．穩定電網電壓，提高電網質量，而在長距離輸電線路中安裝合適的無功補償裝置可提高系統的穩定性及輸電能力；
3．在三相負載不平衡的場合，可對三相視在功率起到平衡作用。
（三）低壓網無功補償的一般方法
低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點：
1．隨機補償。隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償磁無功為主，此種方式可較好地限制農網無功峰荷。
隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等特點。
2．隨器補償。隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網同價。
隨器補償的優點是：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。
3．跟蹤補償。跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。
跟蹤補償的優點是：運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。
五、結論
本文簡單討論了無功功率的定義、產生，分析了無功功率的作用及危害，并從原理上分析了無功補償技術，探討了幾種低壓無功補償技術的優缺點。本文對于了解無功功率以及進行無功補償具有一定的指導意義。
參考文獻
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關鍵詞：電網；無功補償；方法
中圖分類號：F407.6文獻標識碼： A
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。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原因
（1）大量的感性設備，如異步電動機等設備是無功功率的主要消耗者。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。
（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）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。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，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。
2無功補償的一般方法
無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。
（1）低壓個別補償。低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。
（2）低壓集中補償。低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。
（3）高壓集中補償。高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。
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。
（1）合理使用電動機。
（2）提高異步電動機的檢修質量。
（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"。
（4）合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運行方式：對負載率比較低的配電變壓器，將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。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，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電壓，滯后于電感電壓，由此可視為向電網提供無功功率： Q=U/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。
（5）靜止無功發生器。它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。 與靜止無功補償器相比，靜止無功發生器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。
5結束語
分析了影響功率因數的主要因素，并提出了提高功率因數的幾種方法，討論了目前所通用的幾種無功電源及其特點。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。
關鍵詞：煤礦井下；無功功率；檢測與補償
Abstract: combining the current situation of the coal mine underground power grid, to all sorts of reactive compensation schemes are compared, in the instantaneous reactive power theory basis, put forward based on the thyristor controlled reactor compensation scheme. The circuit structure is simple, fast dynamic response, can improve the whole underground power grid power factor.
Keywords: coal mine underground; Reactive power; Detection and compensation
中圖分類號 TM714.3 文獻標識碼 A 文章編號2011-03（03）1821
在煤礦用電負荷中,提升機、皮帶運輸機等頻繁啟動的大功率沖擊負荷,會對煤礦電網造成無功沖擊,而這些大功率沖擊負荷必須要提供無功功率。因此,如何解決好無功補償問題對煤礦具有極為重要的意義。目前，一般煤礦電網的無功補償是在地面上中央變電站母線上裝設電容器組進行集中補償,其主要缺點是只能補償10kV母線前供電線路上的無功功率，母線后的井下電網并沒有得到補償；并且這種補償方式只能輸出固定無功功率，對于煤礦大量短時循環工作制的負載，會出現過補償或欠補償。
煤礦大功率、沖擊性負荷必須就地補償無功功率，隨著電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用，交流無觸點開關SCR、GTR、GTO等的出現，將其作為投切開關，速度可以提高到10us以下，對任何系統參數，無功補償都可以在一個周波內完成，而且可以進行單相調節[2,3]。本文采用晶閘管控制電抗器(TCR)進行動態無功補償，它可根據負載無功的變化進行動態補償，使電網始終處于最佳狀態。
1 無功功率對煤礦井下電網的影響
煤礦井下電網的安全穩定運行，與無功功率調節是分不開的。無功功率的增加，會導致電流增大，因而使設備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產生劇烈波動，導致供電質量嚴重降低。電壓是衡量電能質量的一個重要指標。當電壓過高時，會對負荷的運行帶來不良影響，有時會引起電力系統電壓崩潰；電壓降低時，會使電網中的有功功率損耗和能量損耗增加，危及電力系統穩定性。以煤礦中大量應用的異步電動機為例，其功率因數隨電壓變化而變化，電壓下降時，由于異步電動機轉矩與電壓的平方成正比，電壓下降越大，電動機的轉差率越大，定子和轉子的電流就越大，電動機溫度上升的也越快，嚴重時可燒壞電動機；電壓升高時，電動機鐵芯中的磁通密度增大，逐漸趨于飽和，從而導致激磁電流與鐵芯損耗大大增加，使設備過熱，效率下降，電氣設備加速老化和損壞。從以上分析可以看出，電壓偏移對電網和電力設備的影響非常大，維持電壓在合理的范圍內，關系到煤礦井下各種供電設備的安全運行。
2 各種無功補償方式
2.1同步調相機
同步調相機是空載運行的同步電機，它裝有自勵裝置，能在欠勵或過勵的情況下吸收或發出無功功率，主要優點是能根據電壓大小平滑地調節輸入和輸出無功功率；其主要缺點是投資大、有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢、只能固定安裝在中心變電站，應用有較大的局限，現已逐漸退出運行。
2.2并聯電容器
并聯電容器是用得最多的一種無功功率補償設備，它應用范圍廣，既可以集中安裝在中心變電站，也可以分散安裝在電力負荷處；可根據所需無功的多少，自動切投電容，是一種性能優越的無功補償方法。但是電容器的投切是有限的，它不能動態跟蹤系統所需無功功率的變化，易出現過補償或欠補償現象。
2.3并聯電抗器
為了防止線路輕負荷運行時，線路電壓升高，一般裝設并聯電抗器吸收線路的無功功率，同時，并聯電抗器也可用來限制由于突然減負荷或接地故障引起的過電壓，保護設備的絕緣安全。
2.4靜止補償器
調相機、電容器、電抗器是對電力系統靜態無功功率的補償，靜止補償器主要用于動態無功功率的補償，它最大特點是調節快速。靜止補償器實際上是將可控電抗器與電容器并聯使用，電容器發出無功功率，電抗器吸收無功功率，其控制系統由可控電子器件實現，響應速度快，主要用于動態沖擊負荷的補償，迅速改變所輸出無功功率的性質，保持電壓恒定。
3 瞬時無功功率的檢測
瞬時無功功率理論亦稱p-q理論，是以電壓和電流在α-β坐標系下進行坐標變換為基礎，建立瞬時有功功率p和無功功率q。
設三相電壓和電流的瞬時值分別為νa，νb、νc和ia、ib、ic。把它們轉換到α-β兩相正交的坐標系下，可得兩相瞬時電壓να、νβ、和兩相瞬時電流iα、iβ，矢量圖如圖l所示，其轉換公式如下：
式中
由矢量圖l可知，在α-β坐標系下，να、νβ和iα、iβ又可由矢量V和I表示：
ν=να+νβ=V∠φe
i=iα+iβ=I∠φi
式中V、I分別是ν、i的模，φe和巾φi分別為電壓電流的幅角。
圖1α-β正交坐標系
由有功功率和無功功率的定義可知，有功功率p和無功功率q如下式表示：
p=νicosφ
q=νisinφ(4)
式中φ=φe-φi。
把(3)代入(4)可得：
式中
基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測原理圖如圖2所示，它可根據瞬時無功功率定義計算出瞬時有功功率p和無功功率q。
圖2瞬時無功功率檢測圖
4動態無功補償裝置原理
對煤礦大功率、沖擊性負荷，必須就地補償無功功率，就地無功補償的優點是能夠針對負荷的運行情況進行無功補償，減小了井上變電站向大功率、沖擊性負荷輸送的無功功
率，同時也能夠減少沖擊性負荷向礦井電網中注入的諧波。本文采用TCR動態無功補償裝置，TCR的單相原理圖如圖3所示，它能根據沖擊性負荷的工作特點隨時調整所補償的無功功率。
圖3 TCR補償器結構圖
圖3中，兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，分別作單相交流半波開關運行，其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網中相當于交流調壓器電路接電感性負載。晶閘管
T1在電壓的正半波導通，而晶閘管T2在供電電壓的負半波導通，晶閘管的觸發角以其兩端之間電壓的過零時刻作為計算的起點，觸發角α的可控范圍是90°~180°。當觸發角從90°變到接近180°時，TCR中的電流呈非連續脈沖形，對稱分布于正半波和負半波。當觸發角為180°時，電流減少到零，此時電抗器吸收的無功電流最大。當觸發角低于90°時，將在電流中引入直流分量，從而破壞兩個反并聯閥支路的對稱運行。通過控制晶閘管的觸發延遲角，可以連續調節流過電抗器的電流，相當于改變電抗器的等效電抗器。所以通過調整觸發角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達到調整無功功率的效果，電壓電流特性如圖4所示。
圖4 TCR電壓電流特性
5結論
通過對各種無功補償的優缺點闡述，詳細描述了煤礦電網中沖擊性負荷進行動態就地補償的原因，敘述了瞬時無功功率檢測的基本原理，提出了對沖擊負荷進行動態就地補償的想法，該技術的應用可對煤礦電網的良好運行起到很大作用。
參考文獻
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關鍵詞:無功功率;功率因數;動態補償;投切方式
中圖分類號:TM761文獻標識碼:A
文章編號:1009-2374 (2010)24-0109-03
無功功率補償裝置在電力供電系統中承擔著提高電網的功率因數、降低損耗、提高效率、改善供電環境的重要作用,我國的電力浪費是很驚人的。有些地區電網質量嚴重超標,要改善這一狀況,從電力設計部門到供電部門,再到用戶都要認真對待,對于所處的供電系統,它所提供的電網質量如何?電損多少?這個系統的負載對電網造成什么樣的影響等,掌握了這些就可以做到合理的設計或改造這個供電系統。其中重要的一環就是選擇無功功率補償裝置。合理選擇補償裝置,可以做到最大限度的減少網絡損耗,使電網質量提高。若選擇或使用不當,則可能造成供電系統電壓波動,諧波增大等。下面僅就低壓無功補償裝置的特點及其使用注意事項做一些描述。
1按投切方式分類
1.1延時投切方式
延時投切方式即人們熟稱的”靜態”補償方式。這種投切依靠于傳統接觸器的動作,當然用于投切電容的接觸器專用的,它具有抑制電容的涌流作用,如CJ-19、CJX-2C等,延時投切的目的在于防止接觸器過于頻繁的動作時,電容器造成損壞,更重要的是防備電容不停的投切導致供電系統振蕩,這很危險。當電網的負荷呈感性時,如電動機、電焊機等負載,這時電網的電流滯后電壓一個角度,當負荷呈容性時,如過量的補償裝置的控制器,這時電網的電流超前于電壓的一個角度,即功率因數超前或滯后,是指電流與電壓的相位關系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統的物理量,來決定電容器的投切,這個物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率。下面就以功率因數型舉例說明。當這個物理量滿足要求時,如cosΦ超前且>0.98,滯后且>0.95,在這個范圍內,此時控制器沒有控制信號發出,這時已投入的電容器組不退出,沒投入的電容器組也不投入;當檢測到cosΦ不滿足要求時,如cosΦ滯后且
1.2瞬時投切方式
瞬時投切方式即人們熟稱的“動態”補償方式,應該說它是半導體電力器件與數字技術綜合的技術結晶,實際就是一套快速隨動系統,控制器一般能在半個周波至1個周波內完成采樣、計算,在2個周期到來時,控制器已經發出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導通,投切電容器組大約20～30毫秒內就完成一個全部動作,這種控制方式是機械動作的接觸器類無法實現的。動態補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應用前景。現在很多開關行業廠都試圖生產、制造這類裝置且有的生產廠已經生產出很不錯的裝置。當然與國外同類產品相比從性能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。
動態補償的線路方式:
(1)LC串接法原理如圖1所示,這種方式采用電感與電容的串聯接法,調節電抗以達到補償無功損耗的目的。從原理上分析,這種方式響應速度快,閉環使用時,可做到無差調節,使無功損耗降為零。從元件的選擇上來說,根據補償量選擇1組電容器即可,不需要再分成多路。
這應該是非常理想的補償裝置。但由于要求選用的電感量值大,要在很大的動態范圍內調節,所以體積也相對較大,價格也要高一些,再加一些技術的原因,這項技術到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。
(2)采用電力半導體器件作為電容器組的投切開關,較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導體器件,C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關,另一相直接接電網省去一組開關,有很多優越性。
作為補償裝置所采用的半導體器件一般都采用晶閘管,優點是選材方便,電路成熟又很經濟;不足之處是元件本身不能快速關斷,在意外情況下容易燒毀,所以保護措施要完善。當解決了保護問題,作為電容器組投切開關應該是較理想的器件。
動態補償的應用范圍前面已做了簡單介紹,但就其實際的補償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態響應時間,準確的投切功率,還要有較高的自識別能力,這樣才能達到最佳的補償效果。
當控制器采集到需要補償的信號發出一個指令(投入一組或多組電容器的指令),此時由觸發脈沖去觸發晶閘管導通,相應的電容器組就并入線路運行。需要強調的是晶閘管導通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零,以避免涌流造成元件的損壞,半導體器件應該是無涌流投切。當控制指令撤消時,觸發脈沖隨即消失,晶閘管零電流自然關斷。關斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值,必須由放電電阻盡快放電,以備電容器再次投入。
1.3混合投切方式
它是靜態與動態補償的混合,一部分電容器組使用接觸器投切,而另一部分電容器組使用電力半導體器件。這種方式在一定程度上可做到優勢互補,但就其控制技術,目前還見到完善的控制軟件,該方式用于通常的網絡如工礦、小區、域網改造,比起單一的投切方式拓寬了應用范圍,節能效果更好。補償裝置選擇非等容電容器組,這種方式補償效果更加細致,更為理想。還可采用分相補償方式,可以解決由于線路三相不平行造成的損失。
在無功功率補償裝置的應用方面,選擇那一種補償方式,還要依電網的狀況而定,首先對所補償的線路要有所了解,對于負荷較大且變化較快的工況,電焊機、電動機的線路采用動態補償,節能效果明顯。對于負荷相對平穩的線路應采用靜態補償方式,也可使用動態補償裝置。對于一些特殊的工作環境就要慎重選擇補償方式,尤其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場合是不能采用動態補償的。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上,電動機啟動也在幾秒鐘以上,而動態補償的響應時間在幾十毫秒,按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內是一個相對的穩態過程,動態補償裝置能完成這個過程。如果線路中沒有出現這么一段相對的穩態過程并能量又有較大的變化,我們把它稱為瞬變或閃變,采用動態補償就要出問題并可能引發事故。
2無功功率補償控制器
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。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇。控制器是無功補償裝置的指揮系統,采樣、運算、發出投切信號,參數設定、測量、元件保護等功能均由補償控制器完成。
2.1功率因數型控制器
功率因數用cosΦ表示,它表示有功功率在線路中所占的比例。當cosΦ=1時,線路中沒有無功損耗。提高功率因數以減少無功損耗是這類控制器的最終目標。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。
“延時”整定,投切的延時時間,應在10～120s范圍內調節“靈敏度”整定,電流靈敏度,不大于0～2A。
投入及切除門限整定,其功率因數應能在0.85(滯后)～0.95(超前)范圍內整定。過壓保護設量、顯示設置、循環投切等功能。
這種采樣方式在運行中既要保證線路系統穩定、無振蕩現象出現,又要兼顧補償效果,這是一對矛盾,只能在現場視具體情況將參數整定在較好的狀態下工作。即使調整的較好,也無法禰補這種方式本身的缺陷,尤其是在線路重負荷時。舉例說明:設定投入門限;cosΦ=0.95(滯后),此時線路重載荷,即使此時的無功損耗已很大,再投電容器組也不會出現過補償,但cosΦ只要不小于0.95,控制器就不會再有補償指令,也就不會有電容器組投入,所以這種控制方式建議不作為推薦的方式。
2.2無功功率(無功電流)型控制器
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。一個設計良好的無功型控制器是智能化的,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,并能對補償裝置進行完善的保護及檢測,這類控制器一般都具有以下功能:四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據負載自動調節切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。
由以上功能就可以看出其控制功能的完備,由于是無功型的控制器,也就將補償裝置的效果發揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時,即使cosΦ已達到0.99(滯后),只要再投一組電容器不發生過補,也還會再投入一組電容器,使補償效果達到最佳的狀態。采用DSP芯片的控制器,運算速度大幅度提高,使得傅里葉變換得到實現。當然,不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內的產品相對于國外的產品還存在一定的差距。
2.3用于動態補償的控制器
對于這種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。由于這類控制器也都基于無功型,所以它具備靜態無功型的特點。
3結論
【關鍵詞】井下供電系統；SVC無功補償；TCR
1.礦山井下供電系統進行無功功率補償的原因
在礦山井下供電系統中大量使用非線性電力負荷，如大功率變壓器、電動機、整流設備、變頻調速設備以及以電力電子器件為核心的電氣設備，這些感性負荷在其運行過程中不僅會消耗大量無功功率，降低功率因數，同時還會產生高次諧波電流，造成供電質量下降，并影響供電系統供電可靠性。
另一方面無功電流的增大還會促使供電線路、用電設備絕緣的加速老化，最終造成供電設備的漏電和短路故障的發生。
2.功率因數與無功功率補償概念
2.1 功率因數
礦山井下供電系統中電動機、變壓器等感性負載，在運行過程中電壓和電流相量間存在著一個相位差，此相位角的余弦cosφ即是通常所說的功率因數，也是供電系統運行有功功率與視在功率間的比值，即cosφ=P/S。功率因數是衡量電力用戶用電設備合理使用狀況、供電電能質量、電能利用效益以及用電管理水平的重要技術和經濟指標。
2.2 無功功率補償
把具有容性負荷的電氣裝置與具有感性負荷的電氣裝置聯接于同一個供電網絡中，當容性裝置釋放能量時，感性負荷吸收能量；而感性負荷釋放能量時，容性裝置也吸收能量，即通過容性和感性裝置的合理搭配，實現能量在裝置間的相互轉換，實現感性負荷在運行過程中所吸收的無功容量由容性裝置輸出的無功功率進行補償，以確保供電系統平衡關系。
3.傳統的無功功率補償方式
傳統的無功功率補償是在供電系統中固定安裝或自動投切方式接入并聯電容器等容性設備。這種無功功率補償方式屬于靜態無功補償方式，其結構簡單，這種補償方式在負荷較為平穩的供電系統中廣泛的應用。但是對于礦山井下供電系統中其改善無功功率的作用非常有限，首先在礦山供電系統中用電負荷隨著采掘面地質條件的不同，負荷變化很快，而并聯補償電容器組，需待放電完全后才能再次投入，至少需要數十秒以上，所以這種無功補償響應時間較長。其次在井下供電系統中無功功率的產生是不斷變化的，而固定投切的并聯補償電容器組其補償能力是固定不變的，無法平滑線性調節無功輸出。第三由于井下地質條件的不同，三相供電系統會出現負載的不平衡現象，即負載電流的偏移，而并聯補償電容器組是三相完全平衡的，這種無功補償無法解決和改善井下供電系統的不平衡度。
4.新型TCR型SVC無功補償
4.1 TCR型SVC無功補償工作原理
TCR型SVC無功補償裝置主要由無源濾波器FC和晶閘管控制電抗器TCR共同組成。諧波濾波回路的主要工作原理為：當LC調諧于高次特征諧波頻率，進而形成高次諧波電流的短路通道，達到諧波濾波抑制效果；對于基波而言，LC回路則會對供電系統提供一定容量的容性無功進行補償，進而起到無功功率動態補償作用。當LC回路在空負荷運行工況下，會出現嚴重過補償問題，因此，采用一個可調電抗（電感）來產生與LC回路產生容性功率相匹配的感性無功功率，從而抵消容性無功功率對供電系統的沖擊作用，確保供電系統運行穩定。TCR型SVC無功補償裝置由3組反向并聯的晶閘管閥、3組并聯電抗器、以及調節控制器3部分共同組成，其工作原理是：利用調節控制器自動跟蹤供電系統中負荷波動情況，然后自動形成調控策略發出與沖擊負荷相匹配的PTCR觸發脈沖，通過觸發脈沖改變晶閘管觸發角，實現改變電抗器的電流量，進而對供電系統實現動態平滑無功功率補償功能。
4.2 TCR型SVC無功補償的特性
4.2.1響應速度
由于TCR型SVC設備采用動態補償方式，由觸發脈沖信號控制晶閘管電抗器，同時SVC設備自身的專用算法及DSP控制芯片等專有技術， SVC設備從脈沖信號產生到晶閘管的補償動作響應時間小于10ms。 4.2.2諧波的治理 TCR型SVC設備中LC調諧于高次特征諧波頻率，進而形成高次諧波電流的短路通道，達到諧波濾波抑制效果，因此SVC設備可以對有效的治理負載產生的諧波。 4.2.3三相不平衡的治理 TCR型SVC設備采用STEINMETZ理論，當電網中三相負荷不平衡時，將不對稱的電流進行分解，通過改變電抗器的電流量，產生正序和負序電流，這當中的負序電流可以起到保護由電力系統中起動元件和自動裝置的負電流產生的誤動作。同時SVC設備還具有良好的分相調節能力，抑制負序電流達70%以上。
4.2.4 設備損耗
由于SVC設備直接安裝在高壓側，工作靠脈沖信號觸發。其工作電流小，其自身的平均損耗為設備補償容量的0.2%～0.3%，這相對于傳統固定電容組的補償模式要節能的多。 4.2.5 調節特性 TCR型SVC通過調節晶閘管的觸發角來改變TCR的無功輸出，其控制精度可以小于0.1電角度，所以可以得到線性平滑的無功輸出。
5.低壓無功功率的補償
上面我們對供電系統的高壓無功功率補償做了闡述，但是礦山井下電動作業設備也許要進行無功功率補償，對于低壓無功功率補償一般采用就地補償，將單臺或多臺低壓電容器組與用電設備并連，通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機吸收電感性設備的無功能量，轉換成有功能量反送回電感設備。這樣從源頭上轉化了無功能量，能夠減少大量的線路損耗能量，提高配變利用率，降低了視在功率。
6.結束語
礦山企業作為傳統的電力消耗大戶，面對我國節能減排重大國策時，礦山企業通過正確選擇礦山井下供電系統的無功補償裝置和技術，不僅可以提高礦井供電系統可靠性和電能利用率，也可以促進礦山企業技術進步，提高和改善自身運營社會經濟效益。我們通過對傳統靜態無功補償與TCR型SVC設備無功補償裝置等比較，并就TCR型SVC設備無功補償的各項性能進行分析，爭取為為礦山供電系統無功功率補償和諧波治理探索出一條成功之路。
【關鍵詞】無功功率；補償；單片機
1.引言
由于電網中大量使用感性負載，使得大量的無功功率在電網中流動，造成了電能的浪費和電壓的不穩定，甚至損壞設備，無功功率是影響電力系統穩定的一個關鍵因素。它關系到整個系統能否安全穩定運行。因此，在討論無功功率補償基本理論的基礎上，研究基于單片機的無功功率補償裝置，對維持電壓水平和提高電力系統運行的穩性，降低網損，使電力系統能夠安全經濟運行具有十分重要的意義。
2.無功功率補償的原理和意義
2.1 無功補償的基本原理和概念
在整個電力系統中，由于輸送部門三相電傳送質量不高以及用戶的普通電氣設備的性能存在缺陷，所以導致在電網中存在無功不平衡。為保證電網的高質量運行，供電電壓和頻率必須在一定的區間為維持一個正常的水平，否則電力系統的運行就會受到影響。而頻率的控制以及電壓控制都與電力系統的無功功率控制緊密聯系，所以，研究無功功率的補償就顯得尤為重要。
無功補償的基本原理是：在電力系統中，把具有容性功率負荷的設備與感性功率負荷并聯接在同一電路中，使得能量能夠在兩種負荷之間交換，在這種情況下，感性負荷所需的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率補償，這就是無功功率補償的基本原理，設計無功功率補償裝置的出發點和基本思路需要遵照此原理。
2.2 無功功率補償的意義和作用
無功功率補償關系到電力系統和電氣設備的安全運行，一直以來，無功補償都是電氣自動化及電力系統領域的一個重要研究課題。研究無功功率補償的意義在于：提供穩定的網間電壓，保證供電的質量和穩定性；較少電能的線路損耗，提高輸電網絡的有功傳輸水平；在較高的程度上平衡三相電的有功和無功功率；提高發電機的有功功率輸出水平；改善電氣系統的整體性能和穩定；有效減少電氣元件的發熱，使設備保持較高的可用性，提高設備的使用壽命；提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減小功率損耗；增強電氣系統的安全性，提高安全運行系數，避免整個系統發生電壓崩潰和穩定破壞事故。
2.3 無功功率補償裝置的分類
無功功率補償裝置的研究已經持續了數十年，在數十年的研究過程中，有不同種類、不同針對性的無功功率補償裝置誕生，形成了多種分類標準和體系。比較常見的分類標準有裝置是否具備運動部件、開始使用的時間、電壓的等級、裝置本身是否帶電源等。
3.基于單片機的無功功率補償裝置設計
3.1 系統總體設計及參數要求
本次設計研發的無功功率補償裝置具有無觸點、低發熱量、小沖擊、過零投切、安全性可靠性高、無需維護的特點，能夠實現自動補償、實時補償、自動無觸點投切、無人值守等功能。系統采用80C196KC單片機為控制核心，設計一款大功率晶閘管電路來實現無功功率自動補償。系統的核心參數包括補償后功率因數≥0.95，同時系統能夠在交流電20毫秒的周期內對三相電壓、電流進行至少100次的采樣。該系統可解決傳統的補償器可靠性差、故障多、維護工作困難且工作量大、使用時間短等缺點。
3.2 控制方式的選擇
控制方式主要由功率因數控制、無功功率控制、多變量綜合控制、基于瞬時無功功率理論的控制四種，最合理的補償方式應該能夠在最大程度上利用補償設備提高電網功率因數、避免發生過補償、無投切振蕩和無沖擊投切現象。綜合考慮多方面的因素和系統設計要求，考慮采取功率因數控制方法，通過測量電網電壓和電流的過零時間差，通過計算求解功率因素。同時過零時間差還可以用來判斷是過補償還是欠補償。
3.3 補償方式的選擇
補償方式有三相共補、單相補償、共補、分補相結合三種方案可供選擇，通過對系統的設計需求的分析，本次設計擬采用三相共補的方案，因為該方法簡單且容易控制。同時可以有效的減少硬件資源的投入成本，避免過、欠補現象發生，節省補償電容容量，使整個系統都具有很好的經濟性。
3.4 投切方式的選擇
投切方式主要有晶閘管和二極管反并聯、晶閘管反并聯、雙向晶閘管三種。在三種投切方式中，晶閘管反并聯在可靠度方面更具有優勢，但雙向晶閘管方式結合了另外兩種方式的優點，可以保證系統能夠獲得不錯的可靠度和安全穩定性，同時，設備投入少，控制的難度適中，所以應選擇采用雙向晶閘管作為投切方式。
4.硬件電路及整體軟件設計
4.1 硬件電路設計基本要求
根據系統功能要求及核心技術參數要求以及控制方式、補償方式、投切方式的選擇方案，需要對系統電路的器件選擇、數量以及電路的設計等做總體規劃，以實現通過最少最節省的部件和最優的電路設計達到最經濟資源實現最好電路功能的目的。本次電路設計主要包含以下幾個方面的內容，輸入接口電路，單片機80C196KC最小工作電路，基于MOC3061芯片的輸出驅動電路，輸出電容器組電路。主要需要解決以下幾個方面的問題：首先需要綜合考慮硬件設備和軟件編程之間的耦合度和關聯性問題，實現“能軟不硬,軟硬適中”；其次，單元電路的設計要力求簡單合理，技術先進適用，避免復雜電路導致系統控制條件復雜，參數繁瑣等問題；第三，盡量采用當前流行的新工藝、新技術、新方法，優先考慮采用標準成熟模塊，同時，使用標準接口，增強系統的通用和穩定性；最后，整體電路的設計要遵循“自頂向下”，“自底向上”的總體原則，核心展開，系統集成法兼顧。
4.2 軟件系統設計
軟件是整個單片機控制自動補償裝置的核心和靈魂。軟件系統設計的好壞直接決定了系統的穩定性以及可控性。因此，必須對軟件系統的功能做深入探討和分析，對軟件系統的設計方法和控制策略做詳細說明。首先，軟件系統控制能力好壞的最重要標準就是實時性，在動態無功補償裝置控制系統中，要求用最短的時間，完成軟件處理的過程。其次，可靠性，包括兩方面的內容，一是運行中避免發生故障的能力二是，發生故障后的解脫和排除的能力。第三是軟件系統的程序設計的可讀性。要求控制系統程序用模塊化設計方法，采用C語言和匯編語言混合編制，同時保留好軟件設計日志以保證后期的維護查找。
5.結論
無功功率補償問題對整個電網的安全、穩定運行的意義不言而喻。傳統的無功功率補償裝置安全可靠性差，自動化程度低，無法實現自動投切。本文研究的基于Intel公司80C196KC單片機為控制核心的無功功率自動補償裝置，對提供整個電網運行的安全穩定性，提高無功功率補償的穩定性和自動化程度都具有十分重要的意義。
參考文獻
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關鍵詞：無功功率補償 故障 安全運行
中圖分類號：TM53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0108-01
為了減少電力系統無功損耗、改善電能質量、提高功率因數，我單位在10 kV變配電所低壓側采用并聯電容器組，安裝低壓智能無功功率補償控制柜的方法對無功功率進行補償，從而實現節能降耗的目的。低壓智能無功功率補償控制柜主要由智能無功功率補償控制器、切換電容器交流接觸器、自愈式電容器、放電指示燈及熔斷器等其他電氣元件組成。
1 設備異常現象及常見故障檢修示例
在工作實踐中，設備有以下幾種常見的異常現象及故障需要設備運行人員及維修人員加以了解掌握。
1.1 智能控制器不能正常工作
（1）控制器不工作。通常是接線錯誤或連接導線開路造成的。接線錯誤一般發生在設備安裝階段，能夠在電容柜投入試運行時發現并及時排除。連接導線開路故障通常是在設備運行一段時間后，緊固導線 的接線端子松動引起導線接觸不良或開路。所以在對故障排查時要仔細檢查導線連接回路中每一個接線端子，對松動的接線端子加以緊固并更換損壞的接線端子。
（2）欠補償或過補償。此種現象通常是參數設置不恰當造成的。智能無功功率補償控制器的投入門限在0.80～0.99范圍內可調，切除門限在滯后0.91～超前-0.90之間可調。如是欠補償可檢查投入門限設定值是否偏低，將設定值適當調高后檢驗補償效果。如是過補償可將切除門限設定值向低調，減小電容器切除門限。如果在過補償狀態下，電容器還繼續投入，直至全部投入并保持下去，則需考慮是智能控制器本身過于靈敏原因造成的。當投入多組電容器后，電網負荷突然停運，無功迅速變化，如控制器來不及反應，電容器則會在電網中繼續運行，形成過補償。控制器自動相序判斷功能會把過補誤判為欠補償運行而繼續投入電容器組，直到電容器組全部投入。
1.2 交流接觸器故障
（1）限流電阻燒壞。切換電容器交流接觸器加裝有一組限流裝置，限流裝置主要由限流觸點和限流電阻構成，其功能是抑制合閘涌流。在電容器投入時，如果浪涌電流過大，超過了接觸器本身的抑制能力，則會出現限流電阻燒壞的情況。針對這種故障，維修人員可采用更換限流電阻的方法進行修復。
（2）接觸器噪聲大。交流接觸器在運行過程中，如果電磁鐵振動嚴重、噪聲過大，則需考慮下列因素。
①接觸器鐵芯極面磨損過度或異物侵入鐵芯極面導致極面接觸不平產生較大噪聲。可拆下線圈檢查鐵芯動、靜端面的平整度，用什錦銼將端面銼平，清理侵入鐵芯極面的異物。如果鐵芯極面磨損嚴重，則需更換鐵芯。②機械部分卡澀或磁系統歪斜使鐵芯不能吸平原因致使噪聲過大。主要檢查機械部分運動是否順暢，修復機械損傷部分。檢查銜鐵與機械部分的連接銷是否松動，對夾緊螺絲進行緊固。③接觸器線圈電氣回路路部分故障導致線圈電壓不穩定，電磁鐵振動噪聲過大。主要原因是緊固導線的螺絲松動，在接觸器線圈工作時形成斷續供電打火現象，造成線圈兩端電壓不穩。可通過檢查接觸器線圈與導線連接端子以及導線回路中各連接端子緊固螺絲是否松動，對松動的接線端子進行緊固處理即可排除故障。④觸頭超行程或觸頭彈簧壓力過大造成噪聲大。可通過調整減小超行程和觸頭彈簧壓力的方法，降低或消除其產生的噪聲。
（3）主觸頭過熱、熔焊。
主要有下列因素。
①接觸器限流裝置損壞引起主觸頭過熱、熔焊。電容器合閘涌流較大，如限流裝置損壞，則浪涌電流全部由主觸頭承受，造成觸頭過熱，甚至熔焊。通過對接觸器限流裝置進行維修更換，即可消除該故障。
②觸頭彈簧壓力過小。采用經驗測量方法，在動、靜觸頭間放一厚度約0.1 mm，寬度比動、靜觸頭接觸面稍寬的紙條，在接觸器通吸合電狀態下抽拉紙條。如果是100 A以上的接觸器，在紙條抽出時有撕裂現象，則可判定彈簧壓力為合適壓力。③觸頭容量減小。接觸器在投、切電容器組過程中，觸頭表面會產生電弧形成燒灼麻點，隨著麻點的逐漸增多，觸頭容量逐漸減小。如果接觸器工作環境灰塵較大，則觸頭的燒損速度會更快。當觸頭容量不能滿足工作需求時，則會產生過熱現象。
1.3 自愈式電容器故障
（1）外殼溫度過高。電容器外殼溫度超過銘牌標注額定溫度常見有以下原因。
①變電所內環境溫度過高。測量所內日平均溫度超過30 ℃或時平均溫度達到40 ℃，需采用強排風或空調制冷方法降低工作環境溫度使電容器外殼溫度降至允許溫度范圍內。②電容器接線柱連接松動。如果螺絲沒有擰緊，接線柱與導線連接松動，則連接點會發熱，引起外殼溫度也升高。連接點發熱嚴重時，還會燒斷導線，引發事故。
（2）電容器發出異常聲響。
①電容器發出放電聲響，時間比較短、聲音比較悶。這是電容器內部絕緣介質擊穿短路發出的聲音。自愈式低電壓電容器有自愈功能，在介質擊穿后會自動恢復絕緣，通常無需采取措施。②電容器在運行中如發出電磁力振動聲，時有時無，則有諧波電流流過電容器。一般諧波電流在允許范圍內不需理會。如諧波電流過大，則必須采取在電容器回路串電抗器或裝濾波器措施抑制諧波。
2 注意事項
（1）維修人員在修復接觸器鐵芯極面和觸頭時，不得使用砂紙進行打磨，以免金剛砂嵌入影響其接觸。（2）因熔斷器熔絲熔斷通常是電容器內部故障引起的，所以在熔絲熔斷后應先對電容器進行仔細檢查，然后再作出相應處理。（3）因電容器在故障情況下存在燃燒、爆破的危險，所以值班人員應熟知電容器的工作特性。通過聽其聲音、觀察各指示儀表的方法，對電容器的運行狀態進行分析判斷。當發現三相電流明顯不平衡或運行參數超出電容器的工作條件等異常情況時，應及時退出電容器組進行檢查。
關鍵詞：無功功率補償諧波危害低壓無源濾波低壓有源濾波
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
前言：
近年來，隨著全球工業化進程的不斷加快，對地球環境的污染和破壞也空前加劇。為此，在全世界范圍內掀起了環境保護的熱潮，電力系統也是一種“環境”，也面臨著污染，公用電網中的諧波電流和諧波電壓就是對電網環境最嚴重的一種污染。
1996年10月08日水利電力部了文號為電力工業部令第8號《供電營業規則》國家法律法規。《供電營業規則》受電設施建設和維護管理中規定：“無功電力應就地平衡。”“除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因數，應達到下列規定：100千伏.安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.9以上；其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數為0.85以上；農業用電，功率因數為0.8。凡功率因數不能達到上述規定的新用戶，供電企業可拒絕接電。”供電質量與安全供用電中規定：“電網公共連接點電壓正弦波畸變率和用戶注入電網的諧波電流不得超過國家標準GB/T14549-93的規定。”若不滿足要求，“供電企業可中止對其供電。”
一、無功功率補償和諧波的簡述
1.1無功功率補償介紹
無功功率對供電系統和負荷的運行都是十分重要的，電力系統網絡元件的阻抗主要是電感性的。在電力系統中，粗略的說，為了輸送有功功率，就要加送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當寬的范圍內可以實現，而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現。不僅網絡元件消耗無功功率，大多數負載也需要消耗無功功率，網絡元件和負載所需要的無功功率必須從網絡中獲得。顯然，如果這些無功功率都是由發電機提供并經過長距離的傳輸是不合理的，也是不可能的，所以最合理的方法是需要消耗無功功率的地方進行無功功率補償。
1.2無功功率對公用電網的影響
增加設備容量
增加設備及線路損耗
使線路及變壓器的電壓降增大，電壓產生劇烈波動，供電質量嚴重降低。
1.3無功功率補償的作用
提高供用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。
穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。
在長距離輸電線路中可以改善輸電系統的穩定性，提高輸電能力。
1.4補償方式
根據系統負載情況的不同和需要達到的補償效果的不同，按照電容器安裝的位置不同，無功功率補償方式分為三種：
（1）集中補償（2）分組補償（3）就地補償
補償容量示意圖
1.5補償容量的計算
如果已知負荷的有功功率P和補償前的功率因數cosΦ1中，現將功率因數提高到cosΦ2中，所需補償的無功功率Q可按下式計算：
1.5.1低壓集中補償
需補償的無功功率：
上式中：P-負荷的有功功率，千瓦；
cosθ1-補償前負荷的自然功率因數；
cosθ2-補償后負荷要求達到的功率因數；
1.5.2電機就地補償
需補償的無功功率：
上式中：P-負荷的有功功率，千瓦；
cosθ1-補償前負荷的自然功率因數；
cosθ2-補償后負荷要求達到的功率因數；
η-電機的效率；
1.5.3電容器額定電壓
在380V電網系統中，本公司建議使用450V電壓等級產品，以適應中國國情的電網。也是今后加裝電抗器的需要，串聯電抗器后電容器兩端電壓升高，電容器額定基波電壓Un=Uo（系統基波電壓）（1-λ），λ為電抗率。
2.1諧波定義
供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅里葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）A稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波或分數諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網受到污染。電工技術領域主要研究諧波的發生，傳輸，測量，危害及抑制，其頻率范圍一般為2≤n≤50。
2.2諧波源
用戶向公用電網注入諧波電流的電氣設備或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備，統稱諧波源。
常見的諧波源主要有：換流設備、電弧爐、鐵芯設備、照明設備、某些生活日用電器等非線性電氣設備。
2.3諧波的危害
使旋轉電機效率降低，發熱增加，并且由于集膚效應，在轉子表面形成環流，造成局部發熱，縮短使用壽命。
變壓器由于諧波電流產生大的附加損耗，引起過熱，從而使絕緣介質老化加速，導致絕緣損壞。諧波電流還能引起變壓器鐵芯的磁滯伸縮和噪聲。
諧波易引發并聯電容器的過載發熱，易構成諧波諧振，當諧波電壓與基波電壓峰值發生疊加時，易引起電容器介質的局部放電，同時縮短并聯電容器的絕緣壽命。
斷路器由于諧波的存在會降低熱元件的發熱動作電流，斷路器的開斷能力降低，當存在嚴重的諧波電流時，某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作。
電子設備受到諧波干擾易誤動作。
繼電保護由于諧波引起的相位變化會產生誤動或拒動。
諧波對通信線路、信息線路產生噪聲，甚至造成故障。
2.4電力系統抑制諧波的措施
為了把諧波對電力系統的干擾（污染）限制在系統可以接受的范圍內，我國和國際上分別頒布了電力系統諧波管理暫行規定和IEC標準，明確了各種諧波源產生諧波的極限值。
電力系統抑制諧波的主要措施有：
2.4.1在補償電容器回路中串聯一組電抗器如果對應某次諧波有Xin-Xcn=0即發生諧振，其諧波電流、電壓都趨于無窮大。為了擺脫這一諧振點，通常在電容器支路串聯電抗器，其感抗值的選擇應使在可能產生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗，從根本上消除了產生諧振的可能性。
2.4.2裝設由電容，電感及電阻組成的單調諧濾波器和高通濾波器。
單調諧濾波器是針對某個特定次數的諧波而設計的濾波器，高通濾波器是為了吸收若干較高次諧波的濾波器。應裝設濾波器的類型、組數及其調諧頻率（濾波次數）可由具體計算決定。
2.4.3增加整流相數
高次諧波電流與整流相數密切相關，即相數增多，高次諧波的最低次數變高，則諧波電流幅值變小。一般可控硅整流裝置多為6相，為了降低高次諧波電流，可以改用12相或24相。當采用12相整流時，高次諧波電流只約占全電流的10％，危害性大大降低。
2.4.4當兩臺以上整流變壓器由同一段母線供電時，可將整流變壓器一次側繞組分別交替接成Y型和型，這就可使5次、7次諧波相互抵消，而只需考慮11次，13次諧波的影響，由于頻率高，波幅值小，所以危害性減小。
二、無功功率補償和諧波抑制的設置
現階段，低壓電力電網中，無功功率補償和諧波抑制主要分三種方案：（一）低壓無功功率補償裝置，（二）低壓無源濾波補償裝置，（三）低壓有源濾波補償裝置。
（一）低壓無功功率補償裝置
1.1無功補償的基本原理：
電網輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率。直接消耗電能,把電能轉變為機械能,熱能,化學能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;不消耗電能;只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網中與電能進行周期性轉換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能。
電流在電感元件中作功時,電流滯后于電壓90°.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90°.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180°.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。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。
1.2低壓無功功率補償的功能特點：
（1）結構簡潔，操作方便，運行安全可靠；
（2）模塊化結構，隨著企業的發展，無功補償容量不足時，可隨時增加模塊進行擴容；
（3）裝置補償方式靈活，依據實際需求可以選擇三相補償、分相補償、混合補償，達到
補償最佳效果；
（4）采用智能型控制，容量相同的電容器按循環投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切，具有循環休息功能；
（5）裝置能夠有效改善電能質量，提高功率因數，降低電能功耗，節能效果明顯。
（二）低壓無源濾波補償裝置
2.1無源濾波的基本原理：
無源濾波的本質是阻抗分流。濾波器由濾波電容器和濾波電抗器串聯組成，并調諧在某個特定的諧波頻率。濾波器對其所調諧的特征次諧波來說呈現一個低阻抗通路，分流掉對應的大部分諧波。無源濾波在滿足濾波效果的同時可以滿足無功補償要求，因此濾波裝置的分組及電氣元件的參數需要精確的計算及選型。
2.2低壓無源濾波裝置的功能特點
（1）即能治理諧波又能補償無功，治理后諧波達到國家標準要求，并可節約電費開支10~30%。
（2）濾波效率高，可濾除3、5、7、11、13等各次特征諧波，諧波濾除率可高達60~75%。
（3）快速跟蹤系統負荷無功變化，實時動態響應投切，系統響應時間≤10ms。
（4）采用先進的設計手段，可濾除大部分諧波電流、降低諧波電壓畸變率、抑制諧波危害、具備防止諧波放大的功能，避免系統諧振。
（5）改善電壓質量，減小負載引起的電流沖擊，減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高系統穩定性。
（6）有效降低系統損耗，功率因數可提高到0.96以上，使用戶線損降低可提高配電變壓器的承載效率，經濟效益明顯。
（三）低壓有源濾波裝置
3.1有源濾波的工作原理
有源濾波裝置由諧波電流檢測回路、補償電流控制電路和驅動電路三個主要部分組成。諧波電流檢測電路實時監視線路中的電路，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器(DSP)對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流控制電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，實現濾波功能。
3.2低壓有源濾波裝置的功能特點
（1）濾波范圍廣，可同時濾除2~50次諧波或選擇2~50次內任意次數諧波進行補償。
（2）響應速度快，可以1ms內檢測到諧波的變化，對階躍變化的諧波完全補償時間小于10ms(1/2周波)。
（3）諧波濾除率高，采用全數字控制方式，可迅速、精確消除諧波，諧波消除率在95%以上。
（4）具有補償諧波，同時補償無功和負載三相電流不平衡三種工作模式。
（5）自動消除諧振，不受電網阻抗和系統阻抗變化影響。
（6）單相動態注入電流，不受系統不平衡的影響。
（7）設計選型簡單，不需要進行詳細的電網分析，只需要測量諧波電流的大小。
三、綜述
諧波抑制和無功功率補償是涉及電力電子技術、電力系統、電氣自動化技術、理論電工等領域的重大課題。由于電力電子裝置的應用日益廣泛，使得諧波和無功問題引起人們越來越多的關注。同時，也由于電力電子技術的飛速進步，在諧波抑制和無功補償方面也取得了一些突破性的進展。我們在設計過程中要準確合理地根據工程的具體情況選擇好諧波抑制和無功功率補償的原器件或成套裝置。
參考文獻:
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【關鍵詞】無功補償 功率因數 損耗
1 無功補償的原理
一般說來，使用無功功率來產生所需的磁場所需要的電氣設備，特別是電動機和其他感應裝置。無功功率不是消耗電能，所謂的無功功率。但沒有它，電氣設備（特別是電機和其他感應設備）不能正常工作。在配電網中，我們需要一種補償電容器，也稱為功率電容器。線的電流與電感電流相反。只要連接到線路號的電容器和負載電感元件來匹配，他產生的電容電流可以很有效地消除或減小線路電感電流，即是消除或減小負載對電網無功。這將減少電力線路和變壓器設備的負擔，提高電力線路和變壓器設備的利用率，減少電線路的加熱量。然后，在電氣線路上的補償電容器的安裝被稱為無功功率補償，也被稱為無功功率優化。
電網中的電力負荷，如電動機、變壓器等，大部分都是感應電抗，在運行過程中，需要對這些設備提供相應的無功功率。電容式設備在電網中安裝后，由感應電抗消耗的無功功率小功率可以被提供給感應負載，以提供無功功率。減小了電網中的無功功率，降低了輸電線路的傳輸損耗，提高了電網的運行條件。這種方法被稱為無功功率補償。
2 影響功率因數的主要因素
功率因數的產生主要是由于在電力設備工作在溝通的過程中，除了積極的功耗，但也需要無功功率。當有功功率的確定，如無功功率、功率因數將會改善。在極端情況下，當一個問題= 0時，功率因數為1。它的本質是提高功率因數較低的電力設備的無功功率需求
2.1 異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備
異步電動機定子和轉子之間的氣隙是異步電動機的無功功率的主要因素。無功功率和無功功率負載無功功率異步電動機，附加價值兩部分組成。無功功率消耗的主要成分是空載無功功率，它與負載的大小無關的因素。因此，為了提高電力系統的功率因數和企業的功率因數，變壓器不應該在低負荷運行和低負荷操作。
2.2 供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響
當電源電壓高于10%的評級，因為磁飽和的影響，無功功率會增加很快，據相關統計，當電源電壓等級是110%，一般工廠的無功功率將增加約35%。低于額定電壓和無功功率相應降低，從而提高功率因數。但低電壓會影響電氣設備的正常運行。因此，應采取措施保持電力系統電壓的穩定。
2.3 異步電動機和變壓器勵磁無功功率波動的電網頻率降低
異步電動機的勵磁電流和變壓器有很大的影響，導致系統無功功率損耗增加，從而導致更低的功率因數。
3 無功補償的合理配置原則
從電力網無功消耗的基本情況看，各級電網無功功率消耗的網絡和輸電和配電設備消耗一定量的無功功率，特別是在低壓配電網絡。為了減少無功功率的傳輸，提高輸電和配電設備的效率，無功補償設備的配置應根據以下原則合理布局：
（1）總體平衡和局部平衡的組合；
（2）電力部門和用戶的組合補償。在低壓配電網無功功率用戶的消費約占50% ～ 60%，剩下的在配電網絡無功功率消耗。因此，為了減少網絡中的無功功率盡可能實現補償和平衡，必須由電力部門和用戶一起進行補償；
（3）結合色散補償和集中補償，傳播是耶和華說的。色散補償，指的是在配電網絡無功補償，如配電線路、配電變壓器，電力設備的用戶。集中安裝在變電站集中補償高容量電容器補償，主要是主變壓器本身沒有功率損耗補償，并減少輸電線路沒有電，這減少了供電網絡無功功率損失，但這并不減少配電網的無功功率損失。
4 配電網中常用的無功補償方式
無功功率補償可以提高電壓質量，提高功率因數，是電網所采用的節能措施之一。配電網無功補償系統各部分的變化，在各用戶安裝無功功率補償裝置；在高、低壓配電線路分散安裝的并聯電容器；配電變壓器低壓側與廠房配電網之間的并聯電容器和并聯電容器安裝在單電機附近，集中或分散就地補償。
4.1 就地補償
地方補償是最經濟、最簡單、最有效的方式來補償。在局部補償方式中，電容器直接連接到電氣設備，中間只對熔斷器保護、電氣設備輸入電容器隨著投入、切除的一個方面，實現最方便的自動無功功率補償，用電氣設備切除線圈電容放電線圈。它的優點在于：
（1）就地無功補償、諧波無功功率補償，減小了補償點對高壓共接點的功率分配損耗，節能效果明顯；
（2）就地補償，解決了低壓電網電壓波動引起的負荷沖擊，無法解決高電壓補償問題；
（3）降低了供電和配電系統的實際輸出容量，提高了低壓變壓器的供電能力，保證了設備的可靠性；
（4）局部補償幾乎沒有受到背景諧波的影響，從而保證了補償裝置工作的可靠性和設計的準確性。
4.2 分散補償
4.3 集中補償
5 無功補償的效益
（1）提高用戶的功率因數，提高電氣設備的利用率。
（2）減少能源消耗，因為線太長，節約電能。
（3）減少無功功率消耗的主變壓器容量，提高變壓器供電的能力。
（4）合理控制電力系統的無功功率，提高電力系統的電壓水平，提高電力系統的電能質量，提高系統的抗干擾能力。
（5）在動態無功補償設備，適當的控制器，可以改善電力系統的動態性能，提高輸電線路的傳輸容量和穩定性。
（6）靜態無功補償器安裝（SVS）也可以提高電網的電壓波形，減少諧波和負序電流的問題來解決。電容器、電纜、電機、變壓器、等，以避免高次諧波造成的額外的功率損耗、局部過熱，提高設備運行的穩定性，先進性。
參考文獻
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[關鍵詞]無功功率；無功補償；節能；分組補償
中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0079-02
隨著國民經濟的快速發展，人們對于物質生活的需求越來越高，對于石油的需求量也隨之變大，陸地資源的枯竭逐步增大了海洋石油的開采力度，來滿足人們日常生產生活的需求。海洋石油開采平臺是個相對獨立的環境，電力系統亦是如此，它不僅要承擔平臺上所有設備的變電配電工作，更要完成發電輸電的功能，從而使得海上石油平臺的電力系統變成了一個非常復雜的系統，設備之間耦合性強，一個負載投切時都會引起電力系統幅度較大的波動，所以對于要確保做好海上石油平臺電力系統的無功補償工作，確保平臺的電力系統能為各個設備提供穩定的電壓和功率，從而緩解電站的壓力，提高供電效率和系統穩定性，達到改善供電環境和節能降耗的作用，來為海上石油平臺上的設備提供安全穩定可靠的運行環境。
1.海上平臺電力系統無功補償及其必要性
海上石油平臺內有很多非線性負載設備，如異步電動機、變壓器、熒光燈等感性負載設備，由于這些設備自身的工作原理，決定了他們只有在無功功率的情況下才能正常工作，同時，海上石油平臺的電力系統中，很多非線性的電器元件，如相控裝置等，也需要消耗大量的無功功率，此外，電力系統內非線性設備產生的高次諧波也會消耗一部分的無功功率，所以，對于海上平臺的電力系統來說，需要輸送大量的無功功率才能保證各個非線性設備的正常工作。假如由海上平臺的電力系統來產生無功功率并長距離輸送的話，需要輸電電纜兩側產生一定的電壓差，然而這只能在一個很窄的范圍內才能實現，所以對于非線性設備來說，所需要的無功功率必須在電網系統的消耗無功功率的地方產生，這就需要無功補償的方式來實現。
當前，隨著科學技術和生產工藝的不斷提升，很多大容量的電潛泵投入到了海上石油平臺的生產中，這給電站容量提出了很大的挑戰，而無功補償的方式不僅可以緩解電站容量的需求度，還可以提升設備的功率因數，對于提升電網穩定度和電能利用率具有很大的作用。
1.1.無功補償的基本原理
對于電力系統而言，輸出的功率包括有功功率和無功功率，海上石油平臺的電力系統亦是如此。海上平臺電力系統的輸出功率一部分轉化成了機械能和熱能，驅動相應的設備進行石油開采相關的工作，另一部分的輸出功率是不做功的，而是從電能轉化成另外一種形式的能量存儲起來并和電能實現周期性的轉換，如電磁能。從能量學的角度來講，電力系統中電流幅值與電壓幅值的成績為視在功率，而視在功率、有功能率以及無功功率又存在一些特殊關系，構成一個功率直角三角形，如圖1.所示。
通常，又被成為功率因數，也就是電力系統輸出功率的利用率，而無功補償的目的就是提升設備的功率因數，提升電能的利用率，所以在電路中設計相應的裝置，減少電流矢量與電壓矢量之間的夾角，即可提升電路中設備的功率因數，這就是無功補償的基本原理。
1.2.無功補償的的必要性
對于海上平臺電力系統的無功功率補償是非常有必要的，首先由于平臺內有很多非線性設備，必須在無功功率情況下才能正常工作，而電力系統不可能直接輸送無功功率為其設備提供能量，所以必須在非線性負載消耗無功功率的地方進行無功補償。同時，很多海上石油平臺很多工作設備的功率因數較低，無功功率的會增加輸電線總電流量和系統視在功率的，增加了變壓器的容量消耗，引起變壓器過載而發熱，損耗其使用壽命，同時也降低了設備的功率因數，而總電流量的增加也增大了其他設備的電能損耗，造成電能浪費。此外，無功功率會增大電力系統的電壓幅度變化，造成電網電流波動，從而降低電能供應的質量。所以對于海上平臺電力系統內的無功補償措施是非常有必要的。
2.海上平臺電力系統無功補償
對于海上平臺電力系統的無功功率補償，一般的方法是安裝無功補償電容和LC濾波器，這是傳統的用來進行諧波抑制的無源濾波器，通過無功補償電容和LC濾波器內的電感進行補償使得電路中電流矢量和電壓矢量的夾角變小，進而對電路進行無功補償，提升電路設備的功率因數。但是這種無功補償的方式容易受電網系統參數和運行狀態的影響，很難對動態的無功功率進行動態補償，所以必須采用新的設備裝置來進行無功功率補償。
2.1.無功補償設備的安裝
由于無功功率的輸送不易實現，所以無功補償設備的安裝主要是針對無功功率消耗大或者設備功率因數較低的地方進行無功功率補償。首先要對系統進行潮流計算，并根據結果確定電力系統中功率因數較低以及設備電壓較低的地方，安裝根據海上石油平臺的環境的實際情況以及經濟成本來選擇是低壓母線補償或是中壓補償。同時，根據無功補償裝置的安裝位置不同，可將無功補償方式分為集中補償、分組補償以及低壓就地補償。比如針對很多小功率的異步電動機，單個安裝無功補償裝置進行就地補償不太現實，則可以采用分組補償的方式，按照區域特性或者供電特性分組，然后對每組的電動機群進行無功補償，從而將無功電流限制在小的區域內，由于海上平臺的電能輸送距離較近，在此區域內的無功電流造成的損耗還是可以接受的。
2.2.無功補償裝置
作為海上平臺電力系統無功補償的裝有有同步調相機、并聯電容器、并聯電抗器以及靜止補償器。其中同步調相機是一個去掉機械動力傳送裝置的同步電動機，它可以通過判斷無功功率的需求來通過勵磁發出其額定值的無功功率或者吸收電網內的其額定值一半的無功功率進行無功補償。并聯電容器是通過電容器件實現對電網無功補償的設備，由于其補償效率高、功耗低，操作簡單，安裝調試方便等優點使其成為當前電網中進行無功補償的首選設備。并聯電容器是通過吸收無功功率來進行無功補償的裝置，同時也用來限制電網系統內負荷的沖擊性變化，從而增加了電網系統電能利用率和安全性。靜止補償器是一種對電力系統的沖擊性負荷進行動態無功補償的設備，通過可控電子器件來調節控制的電抗器與電容器并聯，從而根據電網系統的負荷變化迅速調節電抗器，來實現電網系統的無功補償以減弱電壓波動，改善電網電能。如圖1.所示，為常見的四中靜止補償器的基本形式。，從而對電力系統實現動態的無功負荷功率補償，減少電力系統的過電壓現象。
2.3.無功補償分析
無功補償最終的表現是提升了設備的功率因數，所以可以根據功率因數的改變來計算無功補償節約的電能。
設P為有功功率，Q補償前的無功功率，為補償前的功率因數，QC為補償后的無功功率，為補償后的功率因數。
則有
通過Q與QC二者相減，即可算出無功功率的減少量，進而建設了系統輸出功率的視在功率，節約了電能的消耗。
3.總結
海上平臺電力系統的無功補償主要是通過相應的無功補償裝置來改變電力系統中的電流矢量和電壓矢量角來提升設備的功率因數，節約電能輸出，同時通過無功補償裝置進行無功功率輸出，為非線性設備提供能量，使其正常工作，從而確保海上平臺的電力系統能夠穩定正常節能高效地工作。
參考文獻
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關鍵詞：功率、措施、無功補償
寧夏固海揚水工程位于寧夏回族自治區中部干旱帶，是我區裝機容量最大、揚程最高、輸水最遠、規模最大的電力提灌工程之一，絕大部分泵站用電設備都是電感性，都需要從電力系統吸收無功功率。
中圖分類號：U464.138+.1文獻標識碼：A
一、無功功率補償的主要作用及意義。
無功功率補償（簡稱無功補償）在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置，其作用就是在電力供電系統中起提高電網的功率因數，這樣就能降低輸送線路和變壓器的損耗，達到提高供電效率和質量，改善供電環境的目的。因此選擇合適的無功補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，提高電網的供電質量。無功補償的意義如下：
第一、無功功率補償可以增加電網中有功功率的比例常數。
第二、減少發電和供電設備的設計容量以及投資，比如當設備的功率因數從cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量。所以對新建、改建和擴建的工程，應充分考慮無功功率補償，這樣既可以減少設計容量，又可以減少投資。
第三、降低線路損耗，根據公式ΔΡ%=（1-cosΦ1/cosΦ2）×100%，得出其中cosΦ1為補償后的功率因數，cosΦ2為補償前的功率因數則：cosΦ1>cosΦ2，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。
第四、無功功率增大將引起：總電流增加，系統中電器元件容量增大，投資費用增加；在輸送同等有功功率的情況下總電流增大，系統中損耗增加；電壓損失增大，變壓器調壓困難；增大電費，加大成本。
二、無功功率補償的原理
電網輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率.直接消耗電能,把電能轉變為機械能,熱能,化學能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;不消耗電能;只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網中與電能進行周期性轉換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時,電流超前于電壓90o.而電流在電容元件中作功時,電流滯后電壓90 o.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180 o.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補償的道理。
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ф。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： S =（P2 + Q2）1/2
無功功率為: Q=（S2 - P2）1/2
有功功率與視在功率的比值為功率因數: cosф=P/S
無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，故需對其進行就近和就地補償。并聯電容器可補償或平衡電氣設備的感性無功功率。當容性無功功率QC等于感性無功功率QL時，電網只傳輸有功功率P。根據國家有關規定，高壓用戶的功率因數應達到0.9以上，低壓用戶的功率因數應達到0.85以上
三、無功功率補償措施
電網中常用的無功補償方式包括： 集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組； 分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器；單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等。
加裝無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。確定無功補償容量時，應注意以下兩點：
第一在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。
第二功率因數越高，每千伏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償
就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償的缺點，是一種較為完善的補償方式。因電容器與電動機直接并聯，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數始終處于滯后狀態，既有利于用戶，也有利于電網。有利于降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制設備的使用壽命。
無功就地補償容量可以根據以下經驗公式確定：Q≤UI0式中：Q---無功補償容量（kvar）；U---電動機的額定電壓（V）；Ι0---電動機空載電流（A）；但是無功就地補償也有其缺點：⑴不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償；眾所周知，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應用范圍，應結合實際確定使用場合，各司其職。揚水泵站無功功率人工調整兩種方法來提高功率因數。
人工調整功率因數的措施有：安裝靜電電容器，這是提高功率因數最經濟和最有效的方法。使大容量繞線或異步電動機同步運行。采用同步電動機使其過勵運行。
四、靜電電容器的補償方法
泵站中采用靜電電容器補償，是由于每臺靜電電容器的無功功率很小，容易組成所需要的補償容量，而電容器本身消耗的功率很小。組裝成的電容器可以實行個別補償、分組補償和集中補償的形式，容易拆裝等優勢。組裝形式與補償容量的大小，取決于電力負荷的大小和功率因數的高低。計算公式是：
Q=QL-QC =P(tgΦ1-tgΦ2)
式中：QL―感性無功功率； QC―容性無功功率；Φ1―補償總功率因數角；
Φ2―補償后功率因數角；Q―補償容量，千乏（kvar）
在電力系統中，無功功率的平衡是電能質量的重要保證。因此，相關能快速有效補償電網無功負荷的無功補償裝置的設計和制造就成為了一個亟待解決的問題，而無功補償控制器作為無功補償裝置的核心部件，其控制策略的改進和研究更是一個很實際的問題。
【關鍵詞】無功補償 控制器 控制策略
1 無功補償裝置簡介
1.1 同步調相機
同步調相機作為早期的無功補償技術，其結構與同步電動機基本相同，其運行維護比較復雜，技術上已經顯得落后。所以，同步調相機目前雖仍有使用，但已不再發展。
1.2 固定補償電容器
在供電電網系統中，固定補償電容器需要的無功功率，與電機等感性負載需要的無功功率，在時間上正好相反。但當電容器補償系統無功時，其供給的無功功率對電壓的變化非常敏感，其無功功率調節能力比較差。可因為其補償容量裝設比較靈活，維修保養上也比較方便，分散集中裝設均可，在我國電網系統中，固定補償電容器仍然在大量使用。
1.3 動態無功功率補償裝置
隨著電力電子技術的發展，柔流輸電系統（FACTS）在電力系統中得到了廣泛的應用。目前，基于FACTS技術且應用于無功補償最為廣泛的是動態無功功率補償裝置（SVC）。與同步調相機相比，SVC是完全靜止的設備，但它的補償過程卻是動態的，即可根據系統無功功率的需求或電壓的變化自動跟蹤補償。
1.4 其它無功功率補償裝置
由于SVC的一些缺陷，隨后，人們又研發出了靜止無功發生器（SVG），SVG采用新型電力電子器件和檢測技術，其既可以提供滯后的無功功率，又可提供超前的無功功率。不過由于投資巨大，目前SVG距離大規模應用還有很長的路要走。隨著電力電子逆變技術的迅速發展，電力無源濾波器、電力有源濾波器和單位功率因數變流器等新型補償形式的研究應用已成為無功補償控制領域的研究熱點。
綜上所述，在現實供電電網系統中應用最為廣泛的還是動態無功功率補償裝置（SVC）。SVC雖然有其自身控制上的一些缺陷，但因其性價比適中且技術上還有很大的改進空間，因此其發展潛力也是不容小視。動態無功補償控制器是SVC的核心組成部分。本文主要研究低壓動態無功補償控制器的控制策略問題。
2 低壓動態無功補償控制器的控制策略
目前國內生產的低壓無功補償控制器一般采用8位、16位單片機或DSP為核心進行無功補償控制。控制器可以用戶設定的功率因數為投切參考限量，計算出所需供給的無功功率，之后智能選擇合適的電容組進行投切。對于控制方式，一般來說，根據實際情況的不同，控制策略也要有所調整。
2.1 單變量控制
2.1.1 按電壓變量控制
在電網系統中，無功功率一旦有大的波動，就會嚴重降低電網電壓的質量。按電壓變量控制的控制器優點是：控制實現方式比較簡單，造價比較低，且便于維護管理。但是當電網系統電壓出現較快波動時，容易出現投切振蕩現象，因此補償效果并不理想。
2.1.2 按功率因數變量控制
采用此種控制方式，需要提前設置一個合理的功率因數變量控制區間。其優點是：無功控制靈敏度較高，但是當系統的負載較小且功率因數較低時電容器組可能頻繁投切，就容易產生投切振蕩。
2.1.3 按無功功率變量控制
按無功功率變量控制即是以電網系統無功功率作為被控制的變量，使其作為電容組投切的判據。采用此種控制方式，需要不斷的監測電網系統中的無功功率，并且與所設置電容器組的補償值進行比較，此種控制方式的優點是：其可以實現補償電容器組無功補償投切一次到位，基本上可以避免投切振蕩。可是，本控制方式在電網系統負載不足時比較容易造成補償裝置的投切振蕩問題。
2.2 復合變量控制
2.2.1 按功率因數變量、電壓變量復合控制
按供電電網系統功率因數變量、電壓變量復合控制的控制方式主要有兩種：其一是把電壓變量和功率因數變量作為兩個級別相同的并行判據，此種控制方式下，電網系統電壓即使在合理的工作范圍內，而功率因數值一旦進入電容器組投切控制區間，控制器則仍然發出投電容器指令。其二是以電網電壓變量為主控判據，以功率因數變量為輔助判據，但經實踐檢驗這種復合控制方式的無功補償效益效果不是太理想。
2.2.2 按電壓變量、無功量復合控制
根據電網系統的實際需要，可提前設置好電網系統控制電壓和控制無功的上限和下限，之后依據相應的控制需要，可再將無功補償控制裝置的運行區域再劃分為九個不同的控制區，每一個區域都對應著相應不同的控制方式，這也即是目前較為流行的“九區圖”控制方式。這種控制方式的最大缺點是：控制裝置一旦進入第9區立即會停滯下來，從而不會再監測調節電網系統參數，因此可能造成電網系統長時間運行在低質量甚至不合格的電壓環境之中。
除上述控制方式外，基于人工智能的控制策略也在不斷研究和進步之中。比如采用相關模糊控制理論的無功補償控制方式、基于專家系統的無功控制和基于遺傳算法的電壓無功控制等。但這類基于人工智能的控制策略異常復雜，成本非常高，而且功能上也不是太完善，目前正處于實驗研究階段，并沒有規模化應用，本文不再敘述。
綜合以上無功補償控制方式，本文對控制器控制策略進行了改進，即根據無功功率大小，功率因數和電壓范圍，控制器進行綜合分析判斷，自動控制電容器投切，從而補償系統所需要的無功。根據現場實際的需要，還可以設置為電壓優先或無功優先。對電壓要求比較穩定的地區，可在電壓優先控制投切的情況下，兼顧無功對系統的影響。
3 結束語
經過實踐開發，采用無功功率大小，功率因數和電壓范圍三控制量進行無功補償控制的控制器運用于三相四線制的低壓配電網后，能隨時監測配電變壓器、配電線路運行狀態及補償電網無功，從而有效的提高了電網供電電壓質量、提高配電網絡的安全穩定及經濟運行水平。
參考文獻
[1]趙新衛.中低壓電網無功補償實用技術[M].北京：電子工業出版社，2011.
[2]栗時平.劉桂英.靜止無功功率補償技術技術[M].北京：中國電力出版社，2006.
作者簡介
勞勝領（1982-），男，河南省周口市人。學士學位。現為周口職業技術學院機電工程系助教，研究方向為控制工程。
董會錦（1983-），女，河南省周口市人。學士學位。現為周口職業技術學院機電工程系助教。研究方向為嵌入式系統開發。
