1、摘 要電網(wǎng)向用電設(shè)備提供的負(fù)載電流由有功電流和無(wú)功電流兩部分組成，無(wú)功電流在電網(wǎng)和負(fù)載之間往復(fù)交換，大大占用電網(wǎng)供電容量，使供電設(shè)備的供電能力大大下降。動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的基本原理就是用裝置產(chǎn)生的容性無(wú)功電流實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地抵消電網(wǎng)中的感性無(wú)功電流，從而提高了功率因數(shù)，保證了用電質(zhì)量，提高了供電設(shè)備的供電能力，并減小了電路中的損耗。因此無(wú)功功率補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中是一項(xiàng)重要的工作，根據(jù)企業(yè)的自身實(shí)際需要通過(guò)自動(dòng)投切電容器來(lái)達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч源诉_(dá)到保證功率因數(shù)質(zhì)量的目的。本次設(shè)計(jì)原理是以功率因數(shù)和電壓為考慮對(duì)象綜合決策制定投切電容器，并通過(guò)控制單元檢測(cè)電壓，電流，計(jì)算功率因數(shù)和無(wú)功功率，然后

2、與電壓，無(wú)功功率上下極值相比較 ，最后作出控制決策（投入或切除電容）。本次設(shè)計(jì)針對(duì)360KVAR配電系統(tǒng)提出的無(wú)功補(bǔ)償需要而設(shè)計(jì)的一套無(wú)功補(bǔ)償智能控制系統(tǒng)，而且結(jié)合接觸器投切準(zhǔn)則。同時(shí)，由于無(wú)功量增加會(huì)導(dǎo)致電壓的抬高，因此本文采取電壓，無(wú)功補(bǔ)償量的綜合考慮控制方式來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：無(wú)功功率，無(wú)功補(bǔ)償，控制器，接觸器，功率因數(shù)AbstcactPower grid to electrical equipment by the load current provide meritoriouselectric current and reactive current two parts,

3、reactive current between grid and load in reciprocating exchange, greatly occupies grid power supply capacity to make power equipment power supply dramatically reduced. Dynamic reactive power compensation device with the basic principle is the deice producing capacitive reactive current real-time, q

4、uickly and accurately offset the perceptual reactive current power, thereby improving power factor, and to ensure the quality of power supply equipment, improved the power supply, and reduce the loss of a circuit. So reactive power compensation in power system is an important work, according to the

5、enterprise itself actual need through auto-switching capacitor to achieve the effect of reactive power compensation, to ensure the quality of power factor of purpose. The design principle is to consider the voltage of power factor and comprehensive decision-making object, and through cast cut capaci

6、tor control unit testing voltage, current, computational power factor and reactive power, then, reactive power and voltage fluctuation extremum, compared to control decision-making (last invested or resection capacitors).360KVAR distribution system for the design of reactive power compensation need

7、to put forward a set of designed reactive power compensation, and intelligent control system with contactor threw cutting criteria. At the same time, because of reactive power will lead to increased raised, so this paper voltage and reactive power compensation taken voltage considering control the a

8、mount of ways to power grid of reactive power compensation.Keywords: Reactive power , reactive power compensation, the controller, contactors, power factor目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294365064 摘 要 PAGEREF _Toc294365064 h 1 HYPERLINK l _Toc294365065 Abstcact PAGEREF _Toc294365065 h 2 HYPERLIN

9、K l _Toc294365066 目 錄 PAGEREF _Toc294365066 h 3 HYPERLINK l _Toc294365067 1 緒論 PAGEREF _Toc294365067 h 5 HYPERLINK l _Toc294365068 1.1 課題介紹 PAGEREF _Toc294365068 h 5 HYPERLINK l _Toc294365069 1.2 幾種無(wú)功補(bǔ)償方法比較 PAGEREF _Toc294365069 h 6 HYPERLINK l _Toc294365070 無(wú)功補(bǔ)償及裝置的特點(diǎn)與意義 PAGEREF _Toc294365070 h 7 H

10、YPERLINK l _Toc294365071 無(wú)功補(bǔ)償分類 PAGEREF _Toc294365071 h 7 HYPERLINK l _Toc294365072 無(wú)功補(bǔ)償裝置的分類 PAGEREF _Toc294365072 h 7 HYPERLINK l _Toc294365073 1.3.3 無(wú)功補(bǔ)償裝置性能對(duì)比 PAGEREF _Toc294365073 h 9 HYPERLINK l _Toc294365074 1.3.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x PAGEREF _Toc294365074 h 11 HYPERLINK l _Toc294365075 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容 PAGERE

11、F _Toc294365075 h 11 HYPERLINK l _Toc294365076 2 低壓無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制基本原理 PAGEREF _Toc294365076 h 12 HYPERLINK l _Toc294365077 2.1 概述 PAGEREF _Toc294365077 h 12 HYPERLINK l _Toc294365078 2.1.1 無(wú)功補(bǔ)償基本原理 PAGEREF _Toc294365078 h 12 HYPERLINK l _Toc294365079 無(wú)功補(bǔ)償方案比較 PAGEREF _Toc294365079 h 14 HYPERLINK l _Toc294

12、365080 無(wú)功補(bǔ)償裝置控制方式的比較 PAGEREF _Toc294365080 h 15 HYPERLINK l _Toc294365081 功率因數(shù)控制與無(wú)功功率控制 PAGEREF _Toc294365081 h 16 HYPERLINK l _Toc294365082 無(wú)功補(bǔ)償電容選擇 PAGEREF _Toc294365082 h 17 HYPERLINK l _Toc294365083 2.3 相位角檢測(cè)原理 PAGEREF _Toc294365083 h 18 HYPERLINK l _Toc294365084 2.4 無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投切控制的意義 PAGEREF _Toc29

13、4365084 h 19 HYPERLINK l _Toc294365085 3 低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc294365085 h 20 HYPERLINK l _Toc294365086 無(wú)功補(bǔ)償裝置的概念和意義 PAGEREF _Toc294365086 h 20 HYPERLINK l _Toc294365087 補(bǔ)償容量的確定方法 PAGEREF _Toc294365087 h 21 HYPERLINK l _Toc294365088 低壓無(wú)功補(bǔ)償器件的選型 PAGEREF _Toc294365088 h 23 HYPERLINK l _Toc29436508

14、9 低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的組合元件 PAGEREF _Toc294365089 h 23 HYPERLINK l _Toc294365090 三大部件的選型 PAGEREF _Toc294365090 h 24 HYPERLINK l _Toc294365091 4 360kVar低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的整體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294365091 h 28 HYPERLINK l _Toc294365092 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc294365092 h 28 HYPERLINK l _Toc294365093 4.2 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置功能要求 PAGEREF _T

15、oc294365093 h 28 HYPERLINK l _Toc294365094 4.3 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理圖 PAGEREF _Toc294365094 h 28 HYPERLINK l _Toc294365095 4.4 控制器的概述 PAGEREF _Toc294365095 h 30 HYPERLINK l _Toc294365096 控制器的選型 PAGEREF _Toc294365096 h 30 HYPERLINK l _Toc294365097 4.4.2 控制器的主要特征 PAGEREF _Toc294365097 h 30 HYPERLINK l _Toc29436

16、5098 控制器的主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc294365098 h 31 HYPERLINK l _Toc294365099 控制器功能實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc294365099 h 31 HYPERLINK l _Toc294365100 故障與排除 PAGEREF _Toc294365100 h 32 HYPERLINK l _Toc294365101 4.5 接觸器的概述 PAGEREF _Toc294365101 h 33 HYPERLINK l _Toc294365102 4.5.1 接觸器的選型 PAGEREF _Toc294365102 h 33 HYPERLI

17、NK l _Toc294365103 4.5.2 接觸器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) PAGEREF _Toc294365103 h 33 HYPERLINK l _Toc294365104 4.5.3 接觸器的主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc294365104 h 33 HYPERLINK l _Toc294365105 4.5.4 接觸器的接線 PAGEREF _Toc294365105 h 34 HYPERLINK l _Toc294365106 4.6 電容器和電抗器的概述 PAGEREF _Toc294365106 h 34 HYPERLINK l _Toc294365107 4.6.1 無(wú)功

18、補(bǔ)償電容器的選擇 PAGEREF _Toc294365107 h 34 HYPERLINK l _Toc294365108 4.6.2 無(wú)功補(bǔ)償電抗器的選擇 PAGEREF _Toc294365108 h 35 HYPERLINK l _Toc294365109 4.7 補(bǔ)償裝置的控制策略 PAGEREF _Toc294365109 h 36 HYPERLINK l _Toc294365110 4.8 投切方式 PAGEREF _Toc294365110 h 37 HYPERLINK l _Toc294365111 4.9 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置接線圖 PAGEREF _Toc294365111 h

19、 37 HYPERLINK l _Toc294365112 總結(jié) PAGEREF _Toc294365112 h 41 HYPERLINK l _Toc294365113 致 謝 PAGEREF _Toc294365113 h 42 HYPERLINK l _Toc294365114 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc294365114 h 431 緒論 課題介紹。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)功的波動(dòng)，原始的固態(tài)無(wú)功補(bǔ)償無(wú)法滿足現(xiàn)代大生產(chǎn)的需要，因此對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)募皶r(shí)以及智能自動(dòng)化要求提出了更高的要求，本課題就是針對(duì)低壓電網(wǎng)設(shè)計(jì)的無(wú)功補(bǔ)償智能控制器。(1)無(wú)

20、功補(bǔ)償?shù)闹匾栽诂F(xiàn)代社會(huì)中，供電質(zhì)量的好壞，不僅反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)人們的生活質(zhì)量、水平和投資環(huán)境的好壞，更是影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，它決定著工業(yè)發(fā)展的方向、規(guī)模。實(shí)際上，信息時(shí)代的到來(lái)，要求不間斷供電的計(jì)算機(jī)設(shè)備越來(lái)越多，給供電提出了更高的要求。其次實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化，可提高供電的質(zhì)量和可靠性;可減少故障次數(shù)，縮小事故范圍，縮短事故時(shí)間，為恢復(fù)供電、快速分析、診斷、報(bào)告事故原因提供有效的依據(jù),因此而能夠提高整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,提高整個(gè)電網(wǎng)的管理水平。這其中主要包括了：可靠性要求；保證良好的電能質(zhì)量；保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電壓和頻率是描述電能質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)。我國(guó)規(guī)定供電電壓允許偏移值是

21、額定值+5%-7%額定頻率是50赫茲，允許偏移值是額定值的（）赫茲。如果整流負(fù)荷的大量出現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的波形產(chǎn)生較大的影響，甚至波形畸變，影響電氣設(shè)備安全和運(yùn)行。電力系統(tǒng)能耗占用國(guó)民能耗的比重大，所以電能質(zhì)量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的前提下降低各環(huán)節(jié)能耗及電力網(wǎng)輸配電功率損耗以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。,電力系統(tǒng)電壓水平依靠無(wú)功功率電源維持。(2)電力系統(tǒng)安全控制原則根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則中對(duì)于電力系統(tǒng)安全的要求，電力系統(tǒng)安全控制應(yīng)當(dāng)遵循以下列幾項(xiàng)原則：（一）、安全監(jiān)控原則；（二）、功率分析原則；（三）、安全控制功能原則。在最大限度滿足生產(chǎn)要求和控制要求的前提下，電力系統(tǒng)的控制

22、設(shè)計(jì)不僅要求方案簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)合理、不盲目追求高指標(biāo)，而且要正確合理的使用電器元件，確保系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性。另外，如果考慮到以后生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)，選擇控制設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)保留一定的裕量在電力系統(tǒng)中，所有的用點(diǎn)設(shè)備要從電源中獲得足夠的無(wú)功功率建立正常磁場(chǎng)，如果用電設(shè)備不能維持額定情況，則端電壓下降，無(wú)法正常生產(chǎn)。在實(shí)際中，發(fā)電機(jī)和高壓輸電線給的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷需求，所以在電網(wǎng)中設(shè)置無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。無(wú)功補(bǔ)償裝置可以改善電能質(zhì)量，降低電能損耗，但是在確定無(wú)功補(bǔ)償容量時(shí)要注意在輕載負(fù)荷時(shí)避免過(guò)補(bǔ)償，造成倒送無(wú)功功率反而使功率損耗增加。此外，功率因數(shù)越高，無(wú)功量越大，相應(yīng)的會(huì)抬高電壓，因此功率因數(shù)

23、提高到為合理補(bǔ)償。1.2 幾種無(wú)功補(bǔ)償方法比較無(wú)功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無(wú)功功率型、無(wú)功電流型。（1）功率因數(shù)型這種控制方式是傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn).功率因數(shù)用表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)=1時(shí)，線路中沒(méi)有無(wú)功損耗,提高功率因數(shù)以減少無(wú)功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。這種控制方式在運(yùn)行時(shí)既要保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)又要兼顧無(wú)功補(bǔ)償效果，這就局限了控制器要犧牲無(wú)功補(bǔ)償保全電壓，同時(shí)配合開關(guān)的延時(shí)動(dòng)作，使電力系統(tǒng)在較好的狀態(tài)下工作。（2）無(wú)功功率型 無(wú)功功率（無(wú)功電流）型的控制器有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果，并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善

24、的保護(hù)及檢測(cè)，這類控制器一般都具有完備的控制功能，由于是無(wú)功型的控制器，也就可以補(bǔ)償裝置的效果充分的發(fā)揮。如線路在重負(fù)荷時(shí)，哪怕已達(dá)到，只要再投一組電容器不會(huì)發(fā)生過(guò)補(bǔ)，就還會(huì)再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。（3）用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破饔糜趧?dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膼嚎刂破饕蟾吡耍话闶桥c觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是通過(guò)開關(guān)的瞬時(shí)投切很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。由于這類控制器也都基于無(wú)功型，所以它也具備靜態(tài)無(wú)功型的特點(diǎn)。無(wú)功補(bǔ)償及裝置的特點(diǎn)與意義1.3.1無(wú)功補(bǔ)償分類按補(bǔ)償端電壓可分為高壓無(wú)功補(bǔ)償和低壓無(wú)功補(bǔ)償:(1)低壓無(wú)功補(bǔ)償是將電力電容器分散地裝設(shè)在各

25、個(gè)車間或用電設(shè)備附近，這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位前邊的高壓線路和變壓器的無(wú)功功率，因此它的補(bǔ)償范圍大、效果好。但這種補(bǔ)償方式總的設(shè)備投資大，且不便于維護(hù)。這種補(bǔ)償方式多用于負(fù)荷比較分散和補(bǔ)償容量較小的工廠車間中，低壓成組補(bǔ)償是將并聯(lián)電容器裝設(shè)在車間變電所低壓母線前邊的包括車間變壓器和廠內(nèi)高壓配電線在內(nèi)的所有無(wú)功功率，其補(bǔ)償范圍比高壓集中補(bǔ)償范圍大，但比低壓分散補(bǔ)償范圍小，這種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓集中補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償之間。一般在中小型工廠應(yīng)用較多。(2)與低壓無(wú)功補(bǔ)償性質(zhì)相比，中高壓無(wú)功補(bǔ)償主要應(yīng)用三相并聯(lián)電容集中架設(shè)在高壓變配電所的高壓母線上自動(dòng)補(bǔ)償。雖然這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償高壓母線電

26、源方向線路上的無(wú)功功率，補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)效果較差，但是由于三相電容自動(dòng)補(bǔ)償適合三相負(fù)載平衡的供電系統(tǒng)。三相回路平衡，回路中無(wú)功電流相同，所以在補(bǔ)償時(shí)調(diào)節(jié)無(wú)功功率參數(shù)的信號(hào)可以取自任何一相。而且，三相同時(shí)投/切可以保證三相電壓質(zhì)量而且投入成本較低。擁有大量三相用電設(shè)備的廠礦企業(yè)中廣泛選用三相電容補(bǔ)償技術(shù)。無(wú)功補(bǔ)償裝置的分類現(xiàn)今所指的無(wú)功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型:一類是具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR: Saturated Reactor)；第二類是晶閘管控制電抗器(TCR: Thyristor Control Reactor) ； 第 三 類 是 晶 閘 管

27、投 切 電 容 器 (TSC: Thyristor Switch Capacitor)。(1)具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR)飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小。可控飽和電抗器通過(guò)改變控制繞組中的工作電流來(lái)控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。早在 1967 年，這種裝置就在英國(guó)制成，后來(lái)美國(guó)通用電氣公司(GE)也制成了這樣的無(wú)功補(bǔ)償裝置。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗器的 4

28、 倍，并且電抗器的硅鋼片長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，鐵心損耗大，比并聯(lián)電抗器大 2-3 倍，另外這種裝置有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。(2)晶閘管控制電抗器兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖 1-1 所示。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，此電路的有效移相范圍為 90180。當(dāng)觸發(fā)角 =90時(shí)，吸收的無(wú)功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式:BL = BL max(- sin )/ 和 BL max=1/ XR （1-1）

29、可知，增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與可控硅閥連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)生的諧波。瑞士勃朗鮑威利公司已經(jīng)制造出此種補(bǔ)償器用于高電壓輸電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償。圖 1-1 TCR 補(bǔ)償器原理補(bǔ)償由于單獨(dú)的 TCR 只能吸

30、收無(wú)功功率，而不能發(fā)出無(wú)功功率，為了解決此問(wèn)題，可以將并聯(lián)電容器與 TCR 配合使用構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+MSC)。這種具有 TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)江門變電站采用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器是瑞士 BBC 公司生產(chǎn)的 TCR-FC-MSC 型的 SVC，其控制范圍為 120Mvar。由于固定電容器的 TCR+FC 型補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償范圍從感性范圍延伸到容性范圍是要求電抗器的容量大于電容器的容量，

31、另外當(dāng)補(bǔ)償器工作在吸收較小的無(wú)功電流時(shí)，其電抗器和電容器都己吸收了很大的無(wú)功電流，只是相互抵消而已。TSC+MSC 型補(bǔ)償器通過(guò)采用分組投切電容器，在某種程度上克服了這種缺點(diǎn)。(3)晶閘管投切電容器(TSC)為了解決電容器組頻繁投切的問(wèn)題，TSC 裝置應(yīng)運(yùn)而生。其單相原理如圖 1-2所示。兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。現(xiàn)在普遍把這種可以快速補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的晶閘管投切電容器的無(wú)功補(bǔ)償裝置叫做動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器。TSC用于三相電網(wǎng)中可以是三角形連接，也可以是星形連接。一般對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用三角

32、形連接。不論是星形還是三角形連接都采用電容器分組投切。為了對(duì)無(wú)功電流能盡量做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，總是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，一般用 K-1 個(gè)電容值為 C 的電容和一個(gè)電容值為C/2 的電容組成 2K 級(jí)的電容器組數(shù)。TSC 的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是投切電容器時(shí)刻的選取。經(jīng)過(guò)多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究，其最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí)刻。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。TSC 補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)

33、級(jí)調(diào)節(jié)。瑞典某鋼廠兩臺(tái) 100T 電弧爐，裝有 60Mvar 的 TSC 后，有效地使 130kV 電網(wǎng)的電壓保持在 1.5%的波動(dòng)范圍。運(yùn)行實(shí)踐證明此裝置具有較快的反應(yīng)速度(約為 5-10ms)，體積小、重量輕，對(duì)三相不平衡負(fù)荷可以分相補(bǔ)償，操作過(guò)程不產(chǎn)生有害的過(guò)電壓、過(guò)電流，但 TSC 對(duì)于抑制沖擊負(fù)荷引起的電壓閃變，單靠電容器投入電網(wǎng)的電容量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)是不夠的，所以 TSC 裝置一般與電感相并聯(lián)，其典型設(shè)備是 TSC+TCR 補(bǔ)償裝置。這種補(bǔ)償器均采用三角形連接，以電容器作為分級(jí)粗調(diào)，以電感作相控細(xì)調(diào)，三次諧波不會(huì)流入電網(wǎng)，大大減小了諧波。圖 1-2 TSC 型補(bǔ)償器原理1.3.3

34、無(wú)功補(bǔ)償裝置性能對(duì)比以上所介紹的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置，從控制投切開關(guān)類型可以分為兩類：一類是采用斷路器控制，另一類是采用晶閘管控制，不同 SVC 性能比較見(jiàn)表 1-1 所示。從對(duì)比表中可以看出，沒(méi)有任何一種 SVC 可以萬(wàn)能滿足所有無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊蟆＿x擇特定范圍的 SVC 通常基于如下幾個(gè)因素：應(yīng)用的要求、響應(yīng)速度、運(yùn)行的頻率、損耗、投資成本等，不過(guò)根據(jù)這兩類無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，總起來(lái)說(shuō)采用晶閘管控制投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置在性能上比采用斷路器開關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償裝置好，它動(dòng)作時(shí)間短，通常能在一個(gè)周波(即 20ms)內(nèi)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)無(wú)火花，更安全可靠，壽命長(zhǎng)。而斷路器開關(guān)在費(fèi)用上又優(yōu)于晶閘管，因此在上也并沒(méi)有

35、被晶閘管開關(guān)完全取代。表 1-1 各種無(wú)功補(bǔ)償開關(guān)性能對(duì)比 項(xiàng)目項(xiàng)目序號(hào)指標(biāo)SR/FCFC-TCRTSC1控制范圍容性和感性容性和感性容性2控制性質(zhì)連續(xù)，內(nèi)在連續(xù)，外加級(jí)差，外加3諧波產(chǎn)生最小，最低次為17次小，需濾波器無(wú)控制能力電壓控制有限好有限輔助穩(wěn)定信號(hào)無(wú)好無(wú)按相控制有限好有限5響應(yīng)時(shí)間快，與系統(tǒng)、頻率校正電容器、濾波器有關(guān)快，與系統(tǒng)和控制有關(guān)快，與控制有關(guān)6過(guò)電壓、過(guò)負(fù)荷能力很好，受頻率校正電容器限制較小無(wú)7損耗較小，隨滯相電流的增大而增大較小，隨滯相電流的增大而增大小，隨超前電流的增大而增大8投入系統(tǒng)快而直接，有暫態(tài)過(guò)程在控制作用下快，暫態(tài)分量極小有暫態(tài)過(guò)程 無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x(1)補(bǔ)償

36、無(wú)功功率,可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)(2)減少發(fā),供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量,減少投資,例如當(dāng)功率因數(shù)=0.8增加到cos4=0.95時(shí),裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW;反之,增加0.52KW.對(duì)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(duì)新建,改建工程.應(yīng)充分考慮無(wú)功補(bǔ)償,便可以減少設(shè)計(jì)容量,從而減少投資. (3)降低線損,由公式P%=(1-cos/cos) 100%得出其中為補(bǔ)償后的功率因數(shù),為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則所以提高功率因數(shù)后,線損率也下降了.減少設(shè)計(jì)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(jì)效益.所以,功率因數(shù)是考核

37、經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo),規(guī)劃、實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償勢(shì)在必行.1.4 本文的研究?jī)?nèi)容當(dāng)前，在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無(wú)功補(bǔ)償裝置，無(wú)功補(bǔ)償更廣泛地應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、企業(yè)、油田、煤礦、港口、居民小區(qū)、公用設(shè)施等需要低壓無(wú)功快速補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩簟２捎秒娏﹄娙萜鬟M(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，這種方法安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗小。隨著電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，國(guó)家電力公司要求推廣無(wú)人值守的變電站，因此需要裝設(shè)電壓、無(wú)功補(bǔ)償綜合自動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置，真正實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化和無(wú)人值班。本文正是基于馬鋼耐火材料公司的供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和改造工程低壓無(wú)功補(bǔ)償電控柜項(xiàng)目的

38、技術(shù)要求，設(shè)計(jì)一種以接觸器為投切開關(guān)的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，該裝置具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性。根據(jù)采用接觸器投切的方法，并設(shè)計(jì)出低壓無(wú)功補(bǔ)償器的電容器和電抗器，設(shè)計(jì)三相電容器保護(hù)，設(shè)計(jì)出電容器、限流電抗器參數(shù)等。2 低壓無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制基本原理2.1 概述電網(wǎng)向用電設(shè)備提供的負(fù)載電流由有功電流和無(wú)功電流兩部分組成，無(wú)功電流在電網(wǎng)和負(fù)載之間往復(fù)交換，大大占用電網(wǎng)供電容量，使供電設(shè)備的供電能力大大下降。動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的基本原理就是用裝置產(chǎn)生的容性無(wú)功電流實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地抵消電網(wǎng)中的感性無(wú)功電流，從而提高了功率因數(shù)，保證了用電質(zhì)量，提高了供電設(shè)備的供電能力，并減小了電路中的損耗。根據(jù)馬鋼馬鋼耐火材料公

39、司的供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇無(wú)功補(bǔ)償方案，采用多支路投切的方法，并設(shè)計(jì)出低壓無(wú)功補(bǔ)償器的電容器和電抗器。 無(wú)功補(bǔ)償基本原理電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無(wú)功功率.直接消耗電能,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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;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(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無(wú)功功率,如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能,電容器建立電場(chǎng)所占的電能。電流在電感元件中作功時(shí),電流滯后于電壓90.而電流在電容元件中作功時(shí),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

40、,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, 從而提高電能作功的能力,這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)牡览怼?duì)于電阻負(fù)載R，由于電壓電流變化一致，所以u(píng)-i=0，即0，=0。電路消耗能量。如圖（2-1）圖2-1 純電阻的電壓與電流波形對(duì)于感性負(fù)載L，電壓超前電流90，如圖（2-2）。 圖2-2 感性負(fù)載電壓電流波形圖對(duì)于容性負(fù)載，電壓之后電流90，=，如圖（2-3）。圖2-3 容性電壓電流波形圖由上分析我們可知電感電容性負(fù)載不消耗能量，在實(shí)際的生產(chǎn)中由于負(fù)載多為感性，引起電壓超前電流，使電網(wǎng)中無(wú)功分量增加，導(dǎo)致有功分量下降，降低用電效率，

41、電容無(wú)功分量為負(fù)表明了電容器在電路中不但不消耗電能量,而且可以補(bǔ)償電感引起的無(wú)功分量的損失從而保證了電網(wǎng)輸配電中正常所需要的無(wú)功分量。因此如何補(bǔ)償無(wú)功功率是我們下面研究的內(nèi)容。把具有容性功率負(fù)荷裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一電路，能量在兩者之間相互轉(zhuǎn)化，這樣感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率可由容性無(wú)功功率補(bǔ)償。無(wú)功功率在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，由能量守恒得到一周期內(nèi)吸收和釋放的功率是相等的。圖2-4 無(wú)功補(bǔ)償原理圖（S視在功率， ；P有功功率，；Q無(wú)功功率, ）在右圖中我們可以看到，當(dāng)功率因數(shù)角增大是，功率因數(shù)值減小，則Q值增大，也就是說(shuō)當(dāng)功率因數(shù)角越小，無(wú)功補(bǔ)償量越小，有功功率越大。可以得到這樣的結(jié)

42、論：無(wú)功補(bǔ)償量的大小決定于功率因數(shù)角的大小，則提高功率因數(shù)的途徑就是通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償電容器的投入和切除的方法來(lái)控制無(wú)功補(bǔ)償量以期盡可能減小電壓與電流相位差。同時(shí)，如果無(wú)功功率不是由電容提供則必然由輸電系統(tǒng)提供，這樣也就無(wú)疑要增加變壓器和供電線路容量，也就增加了供電損耗。因此，在設(shè)計(jì)無(wú)功設(shè)備時(shí)，要做到無(wú)功補(bǔ)償量隨著負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，準(zhǔn)確穩(wěn)定提高功率因數(shù)。通過(guò)單片機(jī)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析判斷輸出控制信號(hào)，自動(dòng)判斷電容投/切值，達(dá)到及時(shí)檢測(cè)，在線監(jiān)控與補(bǔ)償電容的投/切控制，做到合理準(zhǔn)確進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)方法如圖（2-5）圖2-5 無(wú)功補(bǔ)償原理2.1.2無(wú)功補(bǔ)償方案比較配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案有變電站集中

43、補(bǔ)償、配電變低壓補(bǔ)償、配電線路固定補(bǔ)償和用電設(shè)備分散補(bǔ)償。 (1)變電站集中補(bǔ)償 變電站集中補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是平衡輸電網(wǎng)的無(wú)功功率，改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無(wú)功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但這種補(bǔ)償方案對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。鑒于變電站無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高高壓電網(wǎng)功率因數(shù)，維持變電所母線電壓和平衡系統(tǒng)無(wú)功有重要作用，因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的增長(zhǎng)安排、設(shè)計(jì)好變電站的無(wú)功補(bǔ)償容量，運(yùn)行中在保證電壓合格和無(wú)功補(bǔ)償效果最好的情況下，盡可能使電容器組

44、投切開關(guān)的操作次數(shù)為最少。(2)配電變低壓補(bǔ)償 配電變低壓補(bǔ)償是目前應(yīng)用最普遍的補(bǔ)償方法。由于用戶的日負(fù)荷變化大，通常采用微機(jī)控制、跟蹤負(fù)荷波動(dòng)分組投切電容器補(bǔ)償，總補(bǔ)償容量在幾十至幾百千乏不等。目的是提高低壓變用戶功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的就地平衡，降低配電網(wǎng)損耗和改善用戶電壓質(zhì)量。配變低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償后功率因數(shù)高、降損節(jié)能效果好。但由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散，因此補(bǔ)償工程的投資較大，運(yùn)行維護(hù)工作量大。另外，配電系統(tǒng)負(fù)荷情況復(fù)雜，系統(tǒng)存在諧波、三相不平衡，以及防止出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。(3)配電線路固定補(bǔ)償 大量配電變壓器要消耗無(wú)功，很多公用變壓器沒(méi)有安裝低壓補(bǔ)償裝置，造成的很大無(wú)功

45、缺額需要變電站或發(fā)電廠承擔(dān)，大量的無(wú)功沿線傳輸使得配電網(wǎng)的網(wǎng)損居高難下，這種情況下可考慮配電線路無(wú)功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償既通過(guò)在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。由于線路補(bǔ)償遠(yuǎn)離變電站，因此存在保護(hù)難配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境限制等問(wèn)題。因此，線路補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)不宜過(guò)多；控制方式應(yīng)從簡(jiǎn)，一般不采用分組投切控制；補(bǔ)償容量也不宜過(guò)大，避免出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)也要從簡(jiǎn)，可采用熔斷器和避雷器作為過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)。除此還存在保護(hù)難配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境限制等問(wèn)題。因此，線路補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)不宜過(guò)。2.1.3無(wú)功補(bǔ)償裝置控制方式的比較隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平的提高

46、，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)等需要大量滯后無(wú)功功率的設(shè)備被廣泛應(yīng)用。任何事物都有其兩重性。我們知道無(wú)功功率既不做功也不消耗，只是在電網(wǎng)中流動(dòng)做能量交換的媒介。但這些在電網(wǎng)流動(dòng)的無(wú)功電流卻因?yàn)閷?dǎo)線電阻的存在而產(chǎn)生大量無(wú)功損耗，使電網(wǎng)的傳輸能力下降。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置是解決這一問(wèn)題的有效方法。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置到目前已經(jīng)有靜態(tài)補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置, 其控制方式有: 功率因數(shù)控制、 無(wú)功功率( 無(wú)功電流) 控制等多種控制方式。(1)無(wú)功功率補(bǔ)償圖 1是對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑怼D中, 、 、分別是補(bǔ)償前的有功電流、 無(wú)功電流、總電流、 功率因數(shù)角; 、 、 分別是補(bǔ)償后的有功電流、無(wú)功電流、總電流、功率因數(shù)角; i c是

47、補(bǔ)償裝置提供的補(bǔ)償電流。若補(bǔ)償前后的有功電流不變, 即 =, 而補(bǔ)償前后的無(wú)功電流有如下關(guān)系, 即=-。從圖 1中可以看出, 補(bǔ)償前, 電壓 u和電流的相位角較大, 功率因數(shù)較低。 當(dāng)投入補(bǔ)償后, 由于補(bǔ)償電流與無(wú)功電流的相位相反, 其結(jié)果是 i q 1 被 i c抵消掉一部分, 成為 i q 2 , 這時(shí)的電壓 u和電流的相位角比小得多, 功率因數(shù)比大大提高, 無(wú)功電流大為減小。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置就是基于該原理進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造的。(2)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償, 顧名思義, 它的補(bǔ)償是相對(duì)穩(wěn)定的, 也就是說(shuō), 它對(duì)無(wú)功功率的補(bǔ)償量是固定的。最簡(jiǎn)單的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償如圖 2所示。圖2中, M代表需要滯

48、后無(wú)功功率的用電設(shè)備, K2和C是用于向M提供無(wú)功的無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)K1閉合使M運(yùn)行時(shí),M從電網(wǎng)吸取有功功率和無(wú)功功率為減少電網(wǎng)中的無(wú)功水平,我們將閉合用中的超前電流補(bǔ)償中的滯后電流,完成無(wú)功補(bǔ)償任務(wù)。由于C的補(bǔ)償容量是固定的,它不能隨著實(shí)際無(wú)功的變化而變化。因此，它適用于無(wú)功變化不大的場(chǎng)合。但在實(shí)際用電系統(tǒng)中，無(wú)功往往變化很大，圖3所示的補(bǔ)償裝置顯然無(wú)法滿足要求。圖 3所示的電路是實(shí)用的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置原理圖。圖 3所示電路中，當(dāng)無(wú)功變化時(shí)，控制器檢測(cè)到該變化，并根據(jù)該變化控制補(bǔ)償電容器組的投切 達(dá)到按實(shí)際需求的無(wú)功量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康摹o(wú)論是圖 2電路還是圖3 電路，電容器組的投切都是靠接觸器

49、K來(lái)完成的,由于受所用器件固有特性的限制,在控制器檢測(cè)到無(wú)功的變化需要增投或切除補(bǔ)償電容器組時(shí),要延時(shí)一定的時(shí)間再進(jìn)行投切。因此，靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償也就是延時(shí)投切式無(wú)功補(bǔ)償。(3)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償由于靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償是延時(shí)投切式，這也就決定了它在無(wú)功變化很快且很大的情況下，滿足不了實(shí)際要求。為了能快速跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功變化，在現(xiàn)代電力電子器件和數(shù)字控制技術(shù)的支持下，具有瞬時(shí)投切能力的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)運(yùn)而生。圖4便是動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置原理圖。圖4與圖3比較可見(jiàn),電路結(jié)構(gòu)是一致的,由動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制器和無(wú)功功率調(diào)節(jié)器來(lái)控制晶閘管的快速通斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電容器的無(wú)涌流投切。這一元件的改變,使得整個(gè)補(bǔ)償裝置的性能得到了

50、質(zhì)的飛躍,使1個(gè)電容器組的投切時(shí)間由幾百s縮短到二三十ms,也就是說(shuō)在一二個(gè)周波內(nèi)就完成了1個(gè)電容器組的投切 從而做到了無(wú)功的補(bǔ)償量快速跟隨實(shí)際需求量的變化。2.1.4功率因數(shù)控制與無(wú)功功率控制無(wú)論是靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，還是動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，都需要1個(gè)控制器來(lái)完成電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量計(jì)算，控制電容器組的投切。以接觸器作開關(guān)元件的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是接點(diǎn)信號(hào)，控制接觸器的吸合或斷開。以晶閘管作開關(guān)元件的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。無(wú)功補(bǔ)償有功率因數(shù)控制和無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制2種方式.下面介紹2種方式的特點(diǎn)。(1)功率因數(shù)控制功率因數(shù)控制就是以功率因數(shù)滿足要求為控制目標(biāo)。用無(wú)

51、功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償， 使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。參照?qǐng)D1。假設(shè)補(bǔ)償前的參數(shù)是有功電流，無(wú)功電流，總電流，功率因數(shù) 。我們將定為投門限，當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值小于時(shí)，發(fā)出指令，投入一電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償后的參數(shù)為有功電流，=，無(wú)功電流，功率因數(shù)。我們又將切除門限設(shè)為1.0。當(dāng)控制器檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值大于1.0時(shí)，發(fā)出指令，切除一電容器組。當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)值介于之間時(shí) 則保持不變。功率因數(shù)式控制器通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的電壓，電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，析計(jì)算出當(dāng)前的功率因數(shù)值。用當(dāng)前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進(jìn)行比較，以確定是投入，切除，還是保持不變。功率因數(shù)式控制器當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前的功率因數(shù)

52、值介于時(shí) 則不論實(shí)際的無(wú)功功率值是多少，都保持當(dāng)前的補(bǔ)償狀態(tài)不變。功率因數(shù)值是一個(gè)比例值，所以在重負(fù)荷時(shí)，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無(wú)功功率仍很大。用圖5以很清楚地說(shuō)明重載時(shí)的情況。圖5中，負(fù)載大于負(fù)載，無(wú)功也大于，而這時(shí)的功率因數(shù)卻是相同的。雖然與的差值大于1或幾個(gè)電容器組的補(bǔ)償量，但卻由于此時(shí)的功率因數(shù)滿足要求而不會(huì)去投入。功率因數(shù)控制的另一個(gè)問(wèn)題是輕載下的投切振蕩。圖6明了輕載振蕩的情況。圖6 中是輕載時(shí)的有功電流，是與之對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流，且要小于1個(gè)電容器組的補(bǔ)償量。由于負(fù)載很輕。這時(shí)的功率因數(shù)很低。按照補(bǔ)償原理應(yīng)投入。個(gè)電容器組。用該組電容器的超前電流，去進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是

53、得到了超前的功率因數(shù) 功率因數(shù)只要一超前，就要立即切除一電容器組。而切除1功率因數(shù)又不夠，因此形成振蕩。(2)無(wú)功功率(無(wú)功電流)控制針對(duì)功率因數(shù)控制的問(wèn)題 出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無(wú)功功率（無(wú)功電流）為被控制對(duì)象，即無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制方式。控制器對(duì)電網(wǎng)的電壓，電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，計(jì)算出當(dāng)前的無(wú)功功率（無(wú)功電流）值。若當(dāng)前值大于1電容器組的補(bǔ)償值，則投入1容器組.若前值超前，則切除1容器組。本方法補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無(wú)功功率（無(wú)功電流）始終保持在一個(gè)較低的水平上。圖7所示是無(wú)功功率（無(wú)功電流）控制的補(bǔ)償效果示意圖。由于本方法的控制對(duì)象是無(wú)功功率（無(wú)功電流），而無(wú)功功率（無(wú)功電流）又始終保持在一個(gè)

54、較低的水平上。因此，不會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)控制方式所出現(xiàn)的重載時(shí)功率因數(shù)滿足要求，但無(wú)功電流很大，而輕載時(shí)又容易產(chǎn)生投切振蕩的問(wèn)題。2.2無(wú)功補(bǔ)償電容選擇并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50227-95)規(guī)定): “低壓并聯(lián)電容器裝置的安裝地點(diǎn)和裝設(shè)容量,應(yīng)根據(jù)分散補(bǔ)償和降低線損的原則配置”這和第條“,電容器安裝容量可按變壓器的容量的10%30%確定。”相比,可以發(fā)現(xiàn)規(guī)范對(duì)低壓并聯(lián)電容器裝置中的電容器容量沒(méi)有硬性規(guī)定,需要計(jì)算后才能確定容量。配電變壓器消耗的無(wú)功功率可按下式計(jì)算 ： 1式中 I0 _變壓器的空載電流UK_短路阻抗SN_額定容量_負(fù)荷容量與額定容量之比負(fù)載率。從1式可知,當(dāng)變壓器無(wú)負(fù)載空

55、載時(shí) 2式2說(shuō)明變壓器空載時(shí),變壓器消耗的無(wú)功功率只與變壓器的空載電流和容量有關(guān)。且是一不變數(shù)。當(dāng)從0變化到1時(shí),將隨著的增大而增大,最大為： 3也就是說(shuō),變壓器本體所需的無(wú)功功率最大值與變壓器的阻抗電壓有關(guān)。當(dāng)變壓器的負(fù)載容量為S1時(shí),功率因數(shù)為,變壓器負(fù)載所需的無(wú)功功率為 當(dāng)負(fù)載容量不變,功率因數(shù)由提高到時(shí)，需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量為： 4在城網(wǎng)中,自然功率因數(shù)按，當(dāng)目標(biāo)功率因數(shù)提高到時(shí),補(bǔ)償容量為： 5綜合1與5式,當(dāng)自然功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)一定時(shí),帶負(fù)載所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量為： 6式6中第一項(xiàng)為變壓器固定補(bǔ)償,第二項(xiàng)為變壓器可變補(bǔ)償,第三項(xiàng)為改善該變壓器所帶負(fù)荷的功率因素所需的無(wú)功補(bǔ)償容量。從

56、式6可見(jiàn),在變壓器容量一定時(shí), 取決于變壓器的負(fù)載率。配電變壓器的負(fù)載率可能每一時(shí)刻都不一樣,隨季節(jié)、時(shí)段的變化相差很大, 實(shí)際上是平均負(fù)載率,可以通過(guò)大量的負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和綜合測(cè)試儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出。 相位角檢測(cè)原理本方案控制器是基于功率因數(shù)的檢測(cè)來(lái)確定無(wú)功補(bǔ)償量，角相電壓和相電流的相位差，由于Q直接與的余弦值COS即功率因數(shù)成反比，所以對(duì)的準(zhǔn)確且即時(shí)的檢測(cè)將影響控制器的無(wú)功補(bǔ)償精度。考慮到在電壓電流相位相差不大時(shí)，或鑒于檢測(cè)變送元件本身檢測(cè)精度的限制而不能準(zhǔn)確檢測(cè)無(wú)功功率，而引起誤差,因此為保證無(wú)功功率的準(zhǔn)確補(bǔ)償,采取對(duì)的檢測(cè)是很有必要的。檢測(cè)原理如下圖2-6 圖2-6 角檢測(cè)原理圖因?yàn)椋?/p>

57、功率因數(shù)=, (2-7)因此對(duì)正弦函數(shù)sin的控制和檢測(cè)也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)功功率的控制。2.4 無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投切控制的意義無(wú)功補(bǔ)償方法通常有調(diào)相法TCR，TSC，SVC，他們都是采用晶閘管作為開關(guān)，投切電容器組、實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置，由于工廠使用大量的非同步電氣設(shè)備，無(wú)功功率損耗變化大、不穩(wěn)定，負(fù)載具有快速或極快的無(wú)功功率變化。此外大量的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流需要集中補(bǔ)償。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間電流消耗量為正常工作的6-7倍，啟動(dòng)電流大部分是無(wú)功分量，用常規(guī)的PFC系統(tǒng)無(wú)法補(bǔ)償導(dǎo)這就會(huì)致很大的電壓跌落。發(fā)電機(jī)沒(méi)有足夠的容量經(jīng)受住負(fù)載的變化，在某場(chǎng)合下負(fù)載變化比較大，發(fā)電機(jī)工作于容性負(fù)載而常規(guī)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)來(lái)不及關(guān)斷，

58、可引起發(fā)電機(jī)輸出電壓瞬時(shí)跌落、或者過(guò)激勵(lì)將使發(fā)電機(jī)電壓抬高，這將危及其他負(fù)載及電容器。此外鋼鐵廠的工作周期內(nèi)需要大量無(wú)功能量，過(guò)高的無(wú)功電流損耗可以在變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)導(dǎo)致明顯的電壓降落，對(duì)于功率因數(shù)低、大型電感性負(fù)載變化而對(duì)其它設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響的場(chǎng)合，因此采用自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償，通過(guò)控制器發(fā)出電容投切信號(hào)，動(dòng)作真空接觸器，完成無(wú)功補(bǔ)償。自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償是通過(guò)單片機(jī)的快速檢測(cè)能力和自動(dòng)控制作用完成對(duì)負(fù)載波動(dòng)較大的場(chǎng)合的無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹２捎米詣?dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以達(dá)到穩(wěn)定電壓，提高負(fù)荷能力，濾除諧波，達(dá)到節(jié)能提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。3 低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算將電容器與感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)

59、方法，電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量時(shí)，正好電容器釋放能量，而電感放出能量時(shí)，電容器卻在吸收能量。能量就只在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、變壓器等)所吸收的無(wú)功功率，可由電容器所輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，設(shè)(2-1)甲被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是供給線路的有功功率P占線路視在功率S的百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)運(yùn)行中，我們希望的是功率因數(shù)越大越好，如果能做到這一點(diǎn)，則電路中的視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，可以減少無(wú)功功率的消耗。 a) 電

60、路 b)相量圖（欠補(bǔ)償） c)相量圖（過(guò)補(bǔ)償）圖2.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償無(wú)功功率的電路和相量圖 將R、L電路并聯(lián)電容C后，電路如圖2.1 (a)所示，該電路電流方程為。由圖2. 1(b)的相量圖可知，并聯(lián)電容器后電壓和電流的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時(shí)供電電流的相位滯后于電壓，這種情況稱為欠補(bǔ)償。若電容C的容量過(guò)大，使得供電電流的相位超前于電壓，這種情況稱為過(guò)補(bǔ)償，其相量圖如圖2. 1(c)所示。通常不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)檫@樣會(huì)引起變壓器二次電壓的升高，而且容性無(wú)功功率在電力線路上傳輸同樣會(huì)增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會(huì)增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，