前言

隨著煤礦電氣設(shè)備自動化程度的不斷提高，在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的感性負(fù)荷，造成企業(yè)的自然功率因數(shù)降低，如不能有效的進(jìn)行人工補償，將使網(wǎng)絡(luò)電力損耗增加，諧波、沖擊電壓降等問題越來越突出?？梢姡岣吖╇娤到y(tǒng)的功率因數(shù)對電力系統(tǒng)，以及煤礦企業(yè)的經(jīng)濟運行都有著重大意義。

1.無功補償?shù)亩x

1.1無功功率。大部分電網(wǎng)電力裝置都是結(jié)合電磁感應(yīng)原理運行的，它們在轉(zhuǎn)換能量的時候創(chuàng)建立變磁場，在一個周期釋放與吸收相等的功率。在經(jīng)過純電容電路或者是純電感的情況下電源能量不消耗能量，只是在電源和負(fù)荷間來回交換，流動于三相間，如此的交換功率不做功，因而被叫做無功功率。

1.2無功補償。電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶變電所安裝無功功率電源，進(jìn)而對電力系統(tǒng)當(dāng)中無功功率的流動進(jìn)行改變，進(jìn)而使電力系統(tǒng)的電壓增強，最終使電力系統(tǒng)的動態(tài)性能改善與降低損耗，稱為無功功率補償。電力系統(tǒng)中，無功功率、有功功率、視在功率間的相量關(guān)系如式cosφ=P/S，在相應(yīng)的有功功率之下，功率因數(shù)cosφ越小，要求愈大的無功功率。為了使電網(wǎng)的經(jīng)濟運行效率提升，結(jié)合電網(wǎng)無功種類，人為的補償感性無功或者是容性無功，進(jìn)而對線路無功功率進(jìn)行抵消。

1.3無功補償?shù)囊饬x。（1）提升供電設(shè)備的利用率。（2）提高輸電效率。（3）提高供電質(zhì)量

2.無功補償?shù)姆绞?/p>

按照補償裝置的安裝地點可分為：集中補償、分散補償和就地補償這幾種方式。

2.1集中補償。集中補償方式是在用戶應(yīng)用的配電室或者是變電所的高壓、低壓母線上安裝電容器組，如此的補償方式的電容器組應(yīng)用效率比較高，可以對變配電所高壓或者是低壓母線前的無功功率進(jìn)行補償。2.1.2優(yōu)點：（1）可以便于跟電容器組自動投切設(shè)備相配套，對無功功率的改變進(jìn)行自動追蹤，進(jìn)而使用戶總補償容量改變，防止欠補償或者是補償出現(xiàn)在總補償水平上，實現(xiàn)最為理想的補償成效；（2）集中補償能夠?qū)τ脩舻臒o功潮流進(jìn)行控制，防止因為電力網(wǎng)負(fù)荷改變或電壓的改變而使太大的電壓波動形成。（3）結(jié)合用戶正常負(fù)荷要求來確定電容器組基本容量的，應(yīng)用效率高、工作期限長，補償效益就高，以及集中補償方式便于維護(hù)，很少出現(xiàn)事故。2.1.2缺點。集中補償方式存在相應(yīng)的缺陷，其僅僅可以使裝設(shè)點之上變壓器與線路由于輸送無功功率導(dǎo)致的損耗降低，而不可以使用戶配電網(wǎng)絡(luò)無功負(fù)荷導(dǎo)致的損耗降低。恰恰是因為未能夠降低用戶的無功線損，務(wù)必制約其降損節(jié)電效益。

2.2分散補償。分散補償是指裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或終端變、配電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補償有相同的優(yōu)點，但無功容量較小，效果較明顯。2.2.1缺點：（1）倘若安裝的電容器不可以進(jìn)行分組，那么就難以調(diào)整補償容量。運行的過程中會發(fā)生欠補償或者是補償?shù)那闆r。（2）倘若僅僅實施分組補償，那么務(wù)必通過車間電容器組倒送用戶變壓器損耗的無功功率，這難以實現(xiàn)理想的成效。（3）以一次性投資作為視角，分組補償方式要比集中補償方式大。

2.3就地補償。就地補償指的是在異步電動機周圍安裝，實施就地補償。2.3.1缺點：（1）由于當(dāng)今依舊沒有完全地解決廣泛應(yīng)用的小型電機補償用電容器的保護(hù)控制問題，以及運行時間通常較短，因此應(yīng)用如此的補償方式存在比較大的制約；（2）倘若都實施如此的補償方式，那么就難以科學(xué)地調(diào)控整個無功潮流，如此的方式的應(yīng)用僅僅當(dāng)作輔助補償方式；（3）因為一部分電機選用較大的容量，倘若逐臺實施補償，那么就會增加補償總?cè)萘?，進(jìn)而增加補償設(shè)備的費用；（4）在用電裝置停止運動的情況下，電容器組也會被切除，這降低了其應(yīng)用效率。

3.補償設(shè)備的補償方式分類

根據(jù)補償設(shè)備的補償方式又可分為：固定補償和動態(tài)調(diào)節(jié)補償兩種。

3.1固定補償。3.1.1優(yōu)點.技術(shù)成熟，價格低廉，工作可靠，在一般場合補償效果良好。3.1.2固定電容器組補償?shù)木窒扌浴＃?）固定電容補償存在過補或欠補現(xiàn)象。（2）固定電容不能很好抑制電壓波動。（3）電容器組補償?shù)你Ｕ?。?）固定電容補償不能很好的抑制諧波。

3.2動態(tài)無功補償?shù)膬?yōu)勢。動態(tài)補償，就是實時跟蹤負(fù)荷的功率因數(shù)的變化，極快的跟蹤補償，反映速度在1/20個周波之內(nèi)?？焖偻肚须娏﹄娙萜鹘M、進(jìn)行無功補償。相比較于固定補償，其反應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的補償效果，尤其適宜在負(fù)載波動劇烈的地方。動態(tài)補償通常還有分相補償功能，可以對不平衡的負(fù)載做良好的補償?shù)葍?yōu)勢。

4.現(xiàn)階段電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償技術(shù)新的發(fā)展方向——SVG

SVG的原理是借助電抗器在電網(wǎng)上并聯(lián)電壓源型逆變器。電壓源型逆變器的組成部分是逆變橋與直流電容，其中，逆變橋的組成是能夠關(guān)斷的半導(dǎo)體器件IGBT。

4.1 SVG的三種運行模式?？蛰d運行模式、容性運行模式、感性運行模式

4.2 SVG設(shè)備的運行方式。（1）恒無功運行方式：此方式能夠使設(shè)備將大小恒定的無功輸出，相當(dāng)于應(yīng)用純電容或純電抗。（2）恒功率因數(shù)運行方式：此方式結(jié)合設(shè)置的功率因數(shù)目標(biāo)值，在對無功輸出大小進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對功率因數(shù)大小的控制。

4.3 SVG與TCR/MCR的對比優(yōu)勢。SVG的核心技術(shù)是基于可關(guān)斷電力電子器件IGBT（絕緣柵型雙極晶體管，可實現(xiàn)快速的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，開關(guān)頻率可達(dá)到3500Hz以上）的電壓源型逆變技術(shù)。在構(gòu)成上，TCR是通過斬波控制，實現(xiàn)電抗器的等值阻抗調(diào)節(jié)；MCR是通過可控硅勵磁裝置控制鐵心飽和度，從而改變等效電抗的裝置，兩者都屬于阻抗型補償裝置；SVG是通過逆變器的控制實現(xiàn)無功的快速調(diào)節(jié)，不再需要大容量的交流電容/電抗器件，是屬于電源型的主動式補償裝置。與相控電抗器TCR和磁閥控制電抗器MCR相比，SVG的具有明顯性能優(yōu)勢：（1）SVG能耗小，相同調(diào)節(jié)范圍下，SVG的損耗只有MCR的1/4，TCR的1/2，運行費用低，更節(jié)能環(huán)保。（2）SVG屬于電流源型設(shè)備，主動對補償系統(tǒng)要求的無功進(jìn)行跟蹤補償，由機理上防止了在電網(wǎng)中并聯(lián)大容量電抗元器件或電容會出現(xiàn)的諧振情況。（3）SVG的響應(yīng)速度更快，整體裝置的動態(tài)無功響應(yīng)速度小于10ms，而TCR型SVC的響應(yīng)時間約為20-40ms，MCR型無功補償裝置響應(yīng)時間在200ms以上。（4）SVG中的諧波特性更好。TCR/MCR運行過程中都產(chǎn)生較大的諧波，尤其是TCR，最大諧波電流含量達(dá)到20%以上。而SVG自身不產(chǎn)生諧波，同時還能濾除系統(tǒng)諧波，保證運行安全性；（5）TCR/MCR是阻抗型特性，輸出無功容量和母線電壓的平方成正比；SVG具有電流源的特性，輸出容量和母線電壓成線形關(guān)系。在母線電壓偏低的情況下，SVG出力大，補償效果更好。

4.4 配合應(yīng)用固定無功補償設(shè)備FC和SVG。在當(dāng)今的技術(shù)基礎(chǔ)上，因為設(shè)備SVG的補償有限，費用大，不可以取代固有的固定式無功補償，為了有效地體現(xiàn)一系列無功補償設(shè)備的長處，要求在SVG跟電抗器、電容器間制定科學(xué)的調(diào)整措施，確保其配合的協(xié)調(diào)性。

5.結(jié)論

綜上所述，無功補償方式的選擇搭配，直接影響到補償?shù)男ЧｋS著煤礦自動化程度的不斷提高，安裝快速動態(tài)無功和諧波補償裝置已成為煤礦的供電系統(tǒng)中的必然趨勢。而補償方式的選擇應(yīng)該從高效性、經(jīng)濟性、可靠性進(jìn)行著手，根據(jù)各種補償方式的優(yōu)缺點合理搭配，從而實現(xiàn)補償效率的最大化。

（作者單位：兗州煤業(yè)股份有限公司北宿煤礦）

作者簡介

曲紀(jì)鋒（1967—），男，本科，山東科技大學(xué)畢業(yè)，電氣自動化專業(yè)，兗州煤業(yè)股份有限公司北宿煤礦水電暖中心主任，電氣工程師，注冊安全工程師.