前言

隨著煤礦電氣設(shè)備自動(dòng)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(bǔ)償，將使網(wǎng)絡(luò)電力損耗增加，諧波、沖擊電壓降等問(wèn)題越來(lái)越突出?？梢?jiàn)，提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)，以及煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著重大意義。

1.無(wú)功補(bǔ)償?shù)亩x

1.1無(wú)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(yùn)行的，它們?cè)谵D(zhuǎn)換能量的時(shí)候創(chuàng)建立變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期釋放與吸收相等的功率。在經(jīng)過(guò)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(lái)回交換，流動(dòng)于三相間，如此的交換功率不做功，因而被叫做無(wú)功功率。

1.2無(wú)功補(bǔ)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(wú)功功率電源，進(jìn)而對(duì)電力系統(tǒng)當(dāng)中無(wú)功功率的流動(dòng)進(jìn)行改變，進(jìn)而使電力系統(tǒng)的電壓增強(qiáng)，最終使電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能改善與降低損耗，稱為無(wú)功功率補(bǔ)償。電力系統(tǒng)中，無(wú)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(wú)功功率。為了使電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率提升，結(jié)合電網(wǎng)無(wú)功種類，人為的補(bǔ)償感性無(wú)功或者是容性無(wú)功，進(jìn)而對(duì)線路無(wú)功功率進(jìn)行抵消。

1.3無(wú)功補(bǔ)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(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

按照補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)可分為：集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償這幾種方式。

2.1集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)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(bǔ)償方式的電容器組應(yīng)用效率比較高，可以對(duì)變配電所高壓或者是低壓母線前的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。2.1.2優(yōu)點(diǎn)：（1）可以便于跟電容器組自動(dòng)投切設(shè)備相配套，對(duì)無(wú)功功率的改變進(jìn)行自動(dòng)追蹤，進(jìn)而使用戶總補(bǔ)償容量改變，防止欠補(bǔ)償或者是補(bǔ)償出現(xiàn)在總補(bǔ)償水平上，實(shí)現(xiàn)最為理想的補(bǔ)償成效；（2）集中補(bǔ)償能夠?qū)τ脩舻臒o(wú)功潮流進(jìn)行控制，防止因?yàn)殡娏W(wǎng)負(fù)荷改變或電壓的改變而使太大的電壓波動(dòng)形成。（3）結(jié)合用戶正常負(fù)荷要求來(lái)確定電容器組基本容量的，應(yīng)用效率高、工作期限長(zhǎng)，補(bǔ)償效益就高，以及集中補(bǔ)償方式便于維護(hù)，很少出現(xiàn)事故。2.1.2缺點(diǎn)。集中補(bǔ)償方式存在相應(yīng)的缺陷，其僅僅可以使裝設(shè)點(diǎn)之上變壓器與線路由于輸送無(wú)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(wú)功負(fù)荷導(dǎo)致的損耗降低。恰恰是因?yàn)槲茨軌蚪档陀脩舻臒o(wú)功線損，務(wù)必制約其降損節(jié)電效益。

2.2分散補(bǔ)償。分散補(bǔ)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(bǔ)償有相同的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)功容量較小，效果較明顯。2.2.1缺點(diǎn)：（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(bǔ)償容量。運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)發(fā)生欠補(bǔ)償或者是補(bǔ)償?shù)那闆r。（2）倘若僅僅實(shí)施分組補(bǔ)償，那么務(wù)必通過(guò)車間電容器組倒送用戶變壓器損耗的無(wú)功功率，這難以實(shí)現(xiàn)理想的成效。（3）以一次性投資作為視角，分組補(bǔ)償方式要比集中補(bǔ)償方式大。

2.3就地補(bǔ)償。就地補(bǔ)償指的是在異步電動(dòng)機(jī)周圍安裝，實(shí)施就地補(bǔ)償。2.3.1缺點(diǎn)：（1）由于當(dāng)今依舊沒(méi)有完全地解決廣泛應(yīng)用的小型電機(jī)補(bǔ)償用電容器的保護(hù)控制問(wèn)題，以及運(yùn)行時(shí)間通常較短，因此應(yīng)用如此的補(bǔ)償方式存在比較大的制約；（2）倘若都實(shí)施如此的補(bǔ)償方式，那么就難以科學(xué)地調(diào)控整個(gè)無(wú)功潮流，如此的方式的應(yīng)用僅僅當(dāng)作輔助補(bǔ)償方式；（3）因?yàn)橐徊糠蛛姍C(jī)選用較大的容量，倘若逐臺(tái)實(shí)施補(bǔ)償，那么就會(huì)增加補(bǔ)償總?cè)萘?，進(jìn)而增加補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用；（4）在用電裝置停止運(yùn)動(dòng)的情況下，電容器組也會(huì)被切除，這降低了其應(yīng)用效率。

3.補(bǔ)償設(shè)備的補(bǔ)償方式分類

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

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

3.2動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，就是實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷的功率因數(shù)的變化，極快的跟蹤補(bǔ)償，反映速度在1/20個(gè)周波之內(nèi)。快速投切電力電容器組、進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。相比較于固定補(bǔ)償，其反應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的補(bǔ)償效果，尤其適宜在負(fù)載波動(dòng)劇烈的地方。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償通常還有分相補(bǔ)償功能，可以對(duì)不平衡的負(fù)載做良好的補(bǔ)償?shù)葍?yōu)勢(shì)。

4.現(xiàn)階段電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)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(yùn)行模式。空載運(yùn)行模式、容性運(yùn)行模式、感性運(yùn)行模式

4.2 SVG設(shè)備的運(yùn)行方式。（1）恒無(wú)功運(yùn)行方式：此方式能夠使設(shè)備將大小恒定的無(wú)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(yùn)行方式：此方式結(jié)合設(shè)置的功率因數(shù)目標(biāo)值，在對(duì)無(wú)功輸出大小進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)功率因數(shù)大小的控制。

4.3 SVG與TCR/MCR的對(duì)比優(yōu)勢(shì)。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(shí)現(xiàn)快速的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，開(kāi)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(guò)斬波控制，實(shí)現(xiàn)電抗器的等值阻抗調(diào)節(jié)；MCR是通過(guò)可控硅勵(lì)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(bǔ)償裝置；SVG是通過(guò)逆變器的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)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(dòng)式補(bǔ)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(shì)：（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(yùn)行費(fèi)用低，更節(jié)能環(huán)保。（2）SVG屬于電流源型設(shè)備，主動(dòng)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)要求的無(wú)功進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，由機(jī)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(huì)出現(xiàn)的諧振情況。（3）SVG的響應(yīng)速度更快，整體裝置的動(dòng)態(tài)無(wú)功響應(yīng)速度小于10ms，而TCR型SVC的響應(yīng)時(shí)間約為20-40ms，MCR型無(wú)功補(bǔ)償裝置響應(yīng)時(shí)間在200ms以上。（4）SVG中的諧波特性更好。TCR/MCR運(yùn)行過(guò)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(shí)還能濾除系統(tǒng)諧波，保證運(yùn)行安全性；（5）TCR/MCR是阻抗型特性，輸出無(wú)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(bǔ)償效果更好。

4.4 配合應(yīng)用固定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備FC和SVG。在當(dāng)今的技術(shù)基礎(chǔ)上，因?yàn)樵O(shè)備SVG的補(bǔ)償有限，費(fèi)用大，不可以取代固有的固定式無(wú)功補(bǔ)償，為了有效地體現(xiàn)一系列無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的長(zhǎng)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(wú)功補(bǔ)償方式的選擇搭配，直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?。隨著煤礦自動(dòng)化程度的不斷提高，安裝快速動(dòng)態(tài)無(wú)功和諧波補(bǔ)償裝置已成為煤礦的供電系統(tǒng)中的必然趨勢(shì)。而補(bǔ)償方式的選擇應(yīng)該從高效性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性進(jìn)行著手，根據(jù)各種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)合理搭配，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)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(jiǎn)介

曲紀(jì)鋒（1967—），男，本科，山東科技大學(xué)畢業(yè)，電氣自動(dòng)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(cè)安全工程師.