為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償？無功補(bǔ)償?shù)脑?、形式是什么？安科?顧語歡

一、為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償

? ? ? ?無功功率不是無用功率，在交流供電系統(tǒng)中，電感和電容都是必不可少的負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、變壓器等鐵磁性負(fù)載，如果沒有感性無功的勵(lì)磁，設(shè)備無法正常工作，比如定距離送電的線路本身，就是容性負(fù)載，只要是送電當(dāng)中就會(huì)相當(dāng)于電容器在工作。那么也就是說在交流供電系統(tǒng)中，無功的存在對(duì)功率的傳輸和交換有著巨大意義，不可缺少，或者說離開無功功率的交換系統(tǒng)就不能正常工作。

? ? ? ?那么，大量的無功由哪里來？系統(tǒng)中眾多的無功負(fù)載，尤其是感性無功負(fù)載，正常來講，這些負(fù)載所吸收的無功功率是由發(fā)電廠提供的，也就是說發(fā)電機(jī)在工作時(shí)就會(huì)向系統(tǒng)釋放有功電能，同時(shí)對(duì)感性負(fù)載提供相應(yīng)的無功電能。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)需要要保持適當(dāng)?shù)臒o功輸出，如果沒有無功輸出就會(huì)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)造成破壞性的影響,也就是說保護(hù)系統(tǒng)的無功平衡至關(guān)重要。

? ? ? ?當(dāng)系統(tǒng)中無功功率需求增加時(shí)，如果不在系統(tǒng)人為地安裝無功補(bǔ)償裝置，發(fā)電廠要通過調(diào)相的方式來加大無功功率輸出，由于發(fā)電機(jī)的容量是有限的，那么就勢必要減少有功功率的輸出量，也就是降低發(fā)電機(jī)的輸出能力，為滿足用電的要求，發(fā)電機(jī)、供電線路和變壓器的容量需增加，這樣不僅增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗。

? ? ? ?為了降低發(fā)電廠的無功供給壓力，我們在供電系統(tǒng)中感性負(fù)載消耗較大的點(diǎn)投入相應(yīng)的電容器來為感性負(fù)載提供無功功率，這樣就減輕了發(fā)電廠的無功供給壓力。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止無功倒送。同時(shí)將用戶的功率因數(shù)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以避免供電部門加收力率電費(fèi)。因此，無論對(duì)供電部門還是用電部門，對(duì)無功功率進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，防止無功倒送，對(duì)節(jié)約電能、提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的意義。

二、無功補(bǔ)償?shù)脑硎鞘裁?/p>

? ? ? ?1、從吸收功率和釋放功率角度分析

? ? ? ?一般在系統(tǒng)中所說的無功負(fù)載大部分是感性無功負(fù)載，把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)感性無功負(fù)載吸收功率時(shí)，容性負(fù)載釋放功率，而感性負(fù)載釋放功率時(shí)，容性負(fù)荷卻在吸收功率，功率在容性負(fù)載和感性負(fù)載之間交換，這樣容性負(fù)載所吸收的無功功率可以從感性負(fù)荷裝置輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，無功功率就地平衡掉，以降低線路損失，提高帶載能力，降低電壓損失及緩和發(fā)電廠的供電壓力，這就是無功補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/p>

? ? ? ?2、從相位（感性/容性）角度分析

? ? ? ?純電感負(fù)載中電流IL滯后電壓90°，其功率稱為感性無功功率；而純電容負(fù)載中電流Ic則超前電壓90°，其功率稱為容性無功功率。

? ? ? ?電容中的電流與電感中的電流相位相差180°,可以相互抵消。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性負(fù)載，因此總電流I將滯后電壓一個(gè)角度Φ1,如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，這時(shí)I′＝I+IC,電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流從I降低到I′，相位角由Φ1減少為Φ2,可以提高功率因數(shù)，無功就地得到治理。

三、無功補(bǔ)償?shù)男问接心男?/p>

? ? ? ?廣義上講，無功補(bǔ)償?shù)男问椒N類較多，比如：

? ? ? ?按照補(bǔ)償并網(wǎng)點(diǎn)PCC點(diǎn)電壓等級(jí)不同，可分為高壓補(bǔ)償、中壓補(bǔ)償、低壓補(bǔ)償；

? ? ? ?按照補(bǔ)償點(diǎn)在輸配電系統(tǒng)中的位置不同，可分為設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償、區(qū)域局部補(bǔ)償、變電所集中補(bǔ)償；

? ? ? ?按照補(bǔ)償設(shè)備類型，可分為投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）、機(jī)械旋轉(zhuǎn)類補(bǔ)償（如：同步調(diào)相機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)）、靜止類無功補(bǔ)償（靜止無功補(bǔ)償器：晶閘管投切電容TSC、晶閘管控制電抗器TCR、磁控電抗器MCR；靜止同步補(bǔ)償器STATCOM；靜止無功發(fā)生器SVG）、復(fù)合類無功補(bǔ)償（FC+TCR、FC+MCR、FC+STATCOM）等。

3.1 按照補(bǔ)償位置區(qū)分的補(bǔ)償形式

? ? ? ?接下來主要針對(duì)低壓0.4KV系統(tǒng)補(bǔ)償點(diǎn)位置不同，無功補(bǔ)償?shù)男问阶鰝€(gè)簡單介紹。

? ? ? ?1、設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償

? ? ? ?設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償就是對(duì)單臺(tái)用電設(shè)備所需的無功就近補(bǔ)償?shù)霓k法，把電容器直接接到單臺(tái)用電設(shè)備的同一個(gè)電氣回路，用同一臺(tái)開關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開。這種補(bǔ)償方法的效果較好，電容器靠近用電設(shè)備，就地平衡無功電流，可避免無負(fù)荷時(shí)的過補(bǔ)償，使供電質(zhì)量得到保證。這種補(bǔ)償方式常用于高低壓電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備。但這種補(bǔ)償方式在用戶設(shè)備非連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電容器利用率低，不能充分發(fā)揮其補(bǔ)償效益。

? ? ? ?2、區(qū)域局部補(bǔ)償

? ? ? ?區(qū)域局部補(bǔ)償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化投入或切除電容器組，補(bǔ)償效果也比較好，但造價(jià)相對(duì)較高。

? ? ? ?3、變電所集中補(bǔ)償

? ? ? ?變電所集中補(bǔ)償是所有電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線上。這種補(bǔ)償方式安裝簡單，運(yùn)行可靠，可以集中補(bǔ)償?shù)蛪?.4KV系統(tǒng)的無功功率，對(duì)于變壓器原邊（一般是10KV計(jì)量點(diǎn)）功率因數(shù)的提升有比較直接的效果，這類補(bǔ)償方式是當(dāng)前采用廣泛，性價(jià)比相對(duì)比較高的方案。

3.2 按照補(bǔ)償設(shè)備類型區(qū)分的補(bǔ)償形式

? ? ? ?按照補(bǔ)償設(shè)備類型細(xì)分的設(shè)備就非常多了，一般都是按照現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行設(shè)備類型，各個(gè)補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行都各有利弊，在本文中我們主要針對(duì)市場上0.4KV配電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的兩類產(chǎn)品——投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）和靜止無功發(fā)生器（SVG補(bǔ)償），在此給大家做個(gè)簡單的介紹。

? ? ? ?1、投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）

? ? ? ?投切電容器補(bǔ)償也就是傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式，他的原理是通過增加容性無功補(bǔ)償負(fù)載的感性無功需求，提升負(fù)載電壓的穩(wěn)定性，提高功率因數(shù)。

? ? ? ?由于早期并聯(lián)電容器的投切是通過接觸器來實(shí)現(xiàn)，接觸器動(dòng)作時(shí)間都是秒級(jí)，所以它的致命缺點(diǎn)是：合閘涌流大，嚴(yán)重的情況下可以達(dá)到補(bǔ)償電容器額定電流的50-100倍，會(huì)產(chǎn)生較大的弧光，造成電容器和接觸器的損壞。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載實(shí)際運(yùn)行情況，市場上逐漸出現(xiàn)同步開關(guān)、復(fù)合開關(guān)、晶閘管開關(guān)等替代接觸器的方案，在電壓過零點(diǎn)合閘、電流過零點(diǎn)切斷方面有了很大的提升，大大降低了投切涌流導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

? ? ? ?為了投切控制智能化、采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)多元化、保護(hù)功能多樣化、安裝維護(hù)簡單化，近些年又衍生出了另一類投切電容器補(bǔ)償——智能電容，相比于傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償，它具有多項(xiàng)技術(shù)功能是傳統(tǒng)電容器無法實(shí)現(xiàn)的。另外，隨著負(fù)載設(shè)備電力電子化，配電系統(tǒng)諧波影響不容忽視，尤其對(duì)電容的影響，所以針對(duì)諧波的影響，F(xiàn)C補(bǔ)償也做了很多相關(guān)改進(jìn)，比如提出串抗率的概念，什么情況下用6%、7%的串抗率？什么情況下用13%、14%的串抗率？這部分內(nèi)容后期做專題進(jìn)一步講解。

? ? ? ?2、靜止無功發(fā)生器（SVG補(bǔ)償）

? ? ? ?靜止無功發(fā)生器是一種用于補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小變化的無功以及負(fù)序進(jìn)行快速和連續(xù)的補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服FC補(bǔ)償器等傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢、補(bǔ)償效果不能合理控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點(diǎn)。

? ? ? ?相比于FC補(bǔ)償大的三點(diǎn)優(yōu)勢在于：

? ? ? ?①線性補(bǔ)償無功功率，補(bǔ)償階梯小于1KVar；

? ? ? ?②無木及性補(bǔ)償，既可以輸出容性無功，也可以輸出感性無功；

? ? ? ?③響應(yīng)時(shí)間快，全響應(yīng)時(shí)間小于5ms。