無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)論文范文

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論文關(guān)鍵詞:無(wú)功補(bǔ)償技術(shù);作用;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的主要作用是:提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù),減少設(shè)備的功率損耗,穩(wěn)定電壓,提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電中,提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力,平衡三相負(fù)載的有功和無(wú)功功率等。

一、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

1、改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)

根據(jù)國(guó)家水電部,物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,相應(yīng)減少電費(fèi):

(1)高壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.9以上。

(2)低壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.85以上。

(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,功率因數(shù)為0.8以上。

2、降低系統(tǒng)的能耗

功率因數(shù)的提高,能減少線路損耗及變壓器的銅耗。

設(shè)R為線路電阻,ΔP1為原線路損耗,ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗,則線損減少

ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)

比原來(lái)?yè)p失減少的百分?jǐn)?shù)為

(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)

式中,I1=P/(3U1cosφ1),I2=P/(3U2cosφ2)補(bǔ)償后,由于功率因數(shù)提高,U2>U1,為分析方便,可認(rèn)為U2≈U1,則

θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)

當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),通過(guò)上式計(jì)算,可求得有功損耗降低21%左右。在輸送功率P=3UIcosφ不變情況下,cosφ提高,I相對(duì)降低,設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流,I2為補(bǔ)償后變壓器的電流,銅耗分別為ΔP1,ΔP2;銅耗與電流的平方成正比,即

ΔP1/ΔP2=I22/I12

由于P1=P2,認(rèn)為U2≈U1時(shí),即

I2/I1=cosφ1/cosφ2

可知,功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),銅耗相當(dāng)于原來(lái)的80%。

3、減少了線路的壓降

由于線路傳送電流小了,系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高),有利于大電機(jī)起動(dòng)。

二、我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展,電力行業(yè)也得到快速發(fā)展,特別是電網(wǎng)建設(shè),負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅上升,也使電網(wǎng)中無(wú)功功率不平衡,導(dǎo)致無(wú)功功率大量的存在。目前,我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式:

1.同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)屬于早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表,它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,但響應(yīng)慢,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償,目前很少使用。

2.并補(bǔ)裝置:并聯(lián)電容器是無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置,但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無(wú)功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無(wú)功的動(dòng)態(tài)變化,但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級(jí)的無(wú)功調(diào)節(jié),不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功的平滑無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。

3.并聯(lián)電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外,用以抑制過(guò)電壓。

以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果,但在實(shí)際的無(wú)功補(bǔ)償工作中也存在一些問(wèn)題:

1.補(bǔ)償方式問(wèn)題:目前很多電力部門對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償,不向系統(tǒng)倒送無(wú)功,即只注意補(bǔ)償功率因素,不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。

2.諧波問(wèn)題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過(guò)大時(shí)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響,甚至造成電容器的過(guò)早損壞;并且由于電容器對(duì)諧波有放大作用,因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。

3.無(wú)功倒送問(wèn)題:無(wú)功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的,特別是在負(fù)荷低谷時(shí),無(wú)功倒送造成電壓偏高。

4.電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來(lái)的問(wèn)題:有些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來(lái)確定無(wú)功投切量的,線路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的,這就可能出現(xiàn)無(wú)功過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。

三、無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)上述我國(guó)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)那闆r及出現(xiàn)的問(wèn)題,今后我國(guó)的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展方向是:無(wú)功功率動(dòng)態(tài)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),諧波抑制。

1.基于智能控制策略的晶閘管投切電容器(TSC)補(bǔ)償裝置

將微處理器用于TSC,可以完成復(fù)雜的檢測(cè)和控制任務(wù),從而使動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率成為可能。基于智能控制策略的TSC補(bǔ)償裝置的核心部件是控制器,由它完成無(wú)功功率(功率因數(shù))的測(cè)量及分析,進(jìn)而控制無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的投切,同時(shí)還可完成過(guò)壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。TSC補(bǔ)償裝置操作無(wú)涌流,跟蹤響應(yīng)快,并具有各種保護(hù)功能,值得大力推廣。

2.靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)

靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)又稱靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM),是采用GTO構(gòu)成的自換相變流器,通過(guò)電壓電源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無(wú)功,進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,若控制方法得當(dāng),SVG在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)還可以對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件,諧波含量小,同容量占地面積小,在系統(tǒng)欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng),是新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置的代表,有很大的發(fā)展前途。

3.電力有源濾波器

電力有源濾波器是運(yùn)用瞬時(shí)濾波形成技術(shù),對(duì)包含諧波和無(wú)功分量的非正弦波進(jìn)行“矯正”。因此,電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度,對(duì)變化的諧波和無(wú)功功率都能實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,并且其補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小。

電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實(shí)用的裝置90%以上為電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看,電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨(dú)使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式,目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。

4.綜合潮流控制器

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關(guān)鍵詞：電力電子，逆變，整流，諧波

 

0.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電設(shè)備的類型越來(lái)越多。在三相供電系統(tǒng)中，除了大量的對(duì)稱負(fù)荷外，還新增了許多不對(duì)稱負(fù)荷和單相負(fù)荷。由于單相負(fù)載的大量應(yīng)用，且各負(fù)荷的用電不同時(shí)等原因，導(dǎo)致三相四線制配電系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的三相不平衡的運(yùn)行狀態(tài)，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和用戶設(shè)備的正常可靠使用造成了嚴(yán)重的危害。

本文中從人工和技術(shù)兩方面提出了目前三相不平衡的解決方法，重點(diǎn)解析了新技術(shù)方面的內(nèi)容，突出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出采用大容量電力電子技術(shù)的基本方法。

1.國(guó)內(nèi)外三相平衡系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1人工方面：

(1) 完善基礎(chǔ)資料：每年組織專人在春季繪制一次配電變壓器網(wǎng)絡(luò)圖和負(fù)荷分配圖, 把每個(gè)臺(tái)區(qū)供出的各相上的用電戶名、戶數(shù)、電能表的型號(hào)等有關(guān)數(shù)據(jù)繪制成方便易查看的表格, 平時(shí)經(jīng)常檢查有無(wú)遺漏或新增用戶,結(jié)合負(fù)荷變化情況及時(shí)更新。

(2) 加強(qiáng)測(cè)試：給專人配備鉗形表,每月至少進(jìn)行一次負(fù)荷測(cè)試,對(duì)配電變壓器負(fù)荷狀況做到心中有數(shù),為調(diào)整配電變壓器負(fù)荷提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。利用檢修停電時(shí)間調(diào)整負(fù)荷。

(3) 加強(qiáng)用電管理：對(duì)臨時(shí)用電，季節(jié)性用電，管理人員必須熟悉情況，如安裝地點(diǎn)、用電量的變化情況等, 根據(jù)情況及時(shí)做好負(fù)荷調(diào)整工作。新增單相設(shè)備申請(qǐng)用電, 做好負(fù)荷的功率分配, 進(jìn)行合理搭接, 盡可能均勻分配到三相電路上。注意大的三相四線制用戶內(nèi)部三相負(fù)荷平衡問(wèn)題, 協(xié)助他們調(diào)整本單位三相負(fù)荷。

(4) 調(diào)整三相負(fù)荷做到“ 四平衡”：四平衡既計(jì)量點(diǎn)平衡、各支路平衡、主干線平衡和變壓器低壓出口側(cè)平衡, 重點(diǎn)是計(jì)量點(diǎn)和各支路平衡, 可把用戶平均用電量作為調(diào)整依據(jù), 把用電量大致相同的作為一類, 分別均勻調(diào)整到三相上。由于三相同時(shí)引人負(fù)荷點(diǎn)比單相引入負(fù)荷點(diǎn)時(shí)損耗顯著減少, 為了取得三相負(fù)載的對(duì)稱, 應(yīng)將三相線路同時(shí)引入負(fù)荷點(diǎn), 盡量擴(kuò)大三相四線制的配電區(qū)域, 減少單相供電干線長(zhǎng)度, 接戶線應(yīng)盡量由同一電桿上分別從三相引下, 且三組單相接戶線的負(fù)載應(yīng)盡量平衡。

1.2新興技術(shù)方面：

（1）三相自動(dòng)平衡器

用于380 V 配電網(wǎng)中的平衡器的工作原理如下圖所示，電流采樣器采集配電網(wǎng)三相電流，通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口電路送至單片機(jī)進(jìn)行比較，發(fā)出指令，輸出放大后啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制電路，將大電流相中一部分負(fù)載切換到小電流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相電流不平衡度滿足要求，實(shí)現(xiàn)三相相對(duì)平衡。當(dāng)三相負(fù)載的變化未超過(guò)允許值時(shí)，平衡器不予調(diào)整，維持現(xiàn)狀，以避免頻繁切換。

圖1 三相自動(dòng)平衡器的工作原理框圖

（2）早期無(wú)功補(bǔ)償裝置

早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是無(wú)源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或者電抗器，它主要包括同步調(diào)相機(jī)和靜電電容器。

同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償器，是早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表。它不僅能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，對(duì)變化的無(wú)功功率也能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)，它通過(guò)控制勵(lì)磁發(fā)出和吸收無(wú)功功率，并通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的大小以維持端電壓恒定。它的損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢。

靜電電容器可以改善線路參數(shù)，減少線路的感性無(wú)功功率，補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率。由于它供給的無(wú)功功率與節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它供給的無(wú)功功率反而會(huì)減少，所以靜電電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能較差。論文參考。但由于其維護(hù)較方便!裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用又可分散裝設(shè)，所以目前仍是中國(guó)采用的主要補(bǔ)償裝置。

同時(shí)，無(wú)源裝置使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，它不具備快速性、反復(fù)性和連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。

（3）靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC

靜止無(wú)功補(bǔ)償器(StaticVar Compensator)，是將電容器（及電抗器支路）與輸電線路并接，通常接于開(kāi)關(guān)站或變電所母線，通過(guò)晶閘管控制的無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，調(diào)節(jié)母線電壓和線路無(wú)功功率在所需水平上，從而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴(kuò)大線路輸送容量。

SVC技術(shù)又分為：自飽和電抗器型（SSR）、晶閘管相控電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC）、高阻抗變壓器型（TCT）和勵(lì)磁控制的電抗器型（AR）等幾種不同類型。世界各國(guó)普遍采用TCR和/或TSC型SVC作為電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐點(diǎn)，以提高輸電能力或加強(qiáng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

SVC特點(diǎn)：

1、應(yīng)用較為成熟，目前應(yīng)用較多。

2、自身產(chǎn)生較大諧波，需無(wú)源濾波器配合。

3、TCR只提供感性無(wú)功，容性無(wú)功需FC或TSC電容器組提供，占地面積大。

4、響應(yīng)速度慢（2~3個(gè)周期）。論文參考。

5、對(duì)快速的沖擊負(fù)荷補(bǔ)償效果較差。

(4) 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)

SVC裝置為補(bǔ)償 0～100 %容量變化的無(wú)功功率，幾乎需要 100 %容量的電容器與超過(guò) 100 %容量的晶閘管控制電抗器，銅和鐵的消耗很大。論文參考。從技術(shù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，這種類型的靜補(bǔ)償裝置已不能說(shuō)是先進(jìn)的。近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是采用可關(guān)斷晶閘管（GTO）構(gòu)成的自換向變流器，通常稱為靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），它既可提供滯后的無(wú)功功率，又可提供超前的無(wú)功功率。

SVG是采用 GTO 構(gòu)成的自換相變流器，它把逆變器電路看成是一個(gè)產(chǎn)生基波和諧波電壓的交流電壓源，控制補(bǔ)償器基波電壓大小與相位可改變基波無(wú)功電流的大小與相位。當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓高時(shí)，逆變器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前（容性）無(wú)功電流。反之，當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓低時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后（感性）無(wú)功電流。因此它能與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率的交換 ,故稱其為“無(wú)功發(fā)生器”。

與 SVC 相比，其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，諧波含量小，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。

(5)Smartpower節(jié)電器

SmartPower系統(tǒng)節(jié)電器利用“平衡控制變壓系統(tǒng)”繞組的相互交叉連接，可以消除各相位間的電壓和電流的不均衡，維持控制其平衡性。

這種特殊繞組，可以相互補(bǔ)償鐵心的磁通量，最大限度地控制各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一致性，從而保持三相平衡，降低零線電流等額外損耗，它是最新一代可以改善電力消費(fèi)狀況高新技術(shù)產(chǎn)品。

2.研究趨勢(shì)和前景展望

隨著電力電子器件容量的不斷增大以及價(jià)格的逐步下降，使用基于電力電子器件的技術(shù)來(lái)替代原來(lái)的機(jī)械開(kāi)關(guān)方式的解決方法也將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。三相系統(tǒng)中基波不平衡度在增大的同時(shí)，由于各次諧波所導(dǎo)致的不平衡問(wèn)題將成為將來(lái)所遇到的主要問(wèn)題，因而需要有一種方案來(lái)同時(shí)解決基波無(wú)功和有功不平衡，以及消除由諧波造成的不平衡。本文提出的設(shè)計(jì)方案具備了解決上述問(wèn)題所需要的全部功能，因而是未來(lái)最有發(fā)展前景的解決方案之一。

擬采用的裝置功能原理圖下圖所示。

圖2 本裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖

裝置工作原理如下：原始的不平衡負(fù)載可能引起較大的中線電流，如圖中ILN所示。若不進(jìn)行補(bǔ)償，則此電流將流入系統(tǒng)中線。在系統(tǒng)與負(fù)載中間增加一個(gè)三相不平衡補(bǔ)償裝置，該裝置從系統(tǒng)吸收三相對(duì)稱的基波電流，通過(guò)整流橋變換為直流，再通過(guò)具有中線的逆變橋變換為所需要的電流。以中線電流為例，對(duì)裝置來(lái)說(shuō)若以流入裝置為電流的參考方向，則如能使得裝置中線吸收的電流與負(fù)載側(cè)中線電流一樣，即ILN=IFN，則對(duì)系統(tǒng)中線而言，ISN=ILN-IFN=0。從而解決了系統(tǒng)側(cè)中線電流過(guò)大的問(wèn)題。同時(shí)裝置的ABC三橋臂還可根據(jù)參考電流產(chǎn)生所需要的電流，對(duì)負(fù)載的不平衡三相電流進(jìn)行補(bǔ)償，目標(biāo)是使得系統(tǒng)側(cè)ABC三相的電流為三相基波對(duì)稱分量。從而解決三相不對(duì)稱問(wèn)題。

3.結(jié)論

采用不同的方法各具有其優(yōu)劣性，本文提出的采用大容量電力電子技術(shù)，裝置適應(yīng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，控制精度高，裝置無(wú)任何耗能元件，節(jié)能效率更高。采用三相四線制結(jié)構(gòu)，能同時(shí)補(bǔ)償不平衡電流，同時(shí)還可濾除諧波并提供無(wú)功功率的支持。因此是未來(lái)最有發(fā)展前景的解決方案之一。

參考文獻(xiàn)：

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[5]羅昭波，配電變壓器三相平衡與無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償[J].降損節(jié)能，2007.

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關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；影響因素；補(bǔ)償方法；容量確定

許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(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稱為無(wú)功功率，因此，所謂的"無(wú)功"并不是"無(wú)用"的電功率，只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能

1.影響功率因數(shù)的主要因素

1.1電感性設(shè)備和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備

大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。根據(jù)前段時(shí)間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我礦所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60%～70%；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。電力變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因此，為了改善電力系統(tǒng)和礦山的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

1.2供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般無(wú)功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響

1.4無(wú)功補(bǔ)償原理

當(dāng)電網(wǎng)電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時(shí)，電阻性電氣設(shè)備如白熾燈、電熱器等從電網(wǎng)上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。

電感性電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)和變壓器等由于在運(yùn)行時(shí)需要建立磁場(chǎng)，此時(shí)所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，故被稱為無(wú)功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度f(wàn)。在選擇變配電設(shè)備時(shí)所根據(jù)的是視在功率S，即有功功率和無(wú)功功率的幾何和：

2.采用適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來(lái)減少各種用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對(duì)提高自然功率因數(shù)的措施做一些簡(jiǎn)要的介紹。

2.1合理選用電動(dòng)機(jī)

合理選擇電動(dòng)機(jī)，使其盡可能在高負(fù)荷率狀態(tài)下運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械特性，又要考慮它們的電氣指標(biāo)。舉例說(shuō)，三相異步電動(dòng)機(jī)（100KW）在空載時(shí)功率因數(shù)僅為0.11，1/2負(fù)載時(shí)約為0.72，而滿負(fù)載時(shí)可達(dá)0.86。所以核算負(fù)荷小于40%的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)換以較小容量的電動(dòng)機(jī)，并合理安排和調(diào)整工藝流程，改善運(yùn)行方式，限制空載運(yùn)轉(zhuǎn)。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確合理的選擇電動(dòng)機(jī)的；

2.2提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)表明，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有很大影響。因此檢修時(shí)要特別注意不使電動(dòng)機(jī)的氣隙增大，以免使功率因數(shù)降低。

2.3采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行補(bǔ)償

由電機(jī)原理可知，同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無(wú)功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無(wú)功，在過(guò)激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無(wú)功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過(guò)激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無(wú)功功率，減少電網(wǎng)輸送給我礦的無(wú)功功率，從而提高了我礦的功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，使其呈過(guò)激狀態(tài)，即可以向電網(wǎng)輸出無(wú)功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2.4正確選擇變壓器容量提高運(yùn)行效益

對(duì)于負(fù)載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善本企業(yè)電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。如：對(duì)平均負(fù)荷小于30%的變壓器宜從電網(wǎng)上斷開(kāi)，通過(guò)聯(lián)絡(luò)線提高負(fù)荷率。

通過(guò)以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對(duì)“功率因數(shù)”這個(gè)簡(jiǎn)單的電力術(shù)語(yǔ)有了更深的了解和認(rèn)識(shí)。知道了功率因數(shù)的提高對(duì)電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，下面我們將簡(jiǎn)單介紹對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯?duì)補(bǔ)償容量的確定方法。

3.設(shè)計(jì)總結(jié)

以上是我淺談功率因數(shù)對(duì)我礦供電A電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素以及提高功率因數(shù)的一般方法，還闡述了如何確定無(wú)功功率的補(bǔ)償容量及無(wú)功功率的三種人工補(bǔ)償?shù)木唧w方式，集中探討了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)我礦的高、低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的方法，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的，為保證降低電網(wǎng)中的無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，保證有功功率的充分利用，提高系統(tǒng)的供電效率和電壓質(zhì)量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節(jié)約電能，通常在高、低壓供配電系統(tǒng)中裝設(shè)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置。

4.設(shè)計(jì)心得體會(huì)

通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文讓我重新對(duì)影響大紅山供電的因數(shù)有了全新的認(rèn)識(shí)，這也是我第一次獨(dú)立從找資料到寫論文，經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過(guò)這次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我獨(dú)立工作與學(xué)習(xí)合理安排相互調(diào)節(jié)的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的工作生活有巨大而重要的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]主編：孟祥忠.《現(xiàn)代供電技術(shù)》.清華大學(xué)出版社，2006年第一版，1-303頁(yè)。

[2]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，王躍.《諧波控制和無(wú)功功率補(bǔ)償》，機(jī)械工業(yè)出版社，2006年第二版，1-444頁(yè)。

篇4

論文關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置

一、配電系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置

無(wú)功功率補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱無(wú)功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)供電質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多不利于電網(wǎng)安全運(yùn)行的因素。無(wú)功補(bǔ)償分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式。靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載情況安裝固定容量的補(bǔ)償電容或補(bǔ)償電感，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)負(fù)載的感性或容性變化隨時(shí)的切換補(bǔ)償電容容量或電感量進(jìn)行補(bǔ)償。一般的補(bǔ)償是有級(jí)的，也就是常用的補(bǔ)償裝置如電容，是按組來(lái)進(jìn)行投切的，也就是用電系統(tǒng)里產(chǎn)生的無(wú)功不會(huì)是你補(bǔ)償?shù)囊粯佣啵怯捎谶@種補(bǔ)償已經(jīng)將功率因數(shù)達(dá)到了例如0.95，已經(jīng)很好了。但是有的負(fù)載，其工作時(shí)無(wú)功的變化量非常大，且速度非常快，可以達(dá)到毫秒級(jí)，如電焊機(jī)，一個(gè)工作周期才0.2秒左右，其間還有幾十秒的半負(fù)荷及幾十秒的停頓，而無(wú)功在工作時(shí)也是不規(guī)則的快速改變著。象這樣的負(fù)載采用常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能用“動(dòng)態(tài)”補(bǔ)償。

所謂“動(dòng)態(tài)”即快速性、實(shí)時(shí)性，一是補(bǔ)償速度一定要快；二是用電負(fù)載需要多少無(wú)功，補(bǔ)償裝置就補(bǔ)償多少無(wú)功。這是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)基本特征。但不是非得兩個(gè)都具備才是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，有的負(fù)載雖然無(wú)功變化快，但是無(wú)功量的改變是固定的，此時(shí)用速度快的無(wú)功補(bǔ)償也可以辦到，也就是說(shuō)這個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償強(qiáng)調(diào)的單單是迅速。

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置由高壓開(kāi)關(guān)柜(包括高壓熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器、繼電保護(hù)、測(cè)量和指示部分等)、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈(或者電壓互感器)、氧化鋅避雷器、支柱絕緣子、框架等構(gòu)成。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置根據(jù)改善和提高功率因數(shù)，降低線路損耗，充分發(fā)揮發(fā)電、供電設(shè)備的效率功能強(qiáng)大，液晶字段顯示，性能可靠穩(wěn)定，抗干擾能力極強(qiáng)。靠無(wú)功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)。

無(wú)功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無(wú)功功率型、無(wú)功電流型。功率因數(shù)型這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。無(wú)功功率（無(wú)功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測(cè)及補(bǔ)償效果。用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破饕缶透吡耍话闶桥c觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的，要求控制器抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，更重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。

二、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最優(yōu)利用方法與原理功能

配電線路無(wú)功補(bǔ)償即通過(guò)在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過(guò)多，一般不采用分組投切控制；補(bǔ)償容量也不宜過(guò)大，避免出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)措施也要一切從簡(jiǎn)，可采用熔斷器或者避雷器作為過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。線路補(bǔ)償方式這種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長(zhǎng)線路。

在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中：由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無(wú)規(guī)律性，也無(wú)法事先預(yù)知。導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長(zhǎng)期性不平衡。對(duì)于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒(méi)有什么行之有效的解決辦法。 　電網(wǎng)中的不平衡電流會(huì)增加線路及變壓器的銅損，還會(huì)增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\(yùn)行，最終會(huì)造成三相電壓的不平衡。

調(diào)整不平衡電流無(wú)功補(bǔ)償裝置，有效地解決了這個(gè)難題，該裝置具有在補(bǔ)償線路無(wú)功的同時(shí)調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)。

工作原理：無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置由控制器、過(guò)零觸發(fā)模塊、晶閘管、并聯(lián)電容器、電抗器、放電保護(hù)器件等組成。裝置實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量負(fù)荷的電壓、電流、無(wú)功功率等，通過(guò)微機(jī)進(jìn)行分析，然后計(jì)算出無(wú)功功率并與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，自動(dòng)選擇能達(dá)到最佳補(bǔ)償效果的補(bǔ)償容量并發(fā)出指令，由過(guò)零觸發(fā)模塊判斷雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)快速、無(wú)沖擊地投入并聯(lián)電容器組。

目前，國(guó)內(nèi)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破骱蛧?guó)外的同類產(chǎn)品相比還要有很大的差距，一方面是補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過(guò)大，系統(tǒng)特性容易漂移，維護(hù)成本高；另一方面是在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好。另外，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也還沒(méi)有達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，這方面落后于發(fā)展。但是運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，最重要的是有很好的完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償。

動(dòng)態(tài)無(wú)功率補(bǔ)償裝置的主要功能：1、提高線路輸電穩(wěn)定性；2、維持受電端電壓，加強(qiáng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；3、補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能損耗；4、抑制電壓波動(dòng)和閃變；5、抑制三相不平衡。

動(dòng)態(tài)無(wú)功率補(bǔ)償裝置的主要問(wèn)題：1、電容器損壞頻繁。2、電容器外熔斷器在投切電容器組及運(yùn)行中常發(fā)生熔斷。3、電容器組經(jīng)常投入使用率低。

三、在配電系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與靜態(tài)補(bǔ)償區(qū)別

（一）前者表示靠無(wú)功控制器根據(jù)線路力率情況自動(dòng)投、切補(bǔ)償量，以確保功率因數(shù)基本恒定于某一設(shè)定值附近；后者表示手動(dòng)投入固定值補(bǔ)償量，不隨線路力率情況改變補(bǔ)償量，此類方式除非補(bǔ)償量剛好合當(dāng)，功率因數(shù)才會(huì)達(dá)標(biāo)，否則，不論補(bǔ)償量過(guò)小或過(guò)大，功率因數(shù)均偏小。

（二）動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)亩x是這種響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間小于1S，一般是通過(guò)可控硅投切電容組TSC、可控電抗器調(diào)節(jié)無(wú)功TCR型SVC或利用IGBT器件調(diào)節(jié)的靜止性無(wú)功發(fā)生裝置SVG等來(lái)實(shí)現(xiàn)。靜態(tài)補(bǔ)償可以是固定的通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)或熔斷器斷電后進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的裝置，也指響應(yīng)時(shí)間大于1S的自動(dòng)投切裝置，如接觸器投切電容組的方式。

四、應(yīng)用

（一）SLTF型低壓無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：適用于交流50Hz、額定電壓在660V以下，負(fù)載功率變化較大，對(duì)電壓波動(dòng)和功率因數(shù)有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業(yè)。安裝環(huán)境：周圍介質(zhì)無(wú)爆炸及易燃危險(xiǎn)、無(wú)足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體、無(wú)導(dǎo)電塵埃。無(wú)劇烈震動(dòng)和顛簸，安裝傾斜度

（二）SHFC型高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置：適用于6kV~10kV變電站，可在I段和II段母線上任意配置1~4組電容器，適應(yīng)變電站的各種運(yùn)行方式。技術(shù)特征：電壓優(yōu)先，按電壓質(zhì)量要求自動(dòng)投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

篇5

論文摘要：本文集中探討了功率因數(shù)對(duì)廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無(wú)功電源及其特點(diǎn)。這對(duì)供電企業(yè)是十分有益的。

0 引言

許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(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稱為無(wú)功功率，因此，所謂的“無(wú)功”并不是“無(wú)用”的電功率，只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為：

cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

1影響功率因數(shù)的主要因素

1.1大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60％～70％；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。

1.2變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

3采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來(lái)減少各種用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。

3.1合理使用電動(dòng)機(jī)；

3.2 提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；

3.3采用同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無(wú)功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無(wú)功，在過(guò)勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無(wú)功。因此，對(duì)于恒速長(zhǎng)期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。

3.4 合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式：對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。

4 無(wú)功電源

電力系統(tǒng)的無(wú)功電源除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。

4.1 同步電機(jī)：同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及調(diào)相機(jī)3種。 ①同步發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無(wú)功功率：

Q=S×sinφ=P×tgφ

其中:Q、S、P、φ是相對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，向系統(tǒng)提供無(wú)功，但必要時(shí)，也可以減小勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的“進(jìn)相運(yùn)行”，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功。②同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，近來(lái)已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。③并聯(lián)電容器：并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，由于通過(guò)電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)發(fā)quot；無(wú)功功率：Q=U2/Xc

其中：Q、U、Xc分別為無(wú)功功率、電壓、電容器容抗。

并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無(wú)功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率。④靜止無(wú)功補(bǔ)償器：靜止無(wú)功補(bǔ)償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對(duì)于控制信號(hào)反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制。當(dāng)電壓變化時(shí)靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰瑫r(shí)還能做到分相補(bǔ)償；對(duì)于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對(duì)電抗器的投切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。

篇6

【關(guān)鍵詞】諧波抑制；無(wú)功補(bǔ)償；電能質(zhì)量；晶閘管投切電容器；晶閘管控制電抗器

0.概述

中友中板廠全稱無(wú)錫市中友不銹中板有限公司，屬金屬冶煉及壓延加工行業(yè)，主要從事不銹鋼中板、低合金中板、鍋爐板、容器板的冶煉與軋制，其中不銹鋼中板目前國(guó)內(nèi)僅有三家生產(chǎn)企業(yè)之一。公司目主要的大功率生產(chǎn)設(shè)備有兩臺(tái)60噸電弧爐、三臺(tái)30噸中頻爐、兩臺(tái)3000T軋機(jī)使用一臺(tái)2800kW的直流電機(jī)、二臺(tái)3000T軋機(jī)使用三臺(tái)4300kW的直流電機(jī)、一臺(tái)4000T的精軋機(jī)使用一臺(tái)5700kW的直流電機(jī)、三臺(tái)1250kW除塵電機(jī)為交流異步電機(jī)、一臺(tái)1250kVA的交流異步輥道電機(jī)、一臺(tái)1000kW的電阻加熱電爐。

該廠由于設(shè)備和生產(chǎn)原因，用電功率因數(shù)較低，用電質(zhì)量差。每月都要額外支付數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)的力調(diào)電費(fèi)。表1為該廠2010年來(lái)部分月份電費(fèi)情況。

1.原因分析

對(duì)中友中板廠的幾種主要設(shè)備從其工作原理上進(jìn)行電能質(zhì)量分析可知，該廠負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的影響主要有幾種情況：

（1）電弧爐工作時(shí)產(chǎn)生的諧波、無(wú)功、閃變、三相負(fù)載不對(duì)稱等情況，同時(shí)由于電弧爐工作狀態(tài)的不確定性，在產(chǎn)生諧波時(shí)不僅產(chǎn)生特征次諧波，也會(huì)產(chǎn)生非特征次諧波。

（2）晶閘管整流電路不僅產(chǎn)生大量諧波，也要消耗無(wú)功，且功率因數(shù)隨著控制角 的增加而降低。當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，功率因數(shù)也隨之降低。

（3）異步電動(dòng)機(jī)雖然是線性負(fù)載，在起動(dòng)與空載時(shí)起功率因數(shù)均較低，尤其在起動(dòng)瞬間需消耗大量的無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)造成無(wú)功沖擊。另外異步電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的0.8～0.85功率因數(shù)也不能滿足國(guó)家《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》所規(guī)定的功率因數(shù)0.9的要求。

2.采取措施

2.1 TCR+TSC+LC控制法

按系統(tǒng)所需的無(wú)功補(bǔ)償值投入適當(dāng)組數(shù)的電容器，并略有過(guò)補(bǔ)（補(bǔ)成容性），再用TCR的感性無(wú)功來(lái)補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)部分的無(wú)功。同時(shí)，LC濾波器濾除諧波，對(duì)于3、5、7、11次諧波采用單調(diào)諧濾波器，即TCR+TSC+LC控制法。

晶閘管控制電抗器TCR和晶閘管投切電容器TSC都采用三角形聯(lián)結(jié)。因?yàn)椴捎萌切温?lián)結(jié)有很多優(yōu)點(diǎn)：一是可以避免線電流中產(chǎn)生零序分量；二是可以將 次諧波電壓互相抵消；三是各個(gè)元器件的絕緣水平與電網(wǎng)額定電壓的等級(jí)一致，使用中的同步信號(hào)可直接取自相應(yīng)的線電壓。

晶閘管閥的接線方式有晶閘管與大功率二極管反并聯(lián)和晶閘管反并聯(lián)兩種接線方式。由于采用晶閘管與大功率二極管反并聯(lián)方式時(shí)，晶閘管和二極管上承受的最大電壓為2倍線電壓峰值。而采用晶閘管反并聯(lián)接線方式時(shí)，電容器是在電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)投入，電容上沒(méi)有預(yù)充電，晶閘管閥所承受的最高電壓為線電壓峰值，可以減少晶閘管閥串聯(lián)的個(gè)數(shù)，降低控制裝置的成本。所以本裝置采用晶閘管反并聯(lián)接線方式。

TCR+TSC+LC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)采集裝置各組成部分的主要狀態(tài)變量，進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算或邏輯分析后對(duì)其進(jìn)行顯示，而且對(duì)TCR+TSC+LC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)當(dāng)前所處的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，必要時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或緊急操作指示，從而為預(yù)防和避免動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置裝置出現(xiàn)故障提供了可靠、有力的保證。TCR+TSC+LC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置保護(hù)系統(tǒng)則保障TCR+TSC+LC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠安全并入電網(wǎng)運(yùn)行，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，裝置不會(huì)受到損壞；而裝置出現(xiàn)故障后也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成破壞性的影響。TCR+TSC+LC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)則是裝置中最為關(guān)鍵的部分，它指揮整個(gè)裝置按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行特性進(jìn)行工作，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)裝置的性能。

2.2中友中板廠混合型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行分析

該系統(tǒng)于2012年9月12日投入試運(yùn)行，我們于15日對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量情況進(jìn)行了主要包括諧波電流，功率因素等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。

（1）對(duì)LC濾波系統(tǒng)投運(yùn)前進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量電流波形，得出3次、5次、7次、11次、13次諧波電流均超標(biāo)，且超標(biāo)嚴(yán)重，分別為65.32A，78.56A，34.72A，21.23A，23.32A。對(duì)混合型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)投運(yùn)前進(jìn)行電壓電流波形測(cè)量，6KV負(fù)荷注入6KV系統(tǒng)側(cè)的母線電壓總畸變率為5.06%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家限制3%。功率因素也很低，只有0.75。

（2）對(duì)混合型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)投運(yùn)后負(fù)荷注入系統(tǒng)的諧波電流進(jìn)行測(cè)量得出數(shù)據(jù)全部達(dá)標(biāo)。電壓畸變率也達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，滿負(fù)荷情況下，功率因素達(dá)到0.92，也符合國(guó)家規(guī)定要求。

（3）根據(jù)這個(gè)測(cè)試結(jié)果不難看出中友中板廠生產(chǎn)過(guò)程中，只要這套混合型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置正常運(yùn)行，整個(gè)廠里的負(fù)荷不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。

以上三大類負(fù)載是該廠主要的諧波與無(wú)功及閃變的污染源，針對(duì)這三種負(fù)載進(jìn)行相應(yīng)的諧波與無(wú)功治理不僅可降低其對(duì)電網(wǎng)的影響，提高供電效率及供電質(zhì)量。同時(shí)由于用電質(zhì)量的改善也能為該廠節(jié)約大量的電費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.結(jié)論

本文針對(duì)大功率負(fù)荷下諧波及無(wú)功的特點(diǎn)和無(wú)功補(bǔ)償?shù)男阅苤笜?biāo)作了分析，以無(wú)錫中友中板廠的諧波及無(wú)功補(bǔ)償為課題背景，通過(guò)對(duì)混合型動(dòng)態(tài)無(wú)功系統(tǒng)的工程實(shí)例調(diào)試和系統(tǒng)研究，得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)大功率負(fù)荷下諧波及無(wú)功的特點(diǎn)的研究與分析，設(shè)計(jì)出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用的濾波及補(bǔ)償方案。

（2）建立了基于混沌遺傳算法的LC濾波器優(yōu)化方案。運(yùn)用該方案的優(yōu)點(diǎn)是：補(bǔ)償及濾波裝置未投入運(yùn)行前便可預(yù)知其運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)電力技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)調(diào)整可以設(shè)計(jì)出較為理想的無(wú)功補(bǔ)償及諧波濾波裝置，避免了盲目性，對(duì)于裝置的設(shè)計(jì)質(zhì)量起到了保證作用。

（3）在動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方面，本文采用TCR+TSC的混合型補(bǔ)償方法。在TSC投切上設(shè)計(jì)了不等容分組的非線性投切的投切法，保證了每組電容組的使用效率，在滿足限定條件下總是投入容量較大的一組補(bǔ)償電容器。

（4）大型軋鋼廠的負(fù)荷均為沖擊型負(fù)荷，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波及無(wú)功，實(shí)踐證明SVC必須與工程同步。

篇7

【關(guān)鍵詞】諧波，污染，危害，抑制

1.研究背景

電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起科學(xué)家和工程師們的注意。早在19世紀(jì)末，當(dāng)交流電以一種新興的動(dòng)力形式出現(xiàn)時(shí)，人們就發(fā)現(xiàn)了電壓、電流的波形畸變問(wèn)題，并同時(shí)對(duì)畸變的原理及消除方法等開(kāi)始研究。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年JCRead發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。

2.電力電子裝置中的諧波產(chǎn)生

諧波即對(duì)周期性的交流量進(jìn)行傅里葉分解，得到頻率大于一的整數(shù)倍基波頻率的分量。電網(wǎng)中的諧波主要是由各種大容量功率變換器以及其他非線性負(fù)載產(chǎn)生的，其中主要的諧波源是各種電力電子裝置，如整流裝置、交流調(diào)壓裝置等，這其中，整流裝置所占的比例最大，它幾乎都是采用帶電容濾波的二極管不控整流或晶閘管相控整流，它們產(chǎn)生的諧波污染和消耗的無(wú)功功率是眾所周知的；除整流裝置外，斬波和逆變裝置的應(yīng)用也很多，而其輸入直流電源也來(lái)自整流裝置，因此其諧波問(wèn)題也很嚴(yán)重，尤其是由直流電壓源供電的斬波和逆變裝置，其直流電壓源大多是由二極管不控整流后經(jīng)電容濾波得到的，這類裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波污染日益突出。

3.諧波的危害

電網(wǎng)中日益嚴(yán)重的諧波污染常常對(duì)設(shè)備的工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，其危害一般表現(xiàn)為：1）諧波電流使輸電電纜損耗增大，輸電能力降低，絕緣加速老化，泄漏電流增大，嚴(yán)重的甚至引起放電擊穿。2）使電動(dòng)機(jī)損耗增大，發(fā)熱增加，過(guò)載能力、壽命和效率降低，甚至造成設(shè)備損壞。3）容易使電網(wǎng)與用作補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生諧振，造成過(guò)電壓或過(guò)電流，使電容器絕緣老化甚至燒壞。4）諧波電流流過(guò)變壓器繞組增大附加損耗，使繞組發(fā)熱，加速絕緣老化，發(fā)出噪聲。5）使大功率電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)受到干擾而影響正常工作。6）影響電子設(shè)備的正常工作，如：使某些電氣測(cè)量?jī)x表受諧波的影響而造成誤差，導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，非整數(shù)和超低頻諧波會(huì)使一些視聽(tīng)設(shè)備受到影響，使計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備受到干擾而造成程序運(yùn)行不正常等。

4.諧波的抑制

4.1采取主動(dòng)措施，減少電力電子設(shè)備的諧波含量

1）多脈波變流技術(shù) 對(duì)于大功率電力電子裝置，常將原來(lái)6脈波的變流器設(shè)計(jì)成12脈波或24脈波變流器，以減少交流側(cè)的諧波電流含量。

2）脈寬調(diào)制技術(shù) 其基本思想是控制PWM輸出波形的各個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對(duì)稱性。使需要消除的諧波幅值為零，基波幅值為給定量，達(dá)到消除指定諧波和控制基波幅值的目的。

3）多電平變流技術(shù) 針對(duì)各種電力電子變流器采用移相多重法、順序控制和非對(duì)稱控制多重化等方法，將方波電流或電壓疊加，使得變流器在交流電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的電流或電壓為接近正弦的階梯波，且與電源電壓保持一定的相位關(guān)系。

4.2安裝電力濾波器，提高濾波性能

1）無(wú)源電力濾波器。無(wú)源電力濾波器（PPF）即利用電容和電抗器組成LC調(diào)諧電路，在系統(tǒng)中能夠?yàn)橹C波提供并聯(lián)低阻通路，起到濾波作用；同時(shí)，利用電容還能補(bǔ)償無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。但由于結(jié)構(gòu)和原理上的原因，使用無(wú)源濾波裝置來(lái)解決諧波問(wèn)題也存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如：只能濾除特定次諧波，諧波補(bǔ)償頻帶較窄，過(guò)載能力小，對(duì)系統(tǒng)阻抗和頻率變化的適應(yīng)性較差，穩(wěn)定性較差，體積大，損耗大等。

2）有源電力濾波器。通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流，然后控制逆變電路產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流分量并注入電網(wǎng)，以達(dá)到消除諧波的目的。APF按與系統(tǒng)的連接方式不同可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串―并聯(lián)混合型。并聯(lián)型APF主要適用于感性電流源負(fù)載的諧波補(bǔ)償，串聯(lián)型APF主要用于消除帶電容的二極管整流電路等電壓型諧波源負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響，串―并聯(lián)型APF兼有串、并聯(lián)APF的功能。APF濾波特性不受系統(tǒng)阻抗影響，不會(huì)與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，且對(duì)外電路的諧振具有阻尼的作用。此外，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補(bǔ)償無(wú)功電流，性價(jià)比較為合理。

3）混合型電力濾波器。混合型電力濾波器將無(wú)源濾波器與有源濾波器組合起來(lái)，其中有源濾波器不直接承受電網(wǎng)電壓和負(fù)載的基波電流，僅起負(fù)載電流和電網(wǎng)電壓的高次諧波隔離器的作用，因而有源濾波器的容量可以設(shè)計(jì)得較小，利用串聯(lián)的有源濾波器增加高次諧波阻抗而對(duì)基波無(wú)影響的特性，可以改善無(wú)源濾波器的濾波效果，防止與電網(wǎng)之間發(fā)生諧振，但其缺陷是有源濾波器的性能很大程度上決定于電流互感器的特性。另外新型混合有源電力濾波器方案，采用開(kāi)關(guān)頻率較低的IGBT構(gòu)成的逆變器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，由開(kāi)關(guān)頻率高，耐壓較低的MOSFET構(gòu)成的逆變器進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償，高頻逆變器的輸出側(cè)采用變壓器隔離，可消除大部分干擾。為了更好地達(dá)到抑制諧波的效果，對(duì)不同的諧波源負(fù)載應(yīng)該采用相應(yīng)結(jié)構(gòu)的濾波裝置，如級(jí)聯(lián)型大功率APF、基于DSP的智能型APF等的研究都標(biāo)志著低損耗、大功率、高頻率、智能化的APF是其發(fā)展方向。

5.結(jié)論

日益嚴(yán)重諧波污染已引起各方面的高度重視，“諧波污染”已成為電網(wǎng)內(nèi)三大公害之一。隨著對(duì)諧波現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，將會(huì)找到更有效的方法抑制和消除諧波，同時(shí)也有助于制度更加合理的諧波管理標(biāo)準(zhǔn)。為了更好地達(dá)到抑制諧波的效果，對(duì)不同的諧波源負(fù)載應(yīng)該采用相應(yīng)結(jié)構(gòu)的濾波裝置，只有各方面都重視起來(lái)，進(jìn)行治理，才能還電網(wǎng)一個(gè)干凈的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安.黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003

[2]陳堅(jiān).電力電子變換和控制技術(shù).北京：高等教育出版社.2002.

篇8

關(guān)鍵字 牽引變電所高次諧波 功率因數(shù)有級(jí)調(diào)壓高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償 諧波抑制APF

1、引言

隴海線天蘭線和諧（交直交）大功率系列機(jī)車的運(yùn)行，雖然顯著的改善了牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量（機(jī)車本身功率因數(shù)的提高，系統(tǒng)網(wǎng)壓和諧波），但與傳統(tǒng)的電力機(jī)車（交直）相比最顯著的特征是諧波特性不同，對(duì)原有電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)在無(wú)功補(bǔ)償及諧波抑制方面產(chǎn)生了新的影響。

1.1存在問(wèn)題舉例

(1) 2010年11月份以后天蘭線天水變電所靜態(tài)電容補(bǔ)償斷路器多次因過(guò)電壓、諧波過(guò)電流而頻繁跳閘。三陽(yáng)川變電所、甘谷變電所靜態(tài)電容補(bǔ)償斷路器也因過(guò)電壓、諧波過(guò)電流而跳閘的次數(shù)有所增加。

（2）2010年11月份以后天蘭線天水變電所、三陽(yáng)川變電所、甘谷變電所等所由于母線電壓的瞬間升高造成27.5KV所內(nèi)自用變二次輸出電壓的瞬間波動(dòng)致使所內(nèi)直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置模塊、充電機(jī)模塊多次燒損。

（3）2011年6月份后鑒于和諧大功率系列機(jī)車自身無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)功率因數(shù)提高，三陽(yáng)川變電所退出A相、B相電容補(bǔ)償、甘谷變電所退出A相電容補(bǔ)償，但致使靜態(tài)補(bǔ)償裝置濾波功能失去作用。

（4）為保證牽引變電所交直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行，2011年6月份后，天蘭線多座變電所退出了27.5KV自用變，投入了10KV自用變，但造成電力經(jīng)營(yíng)成本核算的困難，當(dāng)電力10KV貫通線在檢修和出現(xiàn)故障時(shí)，所以只能投入27.5KV自用變。

1.2母線電壓波動(dòng)及交直流設(shè)備燒損的原因分析：

(1)和諧系列（交直交）大功率牽引機(jī)車的主回路的兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)影響較大， 一是高次諧波含量多（17-51次），低次諧波含量少。二是采用再生制動(dòng)方式。機(jī)車諧波源的幅值是隨著位置和時(shí)間變化的，并與機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)有較大的關(guān)系。原有韶山系列（交直）電鐵系統(tǒng)中，諧波的含量主要以3、5、7次諧波為主，原有靜態(tài)補(bǔ)償裝置的濾波裝置能有效地抑制3、5、7次諧波，尤其是3、5次諧波，但對(duì)高次諧波的抑制作用不明顯。當(dāng)接觸網(wǎng)阻抗參數(shù)同機(jī)車匹配造成諧波電流放大時(shí)，放大了諧波電流引起電壓畸變，畸變的電壓進(jìn)一步致使機(jī)車諧波電流增大，系統(tǒng)諧振過(guò)電壓幾率增大，當(dāng)形成諧振過(guò)電壓時(shí)，造成牽引變電所母線電壓異常波動(dòng)。

（2）和諧系列（交直交）大功率牽引機(jī)車自身無(wú)功補(bǔ)償裝置以使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)功率因數(shù)大幅度提升，但固定補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量在補(bǔ)償過(guò)程中是不會(huì)發(fā)生變化的，極易因無(wú)功負(fù)荷小于補(bǔ)償容量而造成過(guò)補(bǔ)狀態(tài)，會(huì)造成無(wú)功累加電量增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起功率因數(shù)的大幅度跌落，造成牽引變電所母線電壓的異常波動(dòng)。

（3）目前天蘭線各變電所使用的交直流充電機(jī)的充電模塊對(duì)諧波電壓的抑制功能較差，整流模塊工作時(shí)自身也會(huì)產(chǎn)生較大的電流畸變，這個(gè)畸變的電流流經(jīng)電網(wǎng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生新的諧波電壓，同時(shí)和牽引網(wǎng)中高次諧波電壓直接疊加在交流屏交流元件上，形成過(guò)電壓狀態(tài)。

2、有級(jí)調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)

如果補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)供電臂牽引負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)提供系統(tǒng)所需的無(wú)功補(bǔ)償容量，就會(huì)避免過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是根據(jù)感性無(wú)功變化，及時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器發(fā)出的無(wú)功容量。改變無(wú)功總量有兩種方法：一是改變投入的等效電容量，另一個(gè)是改變電容兩端的電壓。傳統(tǒng)補(bǔ)償方式采用的是改變投入的等效電容量的方法，調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)采用的是第二種方法。

（1）

因(Xc-Xl)為固定阻抗，所以補(bǔ)償容量Qc與U2為平方關(guān)系，如果我們調(diào)節(jié)電容器兩端的工作電壓，就可以調(diào)節(jié)電容器發(fā)出的無(wú)功總量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。

補(bǔ)償系統(tǒng)采用特殊設(shè)計(jì)的深度調(diào)壓變壓器，實(shí)現(xiàn)大范圍動(dòng)態(tài)調(diào)壓。調(diào)壓裝置在高壓無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置的控制下根據(jù)系統(tǒng)感性無(wú)功的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓，通過(guò)特種調(diào)壓變壓器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功的饋送。由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無(wú)功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，利用模糊控制技術(shù)調(diào)節(jié)有載分接開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化補(bǔ)償，并達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償容量隨系統(tǒng)負(fù)荷無(wú)功容量的變化自動(dòng)跟蹤的目的。

2.2 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由五部分組成：深度調(diào)壓無(wú)功補(bǔ)償變壓器、真空有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電容器組、保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)。

2.1系統(tǒng)示意圖

2.3 調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

有級(jí)調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，屬高壓電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要特征是設(shè)有特種自耦調(diào)壓變壓器與有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)配合，受控于高壓無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置，根據(jù)被補(bǔ)償系統(tǒng)感性無(wú)功功率的變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器的工作電壓實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。它具有可靠性高、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍寬、容量大、系統(tǒng)附加損耗小、對(duì)電容沒(méi)有沖擊且能延長(zhǎng)電容使用壽命、補(bǔ)償電容量的調(diào)節(jié)不改變諧波吸收比等優(yōu)點(diǎn)。

2011年1月份，天蘭線天水變電所對(duì)原有靜態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了更換改造，采用調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，自2011年2月-11月，無(wú)功補(bǔ)償穩(wěn)定，功率因數(shù)均值達(dá)0.97以上，有效改善了供電質(zhì)量。但是，其對(duì)高次諧波抑制方面效果不明顯。

3、調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在諧波抑制存在的問(wèn)題

雖然調(diào)壓式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)濾波補(bǔ)償系統(tǒng)濾波的影響，可忽略不計(jì)，但在設(shè)計(jì)理念上主要是進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償，兼顧了3、5次諧波的濾波功能，它與傳統(tǒng)的靜態(tài)補(bǔ)償裝置相比只是僅僅增加了特種單項(xiàng)有載調(diào)壓變壓器，克服了欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題， 但對(duì)牽引供電系統(tǒng)高次諧波抑制方面效果不強(qiáng)。

4、高次諧波的抑制措施

4.1對(duì)高次諧波引起網(wǎng)壓異常波動(dòng)的治理措施，一方面是降低機(jī)車本身的高次諧波電流值，即在機(jī)車上加裝RC高通濾波器等方法。二是在牽引供電系統(tǒng)變電所增加濾波裝置。

圖4.1 電氣化鐵道諧波、無(wú)功治理方案

4.2 有源電力濾波器在牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用

采用有源電力濾波器（Active Power Filter,簡(jiǎn)稱APF）是牽引供電系統(tǒng)諧波抑制的一個(gè)重要發(fā)展的趨勢(shì)。APF是一種新型諧波和無(wú)功補(bǔ)償裝置，在補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)有源濾波器能對(duì)諧波進(jìn)行有效治理。其基本原理是：通過(guò)電流互感器檢測(cè)負(fù)載電流，并通過(guò)內(nèi)部DSP計(jì)算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過(guò)PWM信號(hào)發(fā)送給內(nèi)部IGBT,控制逆變器產(chǎn)生一個(gè)和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的。按照與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式，APF可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。串聯(lián)型APF不能進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，且絕緣困難，維修不變，因此，它的實(shí)用性受到限制。

大容量的有源濾波器造價(jià)高、功耗大，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。為了獲得較好的濾波特性且降低造價(jià)，人們提出了有源與無(wú)源混合濾波器方案。在混合濾波系統(tǒng)中，對(duì)于負(fù)載側(cè)的諧波電流源，有源濾波器被控制為一個(gè)等效諧波阻抗，它使無(wú)源和有源濾波器總的串聯(lián)諧波阻抗對(duì)各次諧波都為零，從而使所有的負(fù)載諧波電流全部流入無(wú)源濾波器支路，達(dá)到提高無(wú)源濾波器濾波效果的目的，此時(shí)有源濾波器的輸出補(bǔ)償電壓為所有負(fù)載諧波電流流過(guò)無(wú)源濾波器時(shí)產(chǎn)生的電壓。這樣充分發(fā)揮LC無(wú)源濾波器和APF各自的優(yōu)勢(shì)，盡量減小APF的容量，解決了絕緣和最佳投資的問(wèn)題。

5、 結(jié)束語(yǔ)

隨著既有線電力機(jī)車的不斷更新，牽引變電所現(xiàn)有補(bǔ)償裝置在高次諧波抑制方面效果差的缺點(diǎn)的顯現(xiàn)，對(duì)牽引供電設(shè)備運(yùn)行安全造成了嚴(yán)重影響。所以，如何更好的實(shí)現(xiàn)鐵牽引變電所無(wú)功補(bǔ)償，諧波治理，更好的實(shí)現(xiàn)環(huán)保運(yùn)輸節(jié)約能源消耗是當(dāng)今需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：自動(dòng)調(diào)壓 無(wú)功補(bǔ)償

1 概述

電壓是電能主要質(zhì)量指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和人民生活用電都有直接影響。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 12325-2003《電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差》的規(guī)定：10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%。

2 調(diào)壓器簡(jiǎn)介

為了保證電壓質(zhì)量，中低壓配電網(wǎng)主要調(diào)壓手段及措施為：(1)變電站主變壓器有載調(diào)壓；(2)改變線路的無(wú)功功率；(3)改變線路參數(shù)；(4)新建變電站；(5)使用自動(dòng)調(diào)壓器。前四種措施是在針對(duì)特定的線路進(jìn)行電壓調(diào)整時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性和可行性欠佳，自動(dòng)調(diào)壓器在解決特定線路電壓調(diào)節(jié)方面技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用、安裝方便。

3 無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償簡(jiǎn)介

3.1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的用電量日趨增大，電網(wǎng)的供電質(zhì)量越來(lái)越受到供電部門的重視。隨著一期、二期電網(wǎng)改造完成，電網(wǎng)的供電質(zhì)量得到很大改善和提高，但是還存在著功率因數(shù)偏低，無(wú)功補(bǔ)償不合理、線損較大等問(wèn)題。各級(jí)供電公司重視線損的管理，合理的補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)，增加電網(wǎng)效益。

為了探索10kV線損管理的新途徑，提高功率因數(shù)，平衡無(wú)功，降低線損，擬在線路上使用高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高線路功率因數(shù)，補(bǔ)償無(wú)功；在探索改善線路供電質(zhì)量，節(jié)能降損的途徑中,作出了積極的一步。

3.2設(shè)備選型

下面分別以10kV馮莊線線路現(xiàn)狀、線路分析、設(shè)備選型為順序，對(duì)這條線路逐一分析，以求得最佳解決方案。

4 線路方案及設(shè)備選型

4.1 線路狀況

4.2 線路分析

參看線路圖并結(jié)合上表1可知：10kV馮莊線線路較長(zhǎng)，支線較多，變電站出口電壓為10.7kV左右，線路負(fù)荷分布不均勻，在主干線221#桿處有一條負(fù)荷較重，線路較長(zhǎng)的支線，而且計(jì)劃在支線221#桿以后增加1200kVA的負(fù)荷。負(fù)荷性質(zhì)為生活用電、農(nóng)業(yè)灌溉和一些加工企業(yè)。由此可知，線路后端的電壓較低，功率因數(shù)較低。

4.3 調(diào)壓器設(shè)備選型

根據(jù)線路負(fù)荷及參數(shù)，并結(jié)合附表1可計(jì)算出主干線路的末端電壓。

計(jì)算變電站到主干線125#桿的壓降為：

式中： U1――線路的壓降；

UN――變電站出口電壓；

P，Q ―― 變電站有功功率，無(wú)功功率；

R ，X ――變電站到主干線125#桿的線路的電阻，感抗；

S――線路配變?nèi)萘浚?/p>

l――線路長(zhǎng)度。

主干線125#桿處的電壓約為：

U125=UN-U1=10.7-0.88=9.82kV

式中：UN――變電站出口電壓。

主干線125#桿到支線221#桿的壓降為：

式中：U2 ――線路的壓降；

U125――主干線125#桿處的電壓；

P'，Q'―― 主干線125#桿以后的有功功率，無(wú)功功率；

R' ，X'――主干線125#桿到支線221#桿線路的電阻，感抗；

支線221#桿處的電壓約為：

U221支=U125-U2=9.82-1.84=7.98kV

同理可以計(jì)算線路支線末端（441#桿）的電壓僅為6.36kV左右，因此，不能滿足正常的生產(chǎn)及生活用電，需加裝調(diào)壓器以解決線路電壓低的問(wèn)題。

篇10

論文摘要:介紹了電力電子器件和變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，以及變頻技術(shù)在家用電器的應(yīng)用，分析了變頻技術(shù)的應(yīng)用也帶來(lái)了諧波、電磁干擾和電源系統(tǒng)功率因數(shù)下降等問(wèn)題。提出了相關(guān)的諧波抑制方法及提高電源系統(tǒng)功率因數(shù)的措施。

引言

隨著電力電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為發(fā)展趨勢(shì)。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動(dòng)性能被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻技術(shù)是交流調(diào)速的核心技術(shù)，電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)又是變頻技術(shù)的核心，而電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展的一種高新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化、電機(jī)傳動(dòng)、航空航天等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的一種高新技術(shù)。專家預(yù)言，在21世紀(jì)高度發(fā)展的自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力電子技術(shù)是兩項(xiàng)最重要的技術(shù)。

一、電力電子器件的發(fā)展過(guò)程

上世紀(jì)50年代末晶閘管在美國(guó)問(wèn)世，標(biāo)志著電力電子技術(shù)就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我國(guó)70年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國(guó)推廣。然而，SCR畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開(kāi)關(guān)器件，在交流傳動(dòng)和變頻電源的應(yīng)用中受到限制。70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等，它們的共同特點(diǎn)是既控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷，是全控型開(kāi)關(guān)器件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當(dāng)前，IGBT以其優(yōu)異的特性已成為主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。

許多國(guó)家都在努力開(kāi)發(fā)大容量器件，國(guó)外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問(wèn)世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極，它開(kāi)通時(shí)相當(dāng)于晶閘管，關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于晶體管，從而有效地協(xié)調(diào)了通態(tài)電壓和阻斷電壓的矛盾，工作頻率可達(dá)幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經(jīng)推出的IGCT可達(dá)4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因進(jìn)展不大而引退而IGCT的發(fā)展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在器件制造方面比在應(yīng)用方面有更大的差距。高功率溝柵結(jié)構(gòu)IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國(guó)外有了最新發(fā)展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半導(dǎo)體材料制成功率器件，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)“理想器件”的追求，將是21世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢(shì)。

高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點(diǎn)。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，必將為21世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

二、變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換

技術(shù)的不斷發(fā)展。起初，變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。

VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。

矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過(guò)三相——二相變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。

直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。

三、變頻技術(shù)與家用電器

20世紀(jì)70年代，家用電器開(kāi)始逐步變頻化，出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等[4]。

20世紀(jì)末期期，家用電器則依托變頻技術(shù)，主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。

首先是電冰箱，由于它處于全天工作，采用變頻制冷后，壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài)，可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引的噪聲，節(jié)能效果更加明顯。其次，空調(diào)器使用變頻后，擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍，不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制，達(dá)到降低電力消耗，消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來(lái)，新式的變頻冷藏庫(kù)不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化，而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。

在洗衣機(jī)方面，過(guò)去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制，提高洗凈性能，新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外，還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱，沒(méi)有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠郑虼瞬坏踩€大幅度提高加熱效率，其工作頻率高于聽(tīng)覺(jué)之上，從而消除了飯鍋振動(dòng)引起的噪聲。

轉(zhuǎn)貼于

四、電力電子裝置帶來(lái)的危害及對(duì)策

電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，還引起了嚴(yán)重的諧波污染。

另外，硬件電路中電壓和電流的急劇變化，使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力，并給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴(yán)重的電磁干擾(EM1)，而且情況日趨嚴(yán)重。許多國(guó)家都已制定了限制諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)政府也制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定[5]。

（一）諧波與電磁干擾的對(duì)策

1、諧波抑制

為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，一種方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償，即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置，使輸入電流成為正弦波[3]。

傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器，它既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功功率。其缺點(diǎn)是，補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，效果也不夠理想。

電力電子器件普及應(yīng)用之后，運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償成為重要方向。其原理是，從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。

大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個(gè)方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦的階梯波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦，但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù)，一般采用二極管整流加PWM斬波，常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。

2、電磁干擾抑制

解決EMI的措施是克服開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)過(guò)大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt，目前比較引入注目的是零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)和零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)電路。方法是:

(1)開(kāi)關(guān)器件上串聯(lián)電感，這樣可抑制開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的di/dt，使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū)，減少了正關(guān)損耗;

(2)開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)電容，當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升，器件上不存在電壓、電流重疊區(qū)，減少了開(kāi)關(guān)損耗;

(3)器件上反并聯(lián)二極管，在二極管導(dǎo)通期間，開(kāi)關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS動(dòng)作。

目前較常用的軟件開(kāi)關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無(wú)損耗緩沖電路。

（二）功率因數(shù)補(bǔ)償

早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī)，它是專門用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率的同步電機(jī)，利用過(guò)勵(lì)磁和欠勵(lì)磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無(wú)功功率。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，噪聲和損耗都較大，運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜，響應(yīng)速度慢。因此，在很多情況下已無(wú)法適應(yīng)快速無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。它具有靜止型和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問(wèn)題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)載的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的主流。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其中以靜止無(wú)功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后，可大大減少補(bǔ)償電流中諧波含量。更重要的是，靜止無(wú)功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小，大大縮小裝置的體積和成本。靜止無(wú)功發(fā)生器代表著動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。

五、結(jié)束語(yǔ)

我們相信，電力電子技術(shù)將成為21世紀(jì)重要的支柱技術(shù)之一，變頻技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位，近年來(lái)在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領(lǐng)域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化及我國(guó)加人世界貿(mào)易組織，我國(guó)電力電子技術(shù)及變頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

參考文獻(xiàn):

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