浅谈变频设备配电系统的无功补偿问题

王霞

(山西金驹煤电化股份公司王台热电分公司，山西 晋城 048006)

浅谈变频设备配电系统的无功补偿问题

王霞

(山西金驹煤电化股份公司王台热电分公司，山西 晋城 048006)

电力系统的无功补偿与无功优化是提升系统稳定水平、系统运行电压以及减小网损的重要方式，但在电力系统中，往往会遇到包含许多变频设备的供电电力系统，那么此时的系统补偿不可能只是以设备的功率因素作为基础来思考，而必须从配电系统构成以及变频特性和电网谐波等多个方面来考虑，一次最终确定好补偿的方案。接下来，分析研究了含有变频设备供电系统无功补偿问题。

变频设备;配电系统;无功补偿

1 引言

随着经济的发展与科技的进步，使用变频器进行驱动的系统因为其有着网络化、调节方便以及节能明显、维护便捷等优点，已被越来越多的人所使用，但其冲击性与非线性用电工作方法所带来的干扰问题一直受到人们的关注。就变频器来说，它的输出端与输入端均会产生高次谐波，其输入端的谐波会借助输入电源线对电网产生影响，则此时于系统的电容补偿问题上，不能使用传统的方法。

2 变频器的特性于结构组成

普通的变频器主要是由控制回路、平滑回路以及变流器、逆变器四个部分组合而成。借助变频器把交流变为直流，在经平滑回路进行直流滤波之后，由逆变器把直流变成可以调节频率的交流［1］。要注意的是，变频器所输出频率与电压的可调性是利用控制回路来实现的。

就结构来说，变频器可以分为直接变频器以及间接变频器两种，直接变频器把工频交流转成可控频率的交流，而中间的直流环节则没有。而间接变频器则把工频电流利用整合期转为直流，之后再经过逆变器把直流转化为可控频率的交流。现阶段使用比较多的为间接变频器。

不管是何种变频器，均大量使用了二极管以及晶闸管等非线性的电力电子元件，无论使用何种整流方法，变频器在电网中所吸取能量的主要方式都不是连续性的正弦波，而是用脉动的断续的方式向电网吸取电流，此种脉动电流于电网的沿路抗阻一起形成脉动电压降，并叠加于电网的电压上，以此使得电压发生畸变。有相关人士研究认为，此种非同期的正弦波电流为基波于频率比基波大的谐波组合而成。所产生的谐波对于公用电网以及其他系统而言，会带来一定的危害。

3 无功功率补偿的实现方法以及基本原理

为了提升供电设备的效率，以及减少线路电能的损失，世界各地区自上个世纪50年代初已经开始实施无功功率补偿的装置分析研究，主要有以下两种方法:第一种为在电网上将电容器并联，利用提升电网的功率因素以实现减少线损、提升供电设备利用率为主要目的;第二种为，于电网上将同步电动机并上，借助改变同步电动机的励磁电流的方式来改变电路的负载特性［2］。现阶段，在工业以及民用的低电压系统中，第一种方法使用较多。

在实际运用中，因为电路特性可能随时变化，而为了实现较佳的补偿效果。所以必须动态的跟踪分析电路特性的变化，科学监测电路在电流和电压的相位差角，然后依据其大小来确定好并联电容器的值。借助电压于电流的相位监测，以此判断是否需将补偿电容器并入，或者需要并入几个，当然，这些均是利用控制装值自动来完成的。

4 带有变频设备的配电系统的无功补偿

4.1 配电系统所带的设备基本上全是变频设备

在此种情况下，依据变频器自身的结构性质知道，在其平滑回路中，包含有用在直流滤波中的电容器组，它的电容补偿效果致使变频器其输出功率因素一般能够达到0.94以上。所以就整个系统来说，其系统功率因素于变频器工作下可以达到0.91以上，那么则不需要外加补偿装置，其系统因素自身就能满足要求。

在以前的设计中，只是根据传统的做法，于设备自身运行参数进行计算，并设置独立的电容补偿柜，这样不但增加了成本，同时又会导致系统过补偿。同时，因为大量变频器的使用，系统会出现大量的高次谐波，此类谐波很容易危害电容柜组［3］。而此时，若考虑谐波对于电气设备和电网的危害，就必须设置独立的滤波装置。

4.2 配电系统所带的负荷部分是变频设备，剩下的是正常负荷

经过计算分析，在部分变频设备的输出功率都大于0.91的情况下，其配电系统中的功率还是没能满足设计要求，那么就需要外加独立的电容补偿柜。不过需要注意的是，以前的投切式的电容补偿柜于本研究中不可使用，主要原因是:因为变频器的使用，其电网中的谐波往往较多，而电容器的容抗会随着频率的不断上升而慢慢降低，而电源阻一般是感性的，它会随着上升而增强，所以，电容器容易进入至很大的谐波电流中，以此导致电容器发热，最终影响电容器的寿命。同时，还有一个严重的问题，就低压侧来说，变压器的抗感和电容器的容抗与剩余的电网电感于接近某一段谐波频率时，则会形成一个震荡回落。如果此回路的固有频率和电流谐波的频率发出重合，那么会导致供电回路过载，严重时会引发电容器烧毁。

遇到这种问题时，可以在电容器的回路中串联起一个电感，这能有效的防止出现谐振，同时可以吸收高次的谐波电流，另外，串入的电感容量必须通过计算，以此达到和电容器相匹配。

不过对于大容量的变频设备其补偿，因为电感的无聊尺寸以及调谐电抗以及电容器组的局限性，就必须使用专用的谐波过滤器，它不但能有效的防止串并联谐振，同时还能吸取大量的谐波电流。与此同时，自身的电容补偿能力亦能有效提升系统功率因素，这样就不需要再设置独立的电容补偿装置。不过，因为此种装置价格较高，现阶段还不能普及。

5 原因及选择方式

电力系统中最常见一些用电设备比如变压器以及电动机等，这些设备大都是感性负荷，于运行过程必须向此类设备提供对应的无功功率。假若由发电单位直接向客户提供所需要的大量的无功功率，可能会导致电线路以及变压器由于传输大量的无功功率导致出现大量的电能被损耗［4］。所以为了最大程度的减少无功功率的输送损耗，以此提升配电设备的效率，必须依据分级补偿以及就地平衡的办事原则，科学布局。

原则上来说，无功补偿最佳的方式就是哪里需要就在哪里补偿，其整个系统将不会出现无功电流的流动，不过在实际电网中，是不可能可以做到这点的。不管是输电线路还是变压器，都需要无功。因此实际电网中，在补偿设备合理的安装位置来说有下面几种补偿方式:第一种方法，于变电站母线集中的安装并联电容器组;第二，于高低压的配电线路中将其并联电容器组分散的安装;第三，于单台电动机的地方安装其并联电容器。

6 结束语

在滤波器实际的使用过程中，原则上必须在对系统谐波的电流实施测量之后，依照谐波的含量高低决定补偿以及滤波方案。通常最好是预先留出滤波柜的位置，之后于系统试运行之后由专门的公司依照测量结果来决定其滤波器的使用容量大小。这样不但能够提升精确性，同时又能有效的节省投资成本。另外，在过程的设计中，应该尽量选取自身带有滤波设备的变频器，最大限度的减少系统的谐波电流。

［1］ 刘颖，侯少海，张纯江．一种无谐波检测的并联混合型APF的仿真研究［J］．内蒙古科技大学学报，2010(3)．

［2］ 王建华，范鹏，徐荣青，等．采用双DSP控制的并联型有源电力滤波器［J］．江苏科技大学学报(自然科学版)，2010(1)．

［3］ 范瑞祥，涂春鸣，罗安．基于配网的无功和谐波综合补偿装置的设计仿真和应用研究［J］．高压电器，2009(1)．

［4］ 王金全，杨守城，郭铁英，等．供电系统的无功补偿与谐波抑制［J］．解放军理工大学学报(自然科学版)，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