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摘要：随着我国经济体制改革的深入进行, 低压电网的非线性、不对称及冲击性负荷迅速增多, 致使电网的电能质量进一步恶化,尤其是非线性负荷产生的谐波电流的增加, 增加了电网的损耗。因此, 合理选择无功功率补偿装置, 可以提高电网的功率因数, 降低供电变压器及输送线路的损耗, 提高供电效率, 改善供电环境;可以做到最大限度地减少网络的损耗, 提高电网质量。
关键词：无功功率补偿装置, 功率因数, 补偿方式
中图分类号：TM933文献标识码： A
我公司现有35KV变电站1座，总装机容量63MVA，下设6KV低压配电室7座，其中400V 低压配电室23处。现变电站内基波无功补偿容量为10Mvar，在正常运行过程中无功补偿的投切依据仅依靠功率因数进行投切，对无功的浪费较大。为扭转由于无功的大量浪费，造成有功功率的大量损失，在2003年经过与北京电力科学院电力电子公司的协商，在满足补偿我公司炼钢生产过程中产生的感性无功的前提下新上一套容量为60Mvar的无功动态补偿装置，通过近两年的运行经验来看，补偿效果良好，功率因数指标能够控制在0.85～0.92之间。在此有必要就无功补偿装置的选择方面做一下简单的介绍（以低压无功补偿装置为例）。
众所周知合理的选择无功补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗使电网质量提高，反之如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大和有功功率的大量损耗等诸多因素，危害电网的安全运行。
一、低压无功功率补偿装置，一般采用自动补偿方式。按投切方式可进行如下分类：
1、延时投切方式
这种投切依靠于传统的接触器动作，当然用于投切电容的接触器是专用。它具有抑制电容的涌流作用。延时投切的目的在于防止电容不停的投切，导致供电系统振荡，这一危险情况的出现。这种补偿方式是通过补偿装置的控制器，检测供电系统的物理量，来决定电容器投切的这个物理量，这种物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率，是我们常用的一种补偿方式。
2、瞬时投切方式
瞬时投切方式是电力电容器件与数字技术综合的技术结晶。即我们所说的动态补偿，实际就是在半个周波至1个周波内完成采样计算，在下个周期到来前，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号通知投切执行元件，即晶闸管导通。投切电容器组大约20－30毫秒内完成一个全部动作，作为一种新的补偿装置有着广泛的应用前景。
其动作原理是当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令）此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并入线路运行。晶闸管的导通条件必须满足其所在相的电容器端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，也就是说电力电子器件控制的无功投切是无涌流投切；当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关闭，关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容用以投入。用于控制电容器投切的元器件可以用单相晶闸管、并联的双向晶闸管，也可选适合容性负荷的固态接触器。元件的耐压及额定电流要选择合理。这种补偿方式其最主要的制约因素是用于投切控制的元器件的散热方式及冷却方式。我公司现上无功动态补偿装置的冷却方式选用水冷内循环，各晶闸管的运行温度能够控制在40～50℃之间。
在低压无功功率补偿装置的应用方面，选择延时速是瞬时的补偿方式。要依电网的状况所定。首先要对所补偿的方式性质有所了解，对负荷较大且变化较快的工况。如电焊机、电动机的方式应采用瞬时的补偿方式；对于相对稳定的负荷可采用延时补偿方式，也可使用瞬时的补偿方式。一般电焊工作时间均在几秒钟以上。电动机启动也在几秒钟以上。而瞬时补偿的响应时间在几十毫秒。按40ms考虑则从40ms到5秒钟之内是一个相对稳态过程，瞬时补偿能完成这一过程。
二、无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器按照采样方式可分为三类，即功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择哪一种物理控制方式实际上就是对无功功率控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，是进行采样运算、发出投切信号、参数设定、测量、元件保护等功能的一个核心装置。现在对上述所说的三种补偿装置简单的进行一下介绍：
1、功率因数型控制器。
功率因数用cosφ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosφ＝1时，就是说明线路中没有无功损耗，提高功率因数并减少无功功率和无为有功功率的损耗是这类控制器的最终目标，这种控制方式也是传统的方式，采样控制较易实现。这种采样方式在运行中既要保证系统稳定和无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果。对于这种补偿方式很重要的一点就是如何进行参数设定，只能在现场视具体情况将参数整定在一个较好的状态下进行工作，既使参数调整的较好，也无法弥补这种补偿方式自身的缺陷，尤其是在负荷较重的环境中，例如：设定投入门限cosφ=0.95（滞后）此时工作环境为重负荷，既使此时的无功损耗很大。无功缺额很大，再投电容器组也不会出现过补偿。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器投入。故不推荐使用这种补偿方式。
2、無功功率（无功电流）型控制器。
这种方式可完善的解决功率因数型的缺陷，一个良好设计的无功型控制器，它是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性、检测和无功补偿的效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测。这种补偿装置可实现如下功能：
四象限操作、自动和手动切换、自识别各路电容器组的功率，可根据负荷自动调节切换时间，具有谐波过压报警及保护，可防止线路发生谐振，具有过电压保护、低电流报警，可检测所补偿系统的电压、电流畸变率，显示电容器功率、显示cosφ、U、I、S、P、Q及频率。
由以上功能可以看出其控制功能非常强大。由于是无功型控制器，也就能够将补偿装置的效果发挥到极至。此时既使在重负荷的情况，负荷发出的无功功率已经相当大，那怕cosφ已达到0.99（滞后）也可根据要求再投入一组，使补偿效果达到最佳。
3、动态补偿的控制器
对于这种控制器要求就更高了。要与触发脉冲形成电路一并考虑。要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是要很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也是基于无功型，所以它具备静态无功型控制器的一切优点。我公司现在运行的一套动态补偿装置，利用光纤触发安装在可控晶闸管的触发板，可以在发出触发信号的12.5ms以内完成一个触发动作，其触发的依据主要依靠无功功率产生的特点，即电流与电压的相位关系，进行触发，可以非常明显的提高我公司电网的质量，并在一定程度上消除上级电网的谐波。
总之，对于选择哪一种无功补偿方式，需要根据具体负荷性质的变化情况，来确定补偿装置的选型，以期达到良好的补偿效果。
关键词：无功功率补偿装置, 功率因数, 补偿方式
中图分类号：TM933文献标识码： A
我公司现有35KV变电站1座，总装机容量63MVA，下设6KV低压配电室7座，其中400V 低压配电室23处。现变电站内基波无功补偿容量为10Mvar，在正常运行过程中无功补偿的投切依据仅依靠功率因数进行投切，对无功的浪费较大。为扭转由于无功的大量浪费，造成有功功率的大量损失，在2003年经过与北京电力科学院电力电子公司的协商，在满足补偿我公司炼钢生产过程中产生的感性无功的前提下新上一套容量为60Mvar的无功动态补偿装置，通过近两年的运行经验来看，补偿效果良好，功率因数指标能够控制在0.85～0.92之间。在此有必要就无功补偿装置的选择方面做一下简单的介绍（以低压无功补偿装置为例）。
众所周知合理的选择无功补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗使电网质量提高，反之如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，谐波增大和有功功率的大量损耗等诸多因素，危害电网的安全运行。
一、低压无功功率补偿装置，一般采用自动补偿方式。按投切方式可进行如下分类：
1、延时投切方式
这种投切依靠于传统的接触器动作，当然用于投切电容的接触器是专用。它具有抑制电容的涌流作用。延时投切的目的在于防止电容不停的投切，导致供电系统振荡，这一危险情况的出现。这种补偿方式是通过补偿装置的控制器，检测供电系统的物理量，来决定电容器投切的这个物理量，这种物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率，是我们常用的一种补偿方式。
2、瞬时投切方式
瞬时投切方式是电力电容器件与数字技术综合的技术结晶。即我们所说的动态补偿，实际就是在半个周波至1个周波内完成采样计算，在下个周期到来前，控制器已经发出控制信号了，通过脉冲信号通知投切执行元件，即晶闸管导通。投切电容器组大约20－30毫秒内完成一个全部动作，作为一种新的补偿装置有着广泛的应用前景。
其动作原理是当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令）此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并入线路运行。晶闸管的导通条件必须满足其所在相的电容器端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，也就是说电力电子器件控制的无功投切是无涌流投切；当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关闭，关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容用以投入。用于控制电容器投切的元器件可以用单相晶闸管、并联的双向晶闸管，也可选适合容性负荷的固态接触器。元件的耐压及额定电流要选择合理。这种补偿方式其最主要的制约因素是用于投切控制的元器件的散热方式及冷却方式。我公司现上无功动态补偿装置的冷却方式选用水冷内循环，各晶闸管的运行温度能够控制在40～50℃之间。
在低压无功功率补偿装置的应用方面，选择延时速是瞬时的补偿方式。要依电网的状况所定。首先要对所补偿的方式性质有所了解，对负荷较大且变化较快的工况。如电焊机、电动机的方式应采用瞬时的补偿方式；对于相对稳定的负荷可采用延时补偿方式，也可使用瞬时的补偿方式。一般电焊工作时间均在几秒钟以上。电动机启动也在几秒钟以上。而瞬时补偿的响应时间在几十毫秒。按40ms考虑则从40ms到5秒钟之内是一个相对稳态过程，瞬时补偿能完成这一过程。
二、无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器按照采样方式可分为三类，即功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择哪一种物理控制方式实际上就是对无功功率控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，是进行采样运算、发出投切信号、参数设定、测量、元件保护等功能的一个核心装置。现在对上述所说的三种补偿装置简单的进行一下介绍：
1、功率因数型控制器。
功率因数用cosφ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosφ＝1时，就是说明线路中没有无功损耗，提高功率因数并减少无功功率和无为有功功率的损耗是这类控制器的最终目标，这种控制方式也是传统的方式，采样控制较易实现。这种采样方式在运行中既要保证系统稳定和无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果。对于这种补偿方式很重要的一点就是如何进行参数设定，只能在现场视具体情况将参数整定在一个较好的状态下进行工作，既使参数调整的较好，也无法弥补这种补偿方式自身的缺陷，尤其是在负荷较重的环境中，例如：设定投入门限cosφ=0.95（滞后）此时工作环境为重负荷，既使此时的无功损耗很大。无功缺额很大，再投电容器组也不会出现过补偿。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器投入。故不推荐使用这种补偿方式。
2、無功功率（无功电流）型控制器。
这种方式可完善的解决功率因数型的缺陷，一个良好设计的无功型控制器，它是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性、检测和无功补偿的效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测。这种补偿装置可实现如下功能：
四象限操作、自动和手动切换、自识别各路电容器组的功率，可根据负荷自动调节切换时间，具有谐波过压报警及保护，可防止线路发生谐振，具有过电压保护、低电流报警，可检测所补偿系统的电压、电流畸变率，显示电容器功率、显示cosφ、U、I、S、P、Q及频率。
由以上功能可以看出其控制功能非常强大。由于是无功型控制器，也就能够将补偿装置的效果发挥到极至。此时既使在重负荷的情况，负荷发出的无功功率已经相当大，那怕cosφ已达到0.99（滞后）也可根据要求再投入一组，使补偿效果达到最佳。
3、动态补偿的控制器
对于这种控制器要求就更高了。要与触发脉冲形成电路一并考虑。要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是要很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也是基于无功型，所以它具备静态无功型控制器的一切优点。我公司现在运行的一套动态补偿装置，利用光纤触发安装在可控晶闸管的触发板，可以在发出触发信号的12.5ms以内完成一个触发动作，其触发的依据主要依靠无功功率产生的特点，即电流与电压的相位关系，进行触发，可以非常明显的提高我公司电网的质量，并在一定程度上消除上级电网的谐波。
总之，对于选择哪一种无功补偿方式，需要根据具体负荷性质的变化情况，来确定补偿装置的选型，以期达到良好的补偿效果。