基于瞬時無功檢測的快速投切無功補償裝置研究

基于瞬時無功檢測的快速投切無功補償裝置研究 摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高， 電力用戶對供電質(zhì)量和可靠性要求越來越高。目前，電力系統(tǒng)存在無功補償容量不足，而系統(tǒng)中又存在不斷增加的無功負(fù)荷，特別是沖擊性無功負(fù)荷，不僅增加了損耗，而且嚴(yán)重影響了用戶端的電能質(zhì)量。 目前的普通的機械投切器件投切電容的無功補償裝置已經(jīng)不能滿足工業(yè)現(xiàn)場對無功功率進行補償?shù)囊螅?尤其是存在電力諧波的工業(yè)場合，現(xiàn)有的無功補償裝置會造成諧波放大、系統(tǒng)共振等危害。 論文討論了目前無功補償裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢， 分析了現(xiàn)有無功補償裝置存在的問題，從而研究了一種改進型的據(jù)該無功補償裝置性能和特點， 論文首先研究了其主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和串聯(lián)電抗器參數(shù)選擇問題，深入研究了調(diào)諧電抗器和失諧電抗器的概念。 其次，論文對投切器件進行了分析，對過零投切技術(shù)進行了研究，深入研究了功率檢測的方法， 研究了傳統(tǒng)瞬時無功功率理論和廣義瞬時無功功率理論及其應(yīng)用。 最后，論文研究了無功補償裝置的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計以及人性化設(shè)計，研究了幾種無功電流檢測的技術(shù)方案。根據(jù)實際的試驗，改進型的無功補償裝置在投切速度和抑制諧波方面具有明顯的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：無功補償裝置；過零投切；調(diào)諧；失諧；瞬時無功功率理論 of of of At is of in of to of to In in as of of a SC to of of up It of of on in 1 目 錄 1 緒論 .無功補償技術(shù)的現(xiàn)狀 .無功補償技術(shù)發(fā)展方向 .無功補償裝置簡介 . . 基本原理 .功補償方式 . 電網(wǎng)中常用的無功補償方式 . 無功補償裝置容量的選取原則 . 負(fù)載無功功率的計算 .路的結(jié)構(gòu) .基本工作原理 . 電網(wǎng)中無功電流檢測方法研究 .狹義瞬時無功功率理論 .廣義瞬時無功功率理論 . 控制策略 .制系統(tǒng)硬件設(shè)計 .測電路設(shè)計 .制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 . 投切器件及投切技術(shù)的分析與研究 .2 .過零投切技術(shù) .電流輸入電路的設(shè)計 . 無功補償裝置功能完善的研究 . 統(tǒng)仿真 .考文獻 . 謝 .個人簡歷 .表的學(xué)術(shù)論文 . 基于瞬時無功檢測的快速投切無功補償裝置研究 1 緒論 題背景 近年來，隨著國家節(jié)能減排舉措的提出，電能在工業(yè)生產(chǎn)和人民生活應(yīng)用中的問題日漸暴露出來。電力系統(tǒng)無功補償容量不足、無功負(fù)載每天都在不斷的增加，這樣既增加了損耗，同時又對用戶端的電能質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響【1】。 針對以上所提出的問題，本文深入研究了電力系統(tǒng)存在的無功功率問題，結(jié)合目前無功補償現(xiàn)狀和一些新的理論知識， 提出了一種采用新的檢測方法的無功補償裝置。 功補償?shù)膬?nèi)容和意義 通過本課題研究不僅可以更好的實現(xiàn)對電網(wǎng)無 功功率進行補償，有效地降低損耗，改善電能質(zhì)量，而且對實際的解決現(xiàn)在無功補償裝置在某些技術(shù)環(huán)節(jié)上存在的一些問題起到了理論上的指導(dǎo)和幫助。 本課題通過對瞬時無功理論在無功功率檢測中應(yīng)用的探討， 可以對今后無功補償裝置的設(shè)計有所啟迪和幫助， 對于瞬時無功理論在實際工程中的應(yīng)用提供新的指向，起到拋磚引玉的效果。 無功補償與諧波治理對電力系統(tǒng)具有重要的意義。 隨著越來越多的非線性電力負(fù)荷的使用，給電網(wǎng)的正常運行帶來了許多負(fù)面效應(yīng)：1、功率因數(shù)過低，將會導(dǎo)致電能浪費、設(shè)備利用不充分等；2、諧波電流會引起波形不完整和電力裝置產(chǎn)生諧振等問題，在有的電力系統(tǒng)中甚至可以引起電力設(shè)備損壞等安全事故。3、電磁干擾的影響。針對以上問題，分析了目前國內(nèi)外在這方面的研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，結(jié)合長江集團公司現(xiàn)有的硬件平臺、客戶資源和人脈關(guān)系，提出了西安長江研究所的目前著手研究的內(nèi)容和未來的發(fā)展方向【2】。 無功補償裝置能夠廣泛運用于輸配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中、長距離傳輸電網(wǎng)當(dāng)中、風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)施當(dāng)中、大型工廠尤其是那些鋼鐵企業(yè)和電氣化的鐵路設(shè)施等。目前，動態(tài)無功補償中靜止無功補償器）的使用非常普遍，而在高電壓等級的、大容量的 目中，大部分都使用 司和 C 性 2 交流輸電系統(tǒng)）在世界輸電系統(tǒng)市場占了比較大的份額，自從20世紀(jì)50年代以來，一共有600多套這600多套00多套是9800其大概占據(jù)了全球范圍內(nèi)0世紀(jì)50年代，且于20世紀(jì)90年代末期開始推出晶閘管控制串聯(lián)電容器， 英文縮寫是： 即今天為止，大概安裝了約 250 余套串聯(lián)補償裝置。司大概是從 20 世紀(jì) 70 年對 行最初的研發(fā)，在 1972 年就已經(jīng)成功的把 用到了鋼鐵廠當(dāng)中，這在世界上尚屬首例。20世紀(jì) 70年代末期，還把直到現(xiàn)在， 20 世紀(jì)末期，開始推出新一代動態(tài)無功補償技術(shù)，英文縮寫就是所說的西門子公司于20世紀(jì)70年代開始， 對晶閘管控制技術(shù)的無功補償技術(shù)進行研究，于1980年，研制出第一套20世紀(jì)80年代中期，首套現(xiàn)在，西門子公司已經(jīng)生產(chǎn)出了大約100套總的容量已經(jīng)達到了 7702涉及到約 20 余個國家。此外，西門子公司還為美國的紐柯鋼鐵公司安裝了世界最大的容量達410 另外，美國通用電氣公司在串聯(lián)補償領(lǐng)域憑借擁有先進的技術(shù)和生產(chǎn)能力，也占據(jù)前，通用電氣公司提供的串聯(lián)補償裝置的總?cè)萘砍^了29用電氣公司是最早提供外，通用電氣公司還制造性價比良好的當(dāng)前，我國運用機械投切電容器（當(dāng)?shù)钠毡椤Ｌ貏e是加入到相應(yīng)的控制系統(tǒng)之后，其負(fù)荷波動幅度以及頻率都沒有相應(yīng)的變化，電網(wǎng)公司對響應(yīng)速度要求并不在高， 所以都會具有很強的市場競爭力。目前，在中國安裝了比較先進的動態(tài)無功補償裝置5個500 容量范圍保持在105各套設(shè)備的費用基本上都控制在150時價）。我們國家現(xiàn)在可以生產(chǎn)配電網(wǎng)用的較低容量的價格大概控制在約 300 元/右。比如重點用于 500 電系統(tǒng)的容量比較大的高電壓等級在國內(nèi)相關(guān)的生產(chǎn)主要有以下幾個企業(yè)： 西電科技等。 西電科技以及電科院運用的是 和西門子公司的相關(guān)技術(shù)，榮信運用的是烏克蘭方面的技術(shù)。電科院研制的鞍山紅一變 500是國內(nèi)第一套應(yīng)用于輸電網(wǎng)絡(luò)的國產(chǎn)的 品?！?,4】。 功補償裝置的介紹 比較與功補償單機容量不受限制，開發(fā)成本較低，適合于批量生產(chǎn)，但無功補償技術(shù)的現(xiàn)狀如下【5,6】： 1）在把純電容器補償形式作為主要形式的電網(wǎng)中：電容器是非常容易被擊穿的部件，然而現(xiàn)在的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中還有很留有很大的諧波，因此，若使用純電容器的形式對系統(tǒng)做無功功率補償時，諧波電流就會被逐漸的放大，所以就會造成對用電設(shè)備，開關(guān)和有關(guān)電器元件的損傷； 2）在把接觸器當(dāng)作投切開關(guān)的電容補 償系統(tǒng)中，因為使用了接觸器當(dāng)作投切電容器的開關(guān)，所以系統(tǒng)響應(yīng)速度就非常慢，而且在一些設(shè)備無功變化比較快且有沖擊性負(fù)載的系統(tǒng)當(dāng)中，就不能夠較好實施完整地跟蹤補償;在對電容器進行使用時，就會產(chǎn)生非常大的電流;若電容器斷電的話，電話就會突然增高；電容器在下一次使用以前要實現(xiàn)充分放電這個過程； 3）在等容循環(huán)投切的有關(guān)控制系統(tǒng)當(dāng)中 ：如果要運用等容循環(huán)投切的控制方法的時候，分組有些模糊、補償精度相對來說不高，因此用電系統(tǒng)就會處于補償不足的狀態(tài)當(dāng)中，平均功率因子也會隨之下降； 4）在普通型控制器為補償?shù)恼麄€系統(tǒng)當(dāng) 中，那些普通型的控制器抗干擾能力相對較弱，常出現(xiàn)假動作甚至死機，幾乎還不能夠用在有諧波的電力系統(tǒng)中;控制器的結(jié)構(gòu)非常的簡單，尚不能夠能滿足現(xiàn)代的補償系統(tǒng)的要求，還需要有多種保護； 5）在采取三相共補的補償系統(tǒng)中，如果 存在三相不均衡的負(fù)載，那么很難實施行之有效地單相補償； 6）如果防護措施不夠完善或者完全沒有的話，則會于補償設(shè)備故障發(fā)生的時候，不能夠及時的進行有效保護； 7）使用柜體結(jié)構(gòu)帶來的影響，成套制作的柜體裝置一般采用單元模塊設(shè)計，柜體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配工藝難度大； 4 8）采用的元器件質(zhì)量差：現(xiàn)在元器件生產(chǎn)廠家眾多，不同的器件要求要在分別在不同的生產(chǎn)大家進行購買，但是元器件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)也是非常的多，而且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就導(dǎo)致各廠家之間同類元器件之間的參數(shù)匹配不是很準(zhǔn)確，有的參數(shù)匹配不是很合理，因此就導(dǎo)致補償設(shè)備運行不是非常穩(wěn)定，且事故率非常高。 當(dāng)前的補償技術(shù)及相關(guān)裝置會帶來一些不良的現(xiàn)象【7】： 1）質(zhì)量以及性能相對較差的產(chǎn)品很 長時間以來都在我國無功補償設(shè)備的市場占著主導(dǎo)地位。 緣于質(zhì)量較差的產(chǎn)品被生產(chǎn)出來， 安裝、 使用到電網(wǎng)行業(yè)當(dāng)中，導(dǎo)致了公用電網(wǎng)“污染”較為嚴(yán)重，并大大影響了全部電網(wǎng)的安全運行效果以及電能質(zhì)量高低，另外，也有效的制約著電力系統(tǒng)的健康發(fā)展； 2）那些補償系統(tǒng)要求相對較高場所的設(shè)備，很長時間以來都是被那些國外的大公司產(chǎn)品控制著市場； 3）維修產(chǎn)生的工作量較大、耗資多?？梢詮南嚓P(guān)部門的調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，我國當(dāng)前市場上存在的無功補償裝置吵當(dāng)中只有30%以下的可以運行正常且能夠起到相應(yīng)的作用，換句話說，大部分的補償設(shè)備是不能正常工作、不能滿足其相關(guān)設(shè)計要求，這不但沒有起到節(jié)能的作用，還浪費了大量的人力和物力，這樣就導(dǎo)致了社會資源非常大的浪費， 其最終的目的就是導(dǎo)致給這些企業(yè)和普通用戶產(chǎn)生一些額外的費用支出。 現(xiàn)將原因做一下統(tǒng)計分析【8,9】： 1）因為我們國家工業(yè)化進程發(fā)展比較迅 猛，各行各業(yè)都比生了比較大的變化，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也不例外，當(dāng)前有不少的非線性負(fù)載，比如整流器以及變頻器等等這些電力電子設(shè)備，也在工業(yè)中被人們廣泛的運用，并且導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)了非常多的諧波，由于諧波的存在而導(dǎo)致對電能質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響； 2）受傳統(tǒng)觀念影響非常嚴(yán)重，比如：無 論哪一方面對“電能質(zhì)量”這一概念理解的還不是很透徹， 并且認(rèn)識的還不夠到位； 并且沒有認(rèn)識到電網(wǎng)被 “污染”后將會產(chǎn)生的后果；過分的考慮眼前的利益和個人利益等等。 3）制訂的標(biāo)準(zhǔn)水平較低，并且存在執(zhí)行不力的情況：現(xiàn)在我們國家和“電能質(zhì)量”有關(guān)的法律法規(guī)及其現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)還沒有與時俱進，比較滯后，目前的標(biāo)準(zhǔn)的水平非常低，在很多方面不夠完善，存在著法律的漏洞。若現(xiàn)行的法律法規(guī) 5 比較完善了，但是其執(zhí)行及監(jiān)督力度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到要求的，特別是在很多地區(qū)及行業(yè)“有法不依”的現(xiàn)象還普遍存在。 4）設(shè)計水平比較落后：因為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及負(fù)載系統(tǒng)的變化，目前部分工程設(shè)計人員還缺乏先進的技術(shù)，特別是在先進的濾波和無功補償系統(tǒng)設(shè)計這些方面，還沒有豐富的經(jīng)驗，對于新出現(xiàn)的電子和電子元器件還不夠了解，由于而死在進行項目進行設(shè)計過程中，沒有能夠及時了解其負(fù)載設(shè)備的種類及其工況,使那些新型的先進的補償技術(shù)以及設(shè)備沒有顯現(xiàn)出來； 5）那些成套產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)較差，工藝也不夠先進：當(dāng)前有不少企業(yè)可以生產(chǎn)無功補償成套設(shè)備，都是運用分離元器件以及原來的組裝工藝生產(chǎn)對柜進行補償，因此有不少缺陷存在，如果不解決，可能會形成很嚴(yán)重的后果； 6）用戶要求比較低或者其要求表達不清 晰：當(dāng)前的電力部門在審批那些新項目的過程中，大多數(shù)情況下僅僅要求配置無功補償設(shè)備的達標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，也就是說如果可以滿足功率因數(shù)就可以了，沒有對其它的方面多加關(guān)注，特別是在那些補償設(shè)備投入運行后，就可能對電網(wǎng)造成一定的影響，因此也就沒有辦法了，他們能夠做到就可以收取相關(guān)的無功罰款項目。不過對于那些用戶來說，其目的大多數(shù)情況下都是為了降低投資的成本，所以，他們通常也只是為了關(guān)注補償設(shè)備相關(guān)的絕對成本，認(rèn)為只要能驗收就行了，對于其它方面，則不予考慮，所以使質(zhì)量較差的補償設(shè)備市場空間大大增多。 7）緣于不同因素的影響，國家以及企業(yè)漸漸的開始對其進行關(guān)注，重復(fù)投入不少的人力、財力加裝那些無功補償裝置，然而這些措施并沒有真正的發(fā)揮作用。大多數(shù)情況下，補償設(shè)備運行一段時間就會由于各種因素而發(fā)生故障，影響使用，這就造成了負(fù)載系統(tǒng)整個平均功率的因數(shù)相對來說比較低，而整個電網(wǎng)損耗看來卻是比較大的，所以會導(dǎo)致國家以及企業(yè)非常大的浪費。不得不引起我們的注意。 我們運用電容器對那些電網(wǎng)做相關(guān)的無功功率補償過程中， 諧波對電網(wǎng)卻造成了非常嚴(yán)重的影響，這已是一個不爭的事實，這也給我們敲響了警鐘，假如考慮不到諧波的相關(guān)影響因素單單進行一些無功補償?shù)臅r代再也不會有了， 我們進行負(fù)載相關(guān)的無功補償過程中， 有必要把對諧波進行綜合治理有關(guān)的問題同時 6 考慮進來。 純電容補償設(shè)備早晚都會消失，在工業(yè)化發(fā)較發(fā)達的歐美國家，供電部門已經(jīng)明確指出：禁止純電容補償設(shè)備在電網(wǎng)當(dāng)中應(yīng)用。 現(xiàn)在，新型器件、遠(yuǎn)程監(jiān)控等等技術(shù)已經(jīng)普及，而且制定了較完善的保護措施；特別是在歐美發(fā)達國家，早在20年前，模塊化技術(shù)及模組，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用了。根據(jù)這一趨勢，我們國家也肯定會高度重視模塊化技術(shù)及產(chǎn)品，并肯定加以推廣。 因為模塊化技術(shù)都需要不少新型的電子元器件， 而且還會配置不少相關(guān)的保護單元，其功能以及性能質(zhì)量等等方面較傳統(tǒng)的補償設(shè)備而言，都會得到根本性的變化。 因為模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)， 提高補償設(shè)備的設(shè)計、 制作水平， 并且得到了保障。 模塊或組件產(chǎn)品：就是把電容器、投切開關(guān)等等分離元器件，讓它們集中安裝在一個框架內(nèi)，這樣就讓他們有了比較獨立的補償功能，另外，外加了一個濾波電抗器之后，就組成了一個完整的濾波單元。 模組產(chǎn)品：即將電抗器等有關(guān)的分離元器件，集成起來裝在一個對應(yīng)的框架當(dāng)中，這樣就可以促進他們有了相對來講比較獨立功能的投切單元。 總的看來，模組產(chǎn)品具有以下幾個特點，具體如下【10】： 1）由于模組產(chǎn)品漸漸的優(yōu)化，使得無功補償技術(shù)開始向新的方向發(fā)展。模組產(chǎn)品成了整個無功補償以及濾波裝置發(fā)展史上具有重要影響的事件， 直接引領(lǐng)了未來市場的主流，此產(chǎn)品的應(yīng)用也導(dǎo)致電能質(zhì)量得到較大的改善，使有關(guān)電氣設(shè)備命得到相應(yīng)的延長，可以說是齊全且安全可靠。 2）模組產(chǎn)品是無功補償技術(shù)的主導(dǎo)。在工業(yè)化相對發(fā)達的歐美國家范圍內(nèi)，都已經(jīng)開始大范圍的應(yīng)用了，產(chǎn)品的優(yōu)點不斷得到體現(xiàn)，其產(chǎn)品涉及的每個部件都是精心設(shè)計并且進行了嚴(yán)格的匹配測試的， 因此其每個元件之間已經(jīng)成了最佳的匹配，但是這種情況在國內(nèi)地并沒有實現(xiàn)，因為在國內(nèi)成套廠家沒有這樣做，他們僅僅是采購不同元件簡單組合， 這樣做就導(dǎo)致了其產(chǎn)品之間沒有達到較好的匹配，就會出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，所以我們要加大模組產(chǎn)品的推廣應(yīng)用的力度； 3）質(zhì)量責(zé)任明確化，不再互相扯皮。之 前的成套廠多數(shù)都要牽扯到不少家供應(yīng)商，遇到產(chǎn)品出問題，那些 負(fù)責(zé)元器件生產(chǎn)的廠商肯定是互相扯皮，有時 7 甚至說是設(shè)計院的責(zé)任，說是最初設(shè)計時出的問題。但如果運用了模組，就不可能有這樣的情況出現(xiàn)。模組上只要有其中一種元件有問題發(fā)生，都會負(fù)責(zé)到底； 4）服務(wù)理念發(fā)生較大變革。售出產(chǎn)品只 是開始，做好售后服務(wù)才是關(guān)鍵。模組產(chǎn)品在售前、售中和售后都很注重人性化的服務(wù)，提供全方位的技術(shù)支持，而之前的那種單一元器件廠一般來說都是沒有辦法完成的。 所以模組廠家的有關(guān)服務(wù)都是傳統(tǒng)單一的元件廠家在服務(wù)方面的一個重大升級。 ）無功補償裝置類型 2）之前的無功補償裝置通常采取了同步調(diào)相器以及固定補償電容器（種裝置。兩者相比較，同步調(diào)相器成本相對增高，安裝起來比較復(fù)雜，固定補償電容器補償容量不大，在當(dāng)今的無功補償中已經(jīng)不再使用， 3）機械投切電容器(是無功補償?shù)囊环N，能夠分組進行投切。以其低廉的價格，負(fù)荷的波動幅度以及頻率不會發(fā)生太大的變化，多數(shù)情況下是運用于響應(yīng)速度要求不算太高的電網(wǎng)當(dāng)，目前在國內(nèi)廣泛的使用。 4）償裝置響應(yīng)速度快了很 多，并可連續(xù)對無功功率輸出進行有效調(diào)節(jié)，所以在整個電力系統(tǒng)中得到了比較廣泛運用，但是改系統(tǒng)技術(shù)要求高，國內(nèi)能生產(chǎn)的企業(yè)少。 5）靜止無功發(fā)生器（是目前是技術(shù)最先進的概念。 日本三菱公司于1980年成功研制基于晶閘管的20靜止同步補償器） 過程以來，得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。但由于前掌握并應(yīng)用這一塊技術(shù)的還只限于少數(shù)國家，如日本、美國、德國、英國和中國等。根據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計顯示，自從1980年一直到2004年底以來，全世界已經(jīng)開始投入了工業(yè)運行的大容量（10程基本上 超過了20個，總的可控容量超過大大超過了3000這些當(dāng)中，有的是安裝在了輸電網(wǎng)絡(luò)中，重點用于潮流控制、無功補償以及盡可能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，是屬于有的是安裝在配電以及用電網(wǎng)絡(luò)，重點用于改善電能質(zhì)量以及提高供電可靠性，基本上是屬于用戶 8 電力范疇，也就是指用戶電力控制器的已有應(yīng)用工程有如下共同特點【11】： 1）在電力半導(dǎo)體器件的有關(guān)選用問題上 ，除了我們早期曾經(jīng)運用普通晶閘管以及強迫換相方式之外，更多的是以對來說，運用 量更大、電壓的等級也就會越高，這主要是由于單只 且當(dāng)主電路上運用了變壓器多重化的技術(shù)的時候，開關(guān)頻率相對較低一些，以成為比較好的選擇。點運用于中小容量，尤其是 關(guān)裝置中，盡管單個 容量以及耐壓是有限的，不過運器件串聯(lián)、三電平和多變換器并聯(lián)等一些相關(guān)的技術(shù)， 同樣能夠獲得比較高的容量水平， 而且由于關(guān)損耗小，可使用多脈沖獲得較好的輸出特性，有效解決多種電能質(zhì)量問題。一些如說：經(jīng)比較廣泛的運用于以預(yù)見，它們將具有很好的應(yīng)用前景。 2）在主電路當(dāng)中，相對來講大容量高電壓 點運用變壓器耦合多重化的一些技術(shù)，該技術(shù)方式對器件開關(guān)的相關(guān)頻率、控制復(fù)雜性要求都會比較低一些，并且開關(guān)的損耗也比較低，不過需要相對來說昂貴的耦合變壓器。另外一種就是較新的鏈?zhǔn)诫娐方Y(jié)構(gòu)，鏈?zhǔn)綏壛硕嘀鼗儔浩?，因此避免了上述的缺點。同時還可以通過冗余設(shè)計，進一步提高裝置的可靠性。 隨著多電平和中低容量和電壓的 （3）基本采用 有 用工 程只采用 壓源換流器）而不是 流源換流器）的主要原因包括： （1）其中的的可關(guān)斷器件（比如 及 么其反向阻斷的能力特別差，要么其在其他方面的一些性能并不好（比如導(dǎo)通損耗比較大）；而（2）實際的系統(tǒng)當(dāng)中， 9 （3）流側(cè)經(jīng)耦合變壓器提供的漏抗就能夠接入交流電網(wǎng)，而那些 容性濾波器）當(dāng)中來產(chǎn)生一些所需要的交流電壓，從而可以使得裝置復(fù)雜化，并且增加了成本。 （4）本上擁有了天然的防止器件過電壓的一些功能； 而那些過，比如： 能夠直接控制變換器輸出電流的大小，能夠保護天然的過電流功能，不需要啟動整流器，零無功輸出的時候并不向系統(tǒng)注入有關(guān)的諧波等。當(dāng)前已經(jīng)在實驗室里開發(fā) 出了一些小容量的基于 顯示了較優(yōu)的性能。 隨著電力電子器件及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，有望在將來采用4）系統(tǒng)控制目標(biāo)多樣化。由于 好的性能，能對改善電網(wǎng)各方面的運行性能起到積極的作用，如無功補償、電壓控制、提高穩(wěn)定性和傳輸能力，以及改善電能質(zhì)量等。因此，在實際電網(wǎng)中往往采用多目標(biāo)控制方法或提供多種系統(tǒng)控制功能，供用戶根據(jù)實際運行情況進行選擇。 5）大容量 采用水冷方式。全封閉的循環(huán)純水冷系統(tǒng)由于其具有散熱效率高、體積小、污染小、能耗低、造價與油冷系統(tǒng)相近、壽命長等優(yōu)點而在大功率變流裝置上得到了越來越廣泛的應(yīng)用， 成為大容量小容量的水冷方式可滿足散熱要求。 10 2 基本原理 功補償方式 據(jù)實際現(xiàn)場的需要和無功補償裝置的不同容量級別， 可以采用不同的補償方式對負(fù)載進行不同方式的補償【12】。 1）在變電站或者變電所的母線側(cè)裝配無 功補償裝置。這種方式主要采用高壓、大容量的無功補償裝置，可以減少發(fā)電站與變電站或者變電所之間的輸電線路的線路損耗。 2）在高低壓配電線路中分散裝配無功補 償裝置。這種補償方式主要減少高低壓配電站間輸電線路的線路損耗，同時可以穩(wěn)定遞延配電站的輸入點煙。 3）在配電變壓器的低壓側(cè)裝配無功補償 裝置。這種補償方式主要提高配電變壓器容量的利用率，降低配電變壓器漏感損耗，有效地提高了配電變壓器的使用壽命。 4）在用電負(fù)載處裝配無功補償裝置，實 行就地補償。這種補償方式主要提高低壓配電端電壓，為用戶節(jié)省大量的電費。 3】1）要避免用電負(fù)載在輕載時的過補償。 在用電負(fù)載處在輕載或者空載時出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，使輸電線路中的電流向量超前電壓向量，負(fù)載就會向電網(wǎng)輸送無功功率， 這樣是無法達到補償目的的， 輸電線路損耗不但不會減小反而會增大，同樣是不經(jīng)濟的。 2）功率因數(shù)越高，每千乏補償容量減少 損耗的作用將變小，通常情況下，選取無功補償裝置的容量就要對負(fù)載的無功功率進行量化計算， 由于影響高壓、 大容量的負(fù)載無功功率的因素比較多， 高壓、 大容量負(fù)載的無功功率分析、計算比較復(fù)雜，其次，我們所設(shè)計的產(chǎn)品主要是低壓端的就地補償設(shè)備，所以本文僅以終端用電設(shè)備和低壓變壓器為例對無功功率進行分析和計算【14,15,16】。 1）電動機無功功率的分析和計算 由于電動機屬于非線性負(fù)載，它的實際負(fù)載與功率因數(shù)都不按線性變化，所 11 以電動機的無功功率的精確計算比較困難； 我們對電動機無功功率進行分析和計算的目的就是對無功補償裝置的容量進行選取， 所以我們采用近似和估算的方法來計算電動機的無功功率。 目前對于電動機的無功功率的近似計算公式有以下幾種方式： 經(jīng)驗公式一： 在電動機空載情況下，其功率因數(shù)最低，大約在 間，此時選擇補償容量等于勵磁功率， 即3103 式 （2 在公式（2，無功補償裝置的容量（ 電網(wǎng)電壓（V）； 電動機勵磁電流（A）； 補償系數(shù)，見表22償系數(shù) 電動機極數(shù) 補償系數(shù) 2 0 一般常用的三相異步電動機中選) （瑞典通用電氣公司推薦公式）； 式（2 在公式（2，電動機的額定電流（A）； e電動機的額定功率因數(shù)。 在實際的工業(yè)現(xiàn)場，電動機的額定電流可以從電動機的銘牌數(shù)據(jù)中直接讀出，額定功率下的功率因數(shù)可以現(xiàn)場測得。根據(jù)公式（2公式（2表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以計算出無功功率補償電容器的容量。 經(jīng)驗公式二： 12 4121( 式（2 在公式（2： 無功補償裝置的容量（ 電動機額定功率（ 一般來說，對于一般容量的電動機，選擇約等于三分之一；當(dāng)電動機額定功率大于300動機補償容量應(yīng)選擇小于三分之一的額定功率。 經(jīng)驗公式三： 當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率變化時，空載電流的計算值比實際的空載電流大，為了避免引起自激震蕩，可應(yīng)用經(jīng)驗公式三： 式（2 在公式（2，無功補償裝置的容量（ 電動機額定功率（ e電動機的額定功率因數(shù)。 K電網(wǎng)電壓和頻率的變化系數(shù)。 在實際的工業(yè)現(xiàn)場，電動機的額定功率可以從電動機的銘牌數(shù)據(jù)中直接讀出， 電動機的額定功率因數(shù)可以通過現(xiàn)場測量得到， 對于K， 一般K= 美國電機電子工程師學(xué)會（薦的經(jīng)驗公式： ) 式 （2 在公式（2，無功補償裝置的容量（ 電動機額定功率（ 1補償前功率因數(shù)； 2補償后功率因數(shù)。 在實際的工業(yè)現(xiàn)場，電動機的額定功率可以從電動機的銘牌數(shù)據(jù)中直接讀出，補償前的功率因數(shù)可以通過現(xiàn)場測量得到，2）變壓器無功功率的分析和計算 13 對于變壓器無功功率的分析和計算我們只限于低壓、 一般容量的變壓器無功功率的分析和計算，變壓器的無功功率按下式考慮： %)%(0式 （2 在公式（2，無功補償裝置的容量（ %變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)； %0I 變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)； 變壓器的額定容量（ 為應(yīng)用方便，把變壓器負(fù)載時的無功 功率與額定容量之比的百分?jǐn)?shù)稱作，則變壓器在滿載時： %1000 式（2 在公式（2，無功補償裝置的容量（ %變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)； %0I 變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)； 變壓器的額定容量（根據(jù)我們國家6451三項油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求，一般容量的配電變壓器，空載電流即 %0I 短路電壓即 %常保持在 4%所以根據(jù)實際需要我們選擇無功補償裝置容量約為變壓器容量的 8%左右。然而在很多人看來，無功補償裝置的補償容量只占變壓器容量的 8%左右，這樣的補償根本就不足以補償?shù)蛪簜?cè)所有的無功負(fù)荷，配電變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)提高不大， 變壓器無功功率得不到有效地補償。 事實上，這是一種錯誤的理解，我們所討論的大多都是關(guān)于無功補償?shù)模饔靡矁H僅限定在減少變壓器本身的功率損耗方面，只要是向負(fù)荷輸送的無功功率，因為仍然要經(jīng)過相應(yīng)的低壓線路的電阻以及電抗， 那些配電線路上發(fā)生的功率損耗并無任何縮減。因此，配電變壓器的低壓側(cè)無功補償裝置容量方面，假若選擇過大是完全 14 沒有必要的， 而僅僅運用配電變壓器低壓側(cè)補償以及用戶端來就地進行補償相結(jié)合的補償方式才能夠既達到提高功率因數(shù)的目的， 又可以減少低壓線路所造成的損耗，從而獲得更好的經(jīng)濟方面。 路的