基于电力电子技术的连续无功补偿控制分析

　　系统的特性曲线可近似用下式表示：

　　由（7）式可以看出，无功功率的变化，引起系统电压成比例的变化，系统供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和，即：

。

　　在电力工程运行过程中，负载无功功率

变化时，补偿器的无功功率

总能够弥补负载无功功率

的变化，从而使得

，无功功率

维持不变。由（7式）可知，

，系统电压

维持恒定，这就是对无功功率进行动态补偿的基本原理。

　　图2b标绘出了动态的无功补偿，系统的工作点保

的 点处，即

；当使系统的工作点保持在

的C点处时，即

，系统即实现了功率因数的完全补偿。

　　工程实际运用过程中，一般把负载包括在系统之内，进行总体等效，将图2a系统和负载部分等效为图 3a系统虚框内的部分。忽略内部阻抗中的电阻，电抗。由于补偿器具有维持连续点电压恒定的作用，可以将其视为恒定电压源，电压值取为等效前连接点处未接补偿器且负载无功不变时的供电电压。

　　当 为零时，补偿器具有图3b中所示的水平的理想补偿器特性，而实际的静止无功补偿装置不设计成具有水平的电压－电流特性，而是该图中所示的倾斜特性，倾斜的方向是电压随吸收的感性电流的增加而升高，这种倾斜特性还可以兼顾补偿器容量和电压稳定的要求，可以改善并联补偿器之间的电流分配，并有利于预留稳定要求的无功备用。

　　投入补偿器后，补偿器所吸收的无功功率为：

　　因为实际补偿器中 不为零，所以补偿器吸收的无功功率相对理想补偿情况而言是减小了。连接点电压也并不像理想补偿器时保持原正常值不变，而是变化了：

　　因此，在具有倾斜特性的无功功率特性中，实际补偿器所需容量比理想补偿器所需容量有较大幅度的减小。当

时，能维持连接点电压变化为系统电源电压变化一半的补偿器，所需容量为理想补偿器的一半，这就是所谓的补偿器容量与电压调整之间折中的问题。

6　结合实例浅谈无功补偿的作用

　　以某大型项目能源中心为例，该项目供电电源的电压等级为10kV，设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，减少变电环节，同时亦减少了故障点。根据负荷计算，共采用六路10kV电源，分别对高压电动机直配。

　　该项目中，高压电动机主要用于中央空调机组、冷冻水循环泵和冷却水循环泵等多台设备。这些设备单机容量很大，离心机组单机最大达2810kW(共5台)，小的870kW(共4台)，冷冻水循环泵单机560kW(共9台)，冷却水循环泵单机380kW(共3台)，自然功率因数在0.8左右。如果在10kV配电室集中补偿电容，不采用高压无功自动补偿的话，如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定，有可能造成过补偿，引起系统电压升高。同时，从配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m，最远140m，线路损耗相当可观，综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求较高，因此采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近，这些电动机采用自耦降压起动方式，高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样做，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。

　　对于低压设备，由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出，低压电机配置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小，但这些设备主要用于锅炉房和给排水设备，锅炉房的设备不如冷冻机房集中，环境较差，管理不便，因此，在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的。

7　结 语

　　随着电力电子技术的发展和电力电子器件的不断研制创新，无功功率补偿也处于不断发展之中，目前，国内外的研制成果发展迅速，出现了许多种类的SVC、SVG补偿装置。比如：牡丹江科海电气设备有限公司研制开发的G（X）JF1型、G（X）JK1型（接触器式）、G（X）D1型电容器跟踪投切柜（箱）以及VQCL―D12/J12无功补偿控制器；哈尔滨工大威翰科技开发有限责任公司研制开发的HVC高压自动无功电压综合调节装置和TSC系列可控硅动态无功功率补偿器；深圳市赛源电气技术有限公司研制开发的JKWA－15A型和JKWA―12J型低压无功补偿控制器等等。虽然兼顾价格、质量、体积、操作等一系列因素最优化配置的补偿装置目前还没有面世，但是，发展前景比较广阔。