淺談變頻設(shè)備配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題

王霞

(山西金駒煤電化股份公司王臺(tái)熱電分公司，山西 晉城 048006)

淺談變頻設(shè)備配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題

王霞

(山西金駒煤電化股份公司王臺(tái)熱電分公司，山西 晉城 048006)

電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功優(yōu)化是提升系統(tǒng)穩(wěn)定水平、系統(tǒng)運(yùn)行電壓以及減小網(wǎng)損的重要方式，但在電力系統(tǒng)中，往往會(huì)遇到包含許多變頻設(shè)備的供電電力系統(tǒng)，那么此時(shí)的系統(tǒng)補(bǔ)償不可能只是以設(shè)備的功率因素作為基礎(chǔ)來(lái)思考，而必須從配電系統(tǒng)構(gòu)成以及變頻特性和電網(wǎng)諧波等多個(gè)方面來(lái)考慮，一次最終確定好補(bǔ)償?shù)姆桨?。接下?lái)，分析研究了含有變頻設(shè)備供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題。

變頻設(shè)備;配電系統(tǒng);無(wú)功補(bǔ)償

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，使用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)因?yàn)槠溆兄W(wǎng)絡(luò)化、調(diào)節(jié)方便以及節(jié)能明顯、維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)，已被越來(lái)越多的人所使用，但其沖擊性與非線性用電工作方法所帶來(lái)的干擾問(wèn)題一直受到人們的關(guān)注。就變頻器來(lái)說(shuō)，它的輸出端與輸入端均會(huì)產(chǎn)生高次諧波，其輸入端的諧波會(huì)借助輸入電源線對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，則此時(shí)于系統(tǒng)的電容補(bǔ)償問(wèn)題上，不能使用傳統(tǒng)的方法。

2 變頻器的特性于結(jié)構(gòu)組成

普通的變頻器主要是由控制回路、平滑回路以及變流器、逆變器四個(gè)部分組合而成。借助變頻器把交流變?yōu)橹绷?，在?jīng)平滑回路進(jìn)行直流濾波之后，由逆變器把直流變成可以調(diào)節(jié)頻率的交流［1］。要注意的是，變頻器所輸出頻率與電壓的可調(diào)性是利用控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

就結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，變頻器可以分為直接變頻器以及間接變頻器兩種，直接變頻器把工頻交流轉(zhuǎn)成可控頻率的交流，而中間的直流環(huán)節(jié)則沒(méi)有。而間接變頻器則把工頻電流利用整合期轉(zhuǎn)為直流，之后再經(jīng)過(guò)逆變器把直流轉(zhuǎn)化為可控頻率的交流?，F(xiàn)階段使用比較多的為間接變頻器。

不管是何種變頻器，均大量使用了二極管以及晶閘管等非線性的電力電子元件，無(wú)論使用何種整流方法，變頻器在電網(wǎng)中所吸取能量的主要方式都不是連續(xù)性的正弦波，而是用脈動(dòng)的斷續(xù)的方式向電網(wǎng)吸取電流，此種脈動(dòng)電流于電網(wǎng)的沿路抗阻一起形成脈動(dòng)電壓降，并疊加于電網(wǎng)的電壓上，以此使得電壓發(fā)生畸變。有相關(guān)人士研究認(rèn)為，此種非同期的正弦波電流為基波于頻率比基波大的諧波組合而成。所產(chǎn)生的諧波對(duì)于公用電網(wǎng)以及其他系統(tǒng)而言，會(huì)帶來(lái)一定的危害。

3 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法以及基本原理

為了提升供電設(shè)備的效率，以及減少線路電能的損失，世界各地區(qū)自上個(gè)世紀(jì)50年代初已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)难b置分析研究，主要有以下兩種方法:第一種為在電網(wǎng)上將電容器并聯(lián)，利用提升電網(wǎng)的功率因素以實(shí)現(xiàn)減少線損、提升供電設(shè)備利用率為主要目的;第二種為，于電網(wǎng)上將同步電動(dòng)機(jī)并上，借助改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流的方式來(lái)改變電路的負(fù)載特性［2］。現(xiàn)階段，在工業(yè)以及民用的低電壓系統(tǒng)中，第一種方法使用較多。

在實(shí)際運(yùn)用中，因?yàn)殡娐诽匦钥赡茈S時(shí)變化，而為了實(shí)現(xiàn)較佳的補(bǔ)償效果。所以必須動(dòng)態(tài)的跟蹤分析電路特性的變化，科學(xué)監(jiān)測(cè)電路在電流和電壓的相位差角，然后依據(jù)其大小來(lái)確定好并聯(lián)電容器的值。借助電壓于電流的相位監(jiān)測(cè)，以此判斷是否需將補(bǔ)償電容器并入，或者需要并入幾個(gè)，當(dāng)然，這些均是利用控制裝值自動(dòng)來(lái)完成的。

4 帶有變頻設(shè)備的配電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償

4.1 配電系統(tǒng)所帶的設(shè)備基本上全是變頻設(shè)備

在此種情況下，依據(jù)變頻器自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)知道，在其平滑回路中，包含有用在直流濾波中的電容器組，它的電容補(bǔ)償效果致使變頻器其輸出功率因素一般能夠達(dá)到0.94以上。所以就整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其系統(tǒng)功率因素于變頻器工作下可以達(dá)到0.91以上，那么則不需要外加補(bǔ)償裝置，其系統(tǒng)因素自身就能滿(mǎn)足要求。

在以前的設(shè)計(jì)中，只是根據(jù)傳統(tǒng)的做法，于設(shè)備自身運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并設(shè)置獨(dú)立的電容補(bǔ)償柜，這樣不但增加了成本，同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)償。同時(shí)，因?yàn)榇罅孔冾l器的使用，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大量的高次諧波，此類(lèi)諧波很容易危害電容柜組［3］。而此時(shí)，若考慮諧波對(duì)于電氣設(shè)備和電網(wǎng)的危害，就必須設(shè)置獨(dú)立的濾波裝置。

4.2 配電系統(tǒng)所帶的負(fù)荷部分是變頻設(shè)備，剩下的是正常負(fù)荷

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，在部分變頻設(shè)備的輸出功率都大于0.91的情況下，其配電系統(tǒng)中的功率還是沒(méi)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，那么就需要外加獨(dú)立的電容補(bǔ)償柜。不過(guò)需要注意的是，以前的投切式的電容補(bǔ)償柜于本研究中不可使用，主要原因是:因?yàn)樽冾l器的使用，其電網(wǎng)中的諧波往往較多，而電容器的容抗會(huì)隨著頻率的不斷上升而慢慢降低，而電源阻一般是感性的，它會(huì)隨著上升而增強(qiáng)，所以，電容器容易進(jìn)入至很大的諧波電流中，以此導(dǎo)致電容器發(fā)熱，最終影響電容器的壽命。同時(shí)，還有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，就低壓側(cè)來(lái)說(shuō)，變壓器的抗感和電容器的容抗與剩余的電網(wǎng)電感于接近某一段諧波頻率時(shí)，則會(huì)形成一個(gè)震蕩回落。如果此回路的固有頻率和電流諧波的頻率發(fā)出重合，那么會(huì)導(dǎo)致供電回路過(guò)載，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電容器燒毀。

遇到這種問(wèn)題時(shí)，可以在電容器的回路中串聯(lián)起一個(gè)電感，這能有效的防止出現(xiàn)諧振，同時(shí)可以吸收高次的諧波電流，另外，串入的電感容量必須通過(guò)計(jì)算，以此達(dá)到和電容器相匹配。

不過(guò)對(duì)于大容量的變頻設(shè)備其補(bǔ)償，因?yàn)殡姼械臒o(wú)聊尺寸以及調(diào)諧電抗以及電容器組的局限性，就必須使用專(zhuān)用的諧波過(guò)濾器，它不但能有效的防止串并聯(lián)諧振，同時(shí)還能吸取大量的諧波電流。與此同時(shí)，自身的電容補(bǔ)償能力亦能有效提升系統(tǒng)功率因素，這樣就不需要再設(shè)置獨(dú)立的電容補(bǔ)償裝置。不過(guò)，因?yàn)榇朔N裝置價(jià)格較高，現(xiàn)階段還不能普及。

5 原因及選擇方式

電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)一些用電設(shè)備比如變壓器以及電動(dòng)機(jī)等，這些設(shè)備大都是感性負(fù)荷，于運(yùn)行過(guò)程必須向此類(lèi)設(shè)備提供對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率。假若由發(fā)電單位直接向客戶(hù)提供所需要的大量的無(wú)功功率，可能會(huì)導(dǎo)致電線路以及變壓器由于傳輸大量的無(wú)功功率導(dǎo)致出現(xiàn)大量的電能被損耗［4］。所以為了最大程度的減少無(wú)功功率的輸送損耗，以此提升配電設(shè)備的效率，必須依據(jù)分級(jí)補(bǔ)償以及就地平衡的辦事原則，科學(xué)布局。

原則上來(lái)說(shuō)，無(wú)功補(bǔ)償最佳的方式就是哪里需要就在哪里補(bǔ)償，其整個(gè)系統(tǒng)將不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功電流的流動(dòng)，不過(guò)在實(shí)際電網(wǎng)中，是不可能可以做到這點(diǎn)的。不管是輸電線路還是變壓器，都需要無(wú)功。因此實(shí)際電網(wǎng)中，在補(bǔ)償設(shè)備合理的安裝位置來(lái)說(shuō)有下面幾種補(bǔ)償方式:第一種方法，于變電站母線集中的安裝并聯(lián)電容器組;第二，于高低壓的配電線路中將其并聯(lián)電容器組分散的安裝;第三，于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的地方安裝其并聯(lián)電容器。

6 結(jié)束語(yǔ)

在濾波器實(shí)際的使用過(guò)程中，原則上必須在對(duì)系統(tǒng)諧波的電流實(shí)施測(cè)量之后，依照諧波的含量高低決定補(bǔ)償以及濾波方案。通常最好是預(yù)先留出濾波柜的位置，之后于系統(tǒng)試運(yùn)行之后由專(zhuān)門(mén)的公司依照測(cè)量結(jié)果來(lái)決定其濾波器的使用容量大小。這樣不但能夠提升精確性，同時(shí)又能有效的節(jié)省投資成本。另外，在過(guò)程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量選取自身帶有濾波設(shè)備的變頻器，最大限度的減少系統(tǒng)的諧波電流。

［1］ 劉穎，侯少海，張純江．一種無(wú)諧波檢測(cè)的并聯(lián)混合型APF的仿真研究［J］．內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(3)．

［2］ 王建華，范鵬，徐榮青，等．采用雙DSP控制的并聯(lián)型有源電力濾波器［J］．江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(1)．

［3］ 范瑞祥，涂春鳴，羅安．基于配網(wǎng)的無(wú)功和諧波綜合補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)仿真和應(yīng)用研究［J］．高壓電器，2009(1)．

［4］ 王金全，楊守城，郭鐵英，等．供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制［J］．解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(6)．

The Reactive Com pensation Problem of the Distrubition
System of Variable Frequency Equipment

WANG Xia

(Wangtai Themoelectric Branch Company，Shanxi Jinju Electrochemical Coal Co．，Ltd．，Jincheng 048006，China)

Reactive compersation and reactive optimum of the power system are an importantway to increase stable system level，system running voltage and decrase the network losses．In the power system，there are a lot of variable frequency equipments in the power supply system，So then the system compensation can not only be as an equipment power factor to be thought，theymust be considered inmany respects from the distrubition system form，variable frequency characteristic and electric network harmonic．It analyzes and studies the reactive compensation of the power supply system including the variable frequency equipment．

variable frequency equipment;dlistrubition system;reactive compensation

TM72

B

1004－289X(2013)03－0008－03

2013－04－11