無功功率補償，簡稱無功補償，在電子供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)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(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

簡介

交流電在通過純電阻的時候，電能都轉(zhuǎn)成了熱能，而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载撦d的時候，并不做功。也就是說沒有消耗電能，即為無功功率。當(dāng)然實際負載，不可能為純?nèi)菪载撦d或者純感性負載，一般都是混合性負載，這樣電流在通過它們的時候，就有部分電能不做功，就是無功功率，此時的功率因數(shù)小于1，為了提高電能的利用率，就要進行無功補償。

在大系統(tǒng)中，無功補償還用于調(diào)整電網(wǎng)的電壓，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

在小系統(tǒng)中，通過恰當(dāng)?shù)臒o功補償方法還可以調(diào)整三相不平衡電流。按照王氏定理：在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉(zhuǎn)移有功電流。因此，對于三相電流不平衡的系統(tǒng)，只要恰當(dāng)?shù)卦诟飨嗯c相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數(shù)均補償至1，而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態(tài)。

基本概念

1． 無功補償?shù)脑恚喊丫哂腥菪怨β守摵傻难b置與感性功率負荷并接在同一電路，當(dāng)容性負荷釋放能量時，感性負荷吸收能量，而感性負荷釋放能量時，容性負荷吸收 能量，能量在兩種負荷之間交換。這樣，感性負荷所吸收的無功功率可從容性負荷輸出的無功功率中得到補償，這就是無功補償?shù)脑怼1]

2． 有功功率：有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。單位：瓦（W）或千瓦（KW）
　 　3． 無功功率：無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。?nbsp;是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。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(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機 械運動，電動機的轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒 有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。單位：乏（var）或千乏(Kvar)
　　4． 感性無功功率：電動機和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。單位（Kvar）
　　5． 容性無功功率：電容器在交流電網(wǎng)中接通時，在一個周期內(nèi),上半周期的充電功率與下半周期的放電功率相等，而不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。單位（Kvar）
　　6．視在功率：電純阻性電路中電壓和電流是同相位的，電壓和電流的乘積為有功功率；但在感性或容性電路中，電壓和電流有著相位差，所以電壓和電流的乘積并不是負荷實際吸收的電功率，而是表面的數(shù)值，稱為視在功率。單位（KVA）
　 　7．無功功率的作用：在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有 足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行。　從發(fā)電機 和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才 能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補償裝置的道理。
　　8．無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：
　　(1)降低發(fā)電機有功功率的輸出。
　　(2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。
　　(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
　　(4)造成低功率因數(shù)運行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。
　　9．功率因數(shù)： 電網(wǎng)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，通常用相位角φ的余弦 cosφ來表示。cosφ稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。
　　三相功率因數(shù)的計算公式為：cosφ= =
　　式中cosφ——功率因數(shù)；
　　P——有功功率，kW；
　　Q——無功功率,kVar；
　　S——視在功率,kVA；
　　U——用電設(shè)備的額定電壓,V；
　　I——用電設(shè)備的運行電流,A。
　　功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。
　 　(1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補償設(shè)備時的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負 荷性質(zhì)，電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數(shù)比較低，都小于1。
　　(2)瞬時功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。
　　(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計算公式=

10．力率電費：全國供用電規(guī)則規(guī)定，在電網(wǎng)高峰負荷時，用戶的功率因數(shù)應(yīng)達到的標準為：高壓用電的工業(yè)用戶和高壓 用電裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.90以上，其它100KVA及以上的電力用戶和大中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上；農(nóng)業(yè)用 電功率因數(shù)為0.80以上。凡功率因數(shù)達不到上述規(guī)定的用戶，供電部門會在其用戶使用電費的基礎(chǔ)上按一定比例對其加收一部分電費，這部分加收的電費稱為力 率電費。
　　11.提高功率因數(shù)的方法有兩種，一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是安裝人工補償裝置。

基本原理

無功補償?shù)幕驹恚弘娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無功功率： 不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進行周期性轉(zhuǎn)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度；而電流在電容元件中作功時，電流超前 電壓90度。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180度。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?shù)木唧w實現(xiàn)方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯(lián)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。無功補償?shù)囊饬x：

⑴ 補償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。

⑵ 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW；反 之，增加0.52KW對原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補償，便可以減少設(shè)計容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數(shù)，cosθ為補償前的功率因數(shù)則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計容量、減少投資，增加電網(wǎng)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(yè)的經(jīng)濟效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟效益的重要指標，規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。

電網(wǎng)中常用的無功補償方式包括：

① 集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；

② 分組補償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器；

③ 單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器等。

加裝無功補償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

確定無功補償容量時，應(yīng)注意以下兩點：

① 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(jīng)濟的。

② 功率因數(shù)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(shù)提高到0.95就是合理補償

無功就地補償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定：Q≤UΙ0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；眾所周之，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(qū)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?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^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(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實際確定使用場合，各司其職。

投切分類

延時投切

延時投切方式即俗稱的"靜態(tài)"補償方式。延時投切的目的在于防止過于頻繁的動作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險的。

延時投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)或者同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）。

投切電容器專用接觸器有一組輔助接點串聯(lián)電阻后與主接點并聯(lián)。在投入過程中輔助接點先閉合，與輔助接點串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點再閉合，于是就限制了電容器投入時的涌流。

復(fù)合開關(guān)就是將晶閘管與繼電器接點并聯(lián)使用，但是復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對過流、過壓及對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起的

同步開關(guān)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機械開關(guān)的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的 同步開關(guān)就是要在接點兩端電壓為零的時刻閉合，從而實現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時刻斷開，從而實現(xiàn)開關(guān)接點的無電弧分斷。由于同步開關(guān)省略了晶 閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機械開關(guān)在具有獨特技術(shù)性能的同時，其高可靠性以及低損耗的特點得以充分顯示出來。

當(dāng)電網(wǎng)的負荷呈感性時，如電動機、電焊機等負載，這時電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個角度，當(dāng)負荷呈容性時，如過補償狀態(tài)，這時電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個角度，功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)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(shù)或無功電流或無功功率。

下面就功率因數(shù)型舉例說明。當(dāng)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(nèi)，此時控制器沒有控制信號發(fā)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(dāng)檢測到cosΦ不滿足要求時，如cosΦ滯后 且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時一段時間（延時時間可整定），再投入一組電容器，直到全部投 入為止。當(dāng)檢測到超前信號如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時 就要先切除。如果把延時時間整定為300s，而這套補償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時間就為50分鐘，切除也這樣。在這段時間內(nèi)無功損失補只能是 逐步到位。如果將延時時間整定的很短，或沒有設(shè)定延時時間，就可能會出現(xiàn)這樣的情況。當(dāng)控制器監(jiān)測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投 入期間，此時電網(wǎng)可能已是容性負載即過補償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定，要在保證系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補償效果。

無功補償?shù)耐肚衅骷?/span>

1.1 交流接觸器控制投入型補償裝置。由于電容器是電壓不能瞬變的器件，因此電容器投入時會形成很大的涌流，涌流最大時可能超過100倍電容器額定電流。涌流會 對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的干擾，也會降低電容器的使用壽命。為了降低涌流，大部分補償裝置使用電容器投切專用接觸器，這種接觸器有1組串聯(lián)限流電阻與主觸頭并聯(lián)的 輔助觸頭，在接觸器吸合的過程中，輔助觸頭首先接通，使電容器通過限流電阻接入電路進行預(yù)充電，然后主觸頭接通將電容器正常接入電路，通過這種方式可以將 涌流限制在電容器額定電流的20倍以下。

此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應(yīng)用最為普遍。由于交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用頻繁變化的負荷情況。

1.2 晶閘管控制投入型補償裝置。這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由于晶閘管很容易受涌流的沖擊而損壞，因此晶閘管必須過零觸發(fā)，就是當(dāng)晶閘管兩端 電壓為零的瞬間發(fā)出觸發(fā)信號。過零觸發(fā)技術(shù)可以實現(xiàn)無涌流投入電容器，另外由于晶閘管的觸發(fā)次數(shù)沒有限制，可以實現(xiàn)準動態(tài)補償（響應(yīng)時間在毫秒級），因此 適用于電容器的頻繁投切，非常適用于頻繁變化的負荷情況。晶閘管導(dǎo)通電壓降約為1V左右，損耗很大（以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A，則晶閘管額定導(dǎo)通損耗為145×1×3=435W），必須使用大面積的散熱片并使用通風(fēng)扇。晶閘管對電壓變化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導(dǎo)通而被涌流損壞，即使安裝避雷器也無濟于事，因為避雷器只能限制電壓的峰值，并不能降低電壓變化率。

此類補償裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，可靠性差，損耗大，除了負荷頻繁變化的場合，在其余場合幾乎沒有使用價值。

1.3 復(fù)合開關(guān)控制投入型補償裝置。復(fù)合開關(guān)技術(shù)就是將晶閘管與繼電器接點并聯(lián)使用，由晶閘管實現(xiàn)電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點來通過連續(xù)電流，這 樣就避免了晶閘管的導(dǎo)通損耗問題，也避免了電容器投入時的涌流。但是復(fù)合開關(guān)技術(shù)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得相當(dāng)復(fù)雜，并且由于晶閘管對 dv/dt的敏感性也比較容易損壞。

1.4同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）投入型補償裝置。同步開關(guān)技術(shù)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機械開關(guān)的接點準確地在需要的時刻閉合或斷開。對于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在開關(guān)接點兩端電壓為零的時刻閉合。

同步開關(guān)技術(shù)中拒絕使用可控硅，因此仍然不適用于頻繁投切。但由于同步開關(guān)相比復(fù)合開關(guān)和交流接觸器更節(jié)能、更安全 可靠、更節(jié)約資源，且選相開關(guān)應(yīng)用了單片機技術(shù)，不僅能通過RS485通訊控制方式對多至64路電容器進行控制，還具備通訊功能，可將基層單位的電測量信 息實時發(fā)送到上級電網(wǎng)，為國家正在發(fā)展的智能化電網(wǎng)無縫對接等諸多因素，可以預(yù)見：采用單片機控制磁保持繼電器的LXK系列同步開關(guān)（或選相開關(guān)）必將替代復(fù)合開關(guān)和交流接觸器成為無功補償電容器投切開關(guān)的主流。

瞬時投切

瞬時投切方式即人們熟稱的"動態(tài)"補償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實際就是一套快速隨動系統(tǒng)，控制器一般能在半個周波至 1個周波內(nèi)完成采樣、計算，在2個周期到來時，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號了。通過脈沖信號使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)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(xiàn)的。動態(tài)補償方式作為新一代的補償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的 生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。

動態(tài)補償?shù)木€路方式

2.1 LC串聯(lián)接法

這種方式采用電感與 電容的串聯(lián)接法，調(diào)節(jié)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(yīng)速度快，閉環(huán)使用時，可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零。從元件的選擇上 來說，根據(jù)補償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點，應(yīng)該是非常理想的補償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動態(tài) 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對較大，價格也要高一些，再加一些技術(shù)的原因，這項技術(shù)到還沒有被廣泛采用或使用者很少。

2.2 采用電力半導(dǎo)體器件

作為電容器組的投切開關(guān)，較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關(guān)，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān)，有很多優(yōu)越性。

作為補償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管，其優(yōu)點是選材方便，電路成熟又很經(jīng)濟。其不足之處是元件本身不能 快速關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護措施要完善。當(dāng)解決了保護問題，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動態(tài)補償?shù)难a償效果還要看控制器是否 有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項就是要求控制器要有良好的動態(tài)響應(yīng)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(dāng)控制器采集到需要補償?shù)男盘柊l(fā)出一個指令（投入一組或多組電容器的指令），此時由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng) 的電容器組也就并入線路運行。需要強調(diào)的是晶閘管導(dǎo)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(dǎo)體器件應(yīng)該是無涌流投 切。當(dāng)控制指令撤消時，觸發(fā)脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)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。

元器件可以選單相晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管，也可選適合容性負載的固態(tài)接觸器，這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。

2.3 混合投切方式

實際上就是靜態(tài)與動態(tài)補償?shù)幕旌?，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(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補，但就其控制技術(shù)，還見到完善的控制軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)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。

2.4 無功發(fā)生器SVG

利用PWM整流控制技術(shù)，通過對電網(wǎng)的電壓和電流實時采樣和高性能DSP計算出電網(wǎng)的無功功率，實現(xiàn)無功功率的補 償。SVG的特點是可實現(xiàn)對動態(tài)連續(xù)無功補償，并可實現(xiàn)感性無功和容性無功的補償，使電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在0.98以上。英納仕電氣的iNAS-S系列 SVG，不僅對無功功率進行補償，而且可對諧波電流實現(xiàn)補償。

裝置選擇

選 擇哪一種補償方式，還要依電網(wǎng)的狀況而定，首先對所補償?shù)木€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(tài)補償，節(jié)能效果明 顯。對于負荷相對平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補償方式，也可使用動態(tài)補償裝置。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(tài)補償?shù)捻憫?yīng)時 間在幾十毫秒，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內(nèi)是一個相對的穩(wěn)態(tài)過程，動態(tài)補償裝置能完成這個過程。

控制器

無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)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?？刂破魇菬o功補償裝置的指揮系統(tǒng)，采樣、運算、發(fā)出投切信號，參數(shù)設(shè)定、測量、元件保護等功能均由補償控制器完成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件 --集成線路--單片機--DSP芯片一個快速發(fā)展的過程，其功能也愈加完善。就國內(nèi)的總體狀況，由于市場的需求量很大，生產(chǎn)廠家也愈來愈多，其性能及內(nèi) 在質(zhì)量差異很大，很多產(chǎn)品名不符實，在選用時需認真對待。在選用時需要注意的另一個問題就是國內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無功功率補償控制器"，名 稱里出現(xiàn)的"無功功率"的含義不是這臺控制器的采樣物理量。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號，而不是產(chǎn)品的名稱。

1.功率因數(shù)型控制器

功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)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(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實現(xiàn)。

* "延時"整定，投切的延時時間，應(yīng)在10s-120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) "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(shù)應(yīng)能在0.85（滯后）-0.95（超前）范圍內(nèi)整定。

* 過壓保護設(shè)量

* 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能

這種采樣方式在運行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補償效果，這是一對矛盾，只能在現(xiàn)場視具體情 況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。即使調(diào)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(shè)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(xiàn)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做為推薦的方式。

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(shù)型的缺陷。一個設(shè)計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)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(jù)負載自動調(diào)節(jié)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(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負 荷時，那怕cosΦ已達到0.99（滯后），只要再投一組電容器不發(fā)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(tài)。采用DSP芯片的控制 器，運算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實現(xiàn)。當(dāng)然，不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內(nèi)的產(chǎn)品相對于國外的產(chǎn)品還存在一定的差距。

3. 用于動態(tài)補償?shù)目刂破?/span>

對于這種控制器要求就更高了，一般是與觸發(fā)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(tài)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(tài)無功型的特點。

國內(nèi)用于動態(tài)補償?shù)目刂破?，與國外同類產(chǎn)品相比有較大的差距，一是在動態(tài)響應(yīng)時間上較慢，動態(tài)響應(yīng)時間重復(fù)性不好；二是補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護成本高、造成設(shè)備整體投資費用高。另外，相應(yīng)的國家標準也尚未見到，這方面落后于發(fā)展。

補償系統(tǒng)

由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來愈普遍，功率也更大，但它的負面影響就是產(chǎn)生很大的非正弦電流。使電網(wǎng)的諧波電壓升高，畸變率增大，電網(wǎng)供電質(zhì)量變壞。

如果供電線路上有較大的諧波電壓，尤其5次以上，這些諧波將被補償裝置放大。電容器組與線路串聯(lián)諧振，使線路上的電壓、電流畸變率增大，還有可能造成設(shè)備損壞，再這種情況下補償裝置是不可使用的。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。濾波器的設(shè)計要使在工頻情況下呈容性，以對線路進行無功補償，對于諧波則為感性負載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問題。

濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質(zhì)量，雖然成本提高較多，但對于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用，不能認為裝置一時不出問題就認為沒有問題存在。很多情況下，采用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補償無功功率的同時，對系統(tǒng)中的諧波進行消除。

（三）無功動態(tài)補償裝置工作原理與結(jié)構(gòu)特點：

一般無功動態(tài)補償裝置由控制器、晶閘管、并聯(lián)電容器、電抗器、過零觸發(fā)模塊、放電保護器件等組成。裝置實時跟蹤測量 負荷的電壓、電流、無功功率和功率因數(shù)，通過微機進行分析，計算出無功功率并與預(yù)先設(shè)定的數(shù)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(fā)出指 令，由過零觸發(fā)模塊判斷雙向可控硅的導(dǎo)通時刻，實現(xiàn)快速、無沖擊地投入并聯(lián)電容器組。

編輯本段補償舉例

（一）、SLTF型低壓無功動態(tài)補償裝置：

適用于交流50 Hz、額定電壓在660 V以下，負載功率變化較大，對電壓波動和功率因數(shù)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(yè)。

基本技術(shù)參數(shù)及工作環(huán)境：

環(huán)境溫度：-25oC~+40oC(戶外型)；-5oC~+40oC (戶內(nèi)型)，最大日平均溫度30oC

海拔高度：1000 m

相對濕度：< 85% (+25oC)

最大降雨：50 mm/10 min

安裝環(huán)境：周圍介質(zhì)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(dǎo)電塵埃。無劇烈震動和顛簸，安裝傾斜度<5%。

技術(shù)指標：額定電壓：220 V、380 V(50 Hz)

判斷依據(jù)：無功功率、電壓

響應(yīng)時間：< 20 ms

補償容量：90 kvar~900 kvar

允許誤差：0~10%

（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(yīng)變電站的各種運行方式。

基本技術(shù)參數(shù)及工作環(huán)境：

正常工作溫度：-15~+50oC，相對濕度<85%，海拔高度：2000 m

技術(shù)指標：額定電壓：6 kV~10 kV

交流電壓取樣：100 V (PT二次線電壓)

交流電流取樣：0~5 A(若 PT 取 10 kV 側(cè)二次 A、C 線電壓時，CT 應(yīng)取 B 相電流)

電壓整定值：6~6.6 kV 10~11 kV 可調(diào)

電流互感器變比：200~5000 /5 A 可調(diào)

動作間隔時間；1~60 min可調(diào)

動作需系統(tǒng)穩(wěn)定時間：2~10 min可調(diào)

功率因數(shù)整定：0.8~0.99 可調(diào)

技術(shù)特征：電壓優(yōu)先：按電壓質(zhì)量要求自動投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

自動補償：依據(jù)無功大小自動投切電容器組，使系統(tǒng)不過壓、不過補、無功損耗始終處于最小的狀態(tài)。

記錄監(jiān)測：可自動或隨時調(diào)出監(jiān)測數(shù)據(jù)、運行記錄、電壓合格率統(tǒng)計表等 (選配)。

智能控制：在自動發(fā)出各動作控制指令之前，首先探詢動作后可能出現(xiàn)的所有超限定值，減少動作次數(shù)。

異常報警閉鎖：當(dāng)電容器控制回路繼保動作、拒動和控制器失電時發(fā)出聲光報警，顯示故障部位和閉鎖出口。

安全防護：手動可退出任一電容器組的自投狀態(tài)，控制器自動閉鎖并退出控制。

模糊控制：當(dāng)系統(tǒng)處于電壓合格范圍的高端且在特定環(huán)境時如何實施綜控原則是該系列產(chǎn)品設(shè)計的難點。由于現(xiàn)場諸多因 素，如配置環(huán)境、受電狀況、動作時間、用戶對動作次數(shù)的限制等 而引起頻繁動作是用戶最為擔(dān)擾的。應(yīng)用模糊控制正是考慮了以上諸多因素而使這一“盲區(qū)”得到合理解決。

（三）、WDB-K型低壓無功動態(tài)補償裝置

概述

采用大功率晶閘管投切開關(guān)，控制器可根據(jù)系統(tǒng)電壓，無功功率、兩相準則控制晶閘管開關(guān)對多級電容組進行快速投切。晶閘管開關(guān)采用過零觸發(fā)方式，可實現(xiàn)電容器無涌流無沖擊投入，達到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，補償電網(wǎng)無功、改善功率因數(shù)、提高變壓器承載能力的目的?？蓮V泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、港口、化工、建材等工礦企業(yè)及小區(qū)配電系統(tǒng)。

裝置結(jié)構(gòu)及主要元件技術(shù)性能

1、裝置結(jié)構(gòu)

WDB-K型低壓無功動態(tài)補償裝置由控制器、無觸點開關(guān)組、并聯(lián)電容器組、電抗器、放電裝置及保護回路組成，整機設(shè)計為機電一體化。

2、主要元件技術(shù)性能

（1）控制器

WDB-K型低壓無功動態(tài)補償裝置控制器為全新數(shù)字化設(shè)計、軟硬件模塊化、集成度高、電磁兼容、抗干擾能力強，有 12個輸出端子，可實現(xiàn)分相、平衡、分相加平衡三種方式補償。適用范圍廣，可滿足不同性質(zhì)負荷的補償需要?？筛鶕?jù)系統(tǒng)電壓、無功功率控制無觸點開關(guān)組投 切，有手動和自動兩種操作模式，并具有過壓切除、過壓閉鎖、欠壓切除、超溫告警等保護功能。

（2）無觸點開關(guān)組

無觸點開關(guān)組是裝置的主要執(zhí)行元件，由晶閘管開關(guān)、散熱器、風(fēng)扇、溫控開關(guān)、過零觸發(fā)模塊及阻容吸收回路構(gòu)成，一體化設(shè)計單組可控最大容量為90kvar，晶閘管開關(guān)為進口元件，大功率、安全系數(shù)高。

（3）并聯(lián)電容器組

選用優(yōu)質(zhì)自愈式并聯(lián)電容器，可按不同容量靈活編碼組合，投切級數(shù)多，大容量補償可一次到位。

基本工作原理

裝置工作時由控制器實時監(jiān)測系統(tǒng)電壓及無功功率的變化。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于供電標準或無功功率達到所設(shè)定電容器組投切門 限時，控制器給出投切指令。由過零電路迅速檢測晶閘管兩端電壓（即電容器和系統(tǒng)之間的電壓差），當(dāng)兩端電壓為零時觸發(fā)晶閘管，電容器組實現(xiàn)無涌流投入或無 涌流切除。

主要技術(shù)參數(shù)

1、額定電壓 AC220V/380V±10% 50Hz

2、接線方式 三相四線

3、投切依據(jù) 系統(tǒng)電壓及無功功率

4、響應(yīng)時間 ≤20ms

5、投切延時 0.1～30s（連續(xù)可調(diào)）

6、投切精度 平均≤+2%

7、補償容量 60kvar～1080kvar

8、投切級數(shù) 1～18級

使用環(huán)境條件

1、工作環(huán)境溫度 -25℃～+45℃

2、空氣相對濕度≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上采用高原型）

4、安裝環(huán)境 無易燃、易爆、化學(xué)腐蝕、水淹及劇烈振動場所

5、安裝方式 戶內(nèi)屏式，戶外箱式

6、安裝條件 電網(wǎng)中諧波含量符合GB/T14549中0.38kV條款的規(guī)定

保護功能

具有過流、過壓、欠壓、溫度超限多種保護。裝置能在外部故障和停電時自動退出運行，送電后自動恢復(fù)。

（四）、GWB-Z型高壓無功自動補償裝置

概述

適用于6KV、10KV的大中型工礦企業(yè)等負荷波動較大、功率因數(shù)需經(jīng)常調(diào)節(jié)的變電站配電系統(tǒng)。本裝置是根據(jù)系統(tǒng)電 壓和無功缺額等因素，通過綜合測算，自動投切電容組，以提高電壓質(zhì)量、改善功率因數(shù)及減少線損。本裝置適用于無人值守變電站和諧波電壓、諧波電流滿足國標 GB/T14548-93規(guī)定允許值的場合。如現(xiàn)場諧波條件超標，可根據(jù)情況配備1%-13%的電抗已抗拒諧波進入補償設(shè)備。

結(jié)構(gòu)及基本工作原理

GWB-Z型高壓無功自動補償裝置，由控制器、高壓真空開關(guān)或真空接觸器、高壓電容器組、 電抗器、放電線圈、避雷器和一些必要的保護輔助設(shè)備組成。GWB-Z型數(shù)字式高壓無功自動補償控制器是根據(jù)九區(qū)圖結(jié)合模糊控制原理、按電壓優(yōu)先和負荷無功 功率以及投切次數(shù)限量等要求決定是否投切電容器組，使母線電壓始終處于標準范圍內(nèi)，確保不過補最大限度減少損耗。在電壓允許的范圍內(nèi)依據(jù)負荷的無功要求將 電容器組一次投切到位。在投入電容器之前預(yù)算電壓升高量，如果超標則降低容量投入或不投入。異常情況時控制器發(fā)出指令退出所有電容器組，同時發(fā)出聲光報 警。故障排除后，手動解除報警才能再次投入自動工作方式。

技術(shù)特征

1、電壓優(yōu)先

按電壓質(zhì)量要求自動投切電容器，電壓超出最高設(shè)定值時，逐步切除電容器組，直到電壓合格為止。電壓低于最低設(shè)定值時，在保證不過載的條件下逐步投入電容器組，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

2、無功自動補償功能

在電壓優(yōu)先原則下，依據(jù)負荷無功功率大小自動投切電容器組，使系統(tǒng)始終處于無功損耗最小狀態(tài)。

3、智能控制功能

自動發(fā)出動作指令前首先探詢動作后可能出現(xiàn)的所有超限定值，減少動作次數(shù)。

4、異常報警功能

當(dāng)電容器控制回路繼保動作拒動和控制器則自動閉鎖改組電容器的自動控制。

6、模糊控制功能

當(dāng)系統(tǒng)處于電壓合格范圍的高端且在某特定環(huán)境時如何實施綜控原則是該系列產(chǎn)品設(shè)計的難點，由于現(xiàn)場諸多因素（如配置環(huán)境、受電狀況、動作時間、用戶對動作次數(shù)的限制等）而引起的頻繁動作是用戶最為擔(dān)憂的，應(yīng)用模糊控制正是考慮了以上諸多因素使這一“盲區(qū)”得到合理解決。

7、綜合保護功能

每套裝置有開關(guān)保護（選配），過壓、失壓、過流（短路）和零序繼電保護、雙星形不平衡保護、熔斷器過流保護、氧化鋅避雷器、接地保護、速斷保護等。

主要技術(shù)參數(shù)

1、額定電壓（AC） 6KV、10KV

2、系統(tǒng)電壓取樣（AC） 100V（PT二次線電壓）

3、交流電流取樣 0～5A（若PT取10KV側(cè)二次A、C相線電壓時，CT應(yīng)取B相電流）

4、電壓整定值 6～6.6KV 10～11KV可調(diào)

5、動作間隔時間 1～60分鐘可調(diào)

6、功率因數(shù)整定值 0.8～0.99可調(diào)

7、電流互感器變化 50～5000/5A可調(diào)

8、動作需系統(tǒng)穩(wěn)定時間 2～10分鐘可調(diào)

使用環(huán)境

1、環(huán)境溫度 -15℃～+45℃

2、相對濕度 ≤85%

3、海拔高度 ≤2000m（2000m以上采用高原型）

4、周圍介質(zhì)無爆炸及易燃危險品、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無導(dǎo)電塵挨、安裝地點無劇烈振動、無顛簸。

5、供電電源符合國家標準規(guī)定，沒有較強的諧波分量。

（五）、BF-2B提升機專用無功補償

提升機作為大功率、頻繁啟動、周期性沖擊負荷以及采用硅整流裝置對電網(wǎng)造成的無功沖擊和高次諧波污染等危害不僅危及電網(wǎng)安全，同時也造成提升機過電流、欠電壓等緊停故障的發(fā)生，影響了礦井生產(chǎn)。

因此對提升機供電系統(tǒng)進行無功動態(tài)補償和高次諧波治理，對于提高礦井提升機和電網(wǎng)的安全運行可靠性、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益意義巨大。

提升機單機裝機功率大，在礦井總供電負荷中占的比重較大。伴隨煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴大、井筒的加深，要求配套的提升機裝 置容量也越來越大，單機容量已達到2000～3000kW，有的甚至達到5400kW，單斗提升裝載量達34t。這么大的負載啟動將對電網(wǎng)造成很大的沖擊 電流，無功電流成分較大，功率因數(shù)較低。所以大功率提升機對供電電網(wǎng)的容量和穩(wěn)定性要求更高。

其中大功率提升機主要的問題是：

引起電網(wǎng)電壓降低及電壓波動；