朱冰

摘要：動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在港口供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠提高港口供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善港口供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，減少電能損耗。對(duì)此，簡(jiǎn)單介紹了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的特性，分析了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在港口供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：港口；供電；動(dòng)態(tài)；無功補(bǔ)償裝置

中圖分類號(hào)：U653.95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）09－0039－02

港口中大多數(shù)的用電設(shè)備為感性負(fù)載，電網(wǎng)除了向用電設(shè)備提供有功功率外，還需要提供大量的無功功率，這就降低了港口供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，增大了電力系統(tǒng)電流，增加了損耗。

傳統(tǒng)的方法是采用繼電器控制的并聯(lián)電容器組，來實(shí)現(xiàn)無功功率的自動(dòng)補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置不同于繼電器控制的并聯(lián)電容器組的補(bǔ)償方案遲緩，其響應(yīng)時(shí)間小于1 s，可以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間給予系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，從而使負(fù)載變化劇烈的港口電力系統(tǒng)隨時(shí)處于功率因數(shù)的較高狀態(tài)，在降低損耗的同時(shí)也避免了過度補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)效率。因此，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在港口供電系統(tǒng)中的應(yīng)用是十分必要的。

在電力系統(tǒng)中，無功功率用來建立磁場(chǎng)，作為交換能量使用，是由電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)，再由磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化換為電能，對(duì)外部電路不做功。但是無功功率并不是無用之功——沒有這部分功率，就不能建立感應(yīng)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)變壓器等用電設(shè)備就不能正常工作。因此，對(duì)無功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償原則是既不能少補(bǔ)，也不能補(bǔ)償過量。

1無功功率及無功補(bǔ)償

變壓器和電機(jī)等需要電磁場(chǎng)參與的能量轉(zhuǎn)換裝置都需要無功功率，它們都是依靠無功功率來建立交變磁場(chǎng)，再進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率被稱為無功功率。所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，它的功率轉(zhuǎn)化為電磁場(chǎng)，并不直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能。因此，在供用電系統(tǒng)中就有了無功需求。

雖然無功功率不直接消耗能量，但是要在電力系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)移無功功率就會(huì)產(chǎn)生線路損耗。所以，在理論上，就會(huì)有靠近無功需求單位設(shè)置無功補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

2動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置與港口供電系統(tǒng)無功負(fù)荷的特點(diǎn)

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置包括靜止無功補(bǔ)償器（SVC）和靜止無功發(fā)生器（SVG）兩種。由于其具有快速響應(yīng)的特性，被廣泛用于負(fù)載變化劇烈的場(chǎng)合中。另外，由于其無功補(bǔ)償模組可以根據(jù)負(fù)荷特性分組設(shè)置，做到補(bǔ)償容量按需補(bǔ)給。

港口供電系統(tǒng)一般整體按照二級(jí)負(fù)荷設(shè)置，各種裝卸機(jī)械、輔助建筑采用放射式供電。港口的主要無功負(fù)荷，例如門機(jī)、裝卸橋和龍門吊等，為沖擊性負(fù)荷，不但啟停頻繁，而且容量較大。由于其啟停頻繁，傳統(tǒng)的繼電器控制并聯(lián)電容器方案存在反應(yīng)滯后、過補(bǔ)和欠補(bǔ)并存的問題。較大的容量導(dǎo)致港區(qū)供電系統(tǒng)整體電能質(zhì)量較差、損耗嚴(yán)重，甚至?xí)绊懮霞?jí)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

而動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置與港口裝卸機(jī)械的頻繁啟停特性是匹配的，可以及時(shí)、適量地為港口供電系統(tǒng)的無功負(fù)荷提供補(bǔ)償。

3動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在港口供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1港口裝卸機(jī)械的特點(diǎn)

港口裝卸機(jī)械作為港口無功功率缺口的主要來源，港口無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和實(shí)施主要圍繞裝卸機(jī)械的補(bǔ)償展開。以門機(jī)為例，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)有多臺(tái)。按工作性質(zhì)分組可大致分為起升電機(jī)組、回轉(zhuǎn)電機(jī)組、俯仰電機(jī)組和大車行走電機(jī)組四個(gè)機(jī)構(gòu)。這四個(gè)機(jī)構(gòu)最多會(huì)有三個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)作，在小于等于三個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)作的原則下，會(huì)有多種工作組態(tài)，再加上起升機(jī)構(gòu)負(fù)載大小不同，使整個(gè)裝卸機(jī)械的工作狀態(tài)難以準(zhǔn)確預(yù)判。

3.2港口機(jī)械無功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置

對(duì)于工作狀態(tài)復(fù)雜的裝卸機(jī)械，無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)應(yīng)以其可能出現(xiàn)的最大無功需求作為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)娜萘繀⒖?，而?dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)分組投切。在單臺(tái)門機(jī)就地補(bǔ)償?shù)那闆r下，每組最大補(bǔ)償容量不應(yīng)大于單臺(tái)門機(jī)單個(gè)機(jī)構(gòu)的無功需求，防止過補(bǔ)。當(dāng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量減少每組補(bǔ)償?shù)娜萘浚允寡a(bǔ)償后功率因數(shù)平緩變動(dòng)。

3.3就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償

以往港口裝卸機(jī)械不設(shè)補(bǔ)償裝置，需要在變電所對(duì)裝卸機(jī)械進(jìn)行集中補(bǔ)償。但是，由于裝卸機(jī)械的工作特性，裝卸機(jī)械的電機(jī)處于頻繁的啟停轉(zhuǎn)換過程，電機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間處于功率因數(shù)較低的工作狀態(tài)，導(dǎo)致裝卸機(jī)械整體功率因數(shù)較低，這就需要在變電所設(shè)置較大容量的集中補(bǔ)償。由于存在大量的無功功率，使得變電所至裝卸機(jī)械的工作電流變大，增加了線路損耗。這種集中補(bǔ)償方式可以對(duì)港區(qū)輔助建筑、皮帶機(jī)系統(tǒng)和裝卸機(jī)械進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償，可以降低建設(shè)費(fèi)用。

近年來，裝卸機(jī)械普遍采用變頻器-電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，使得裝卸機(jī)械整體功率因數(shù)有較大提高，補(bǔ)償需求減少，在裝卸機(jī)械電控間設(shè)置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，以達(dá)到功率因數(shù)要求的方案。這種就地補(bǔ)償方式，在整個(gè)港口工程中，會(huì)增加較少的建設(shè)費(fèi)用，但是，它將變電所至裝卸機(jī)械間的電力損耗減少到最低。若采用機(jī)上就地補(bǔ)償，特別是采用380 V供電的門機(jī)系統(tǒng)，不僅可以減少電力損耗，還可以降低變電所至門機(jī)段電纜的截面要求。從長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的角度來看，集中補(bǔ)償是經(jīng)濟(jì)的。

4動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)膬煞N形式

SVC是補(bǔ)償裝置，SVG則是無功發(fā)生器。SVC的基本原理是利用容性元件電容器和感性元件電抗器的自身性質(zhì)，來改變電網(wǎng)的功率因數(shù)或調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓；而SVG則是通過自身產(chǎn)生無功電流，來改變電網(wǎng)的功率因數(shù)。

就港口工程的使用來看，SVC要較為普遍，而限于價(jià)格因素，SVG使用量較少。但是，SVG比SVC在技術(shù)上要先進(jìn)，主要體現(xiàn)在大容量場(chǎng)合SVG系統(tǒng)的體積比SVC小很多。又由于SVG不包含電容器，其可靠性比SVC系統(tǒng)有所提高。

5結(jié)束語

在新能源技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性突破之前，通過節(jié)能來達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的是務(wù)實(shí)的選擇。通過在港口合適的位置設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，可以減少因無功功率轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電能損耗。另外，港口電力系統(tǒng)整體補(bǔ)償?shù)?.9，甚至0.96以上時(shí)，可以明顯提高港口供電系統(tǒng)自身的效率，降低港口對(duì)上級(jí)電力系統(tǒng)的容量需求。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置與港口裝卸機(jī)械的頻繁啟停特性是匹配的。在港口合理的設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，可以降低電力電纜線芯截面的需求，節(jié)約有色金屬。特別是對(duì)采用低壓供電的門機(jī)系統(tǒng)使用就地補(bǔ)償方式，可以明顯降低電纜線芯截面的要求。參考文獻(xiàn)［1］交通部第一航務(wù)工程局勘察設(shè)計(jì)院.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）［M］.北京：人民交通出版社，1997.〔編輯：李玨〕Application of Dynamic Reactive Power Compensation Device in the Port SystemZhu BingAbstract: The dynamic reactive power compensation device applications in port power supply system, power supply system can improve the power factor of the port, the port power supply system to improve power quality, reduce energy loss. In this regard, a brief introduction to the characteristics of dynamic reactive power compensation device, analyzed the application of dynamic reactive power compensation device in the port system. Key words: port; supply; dynamic; reactive power compensation device