动态无功补偿装置在港口供电系统中的应用

朱冰

摘要：动态无功补偿装置在港口供电系统中的应用，能够提高港口供电系统的功率因数，改善港口供电系统的电能质量，减少电能损耗。对此，简单介绍了动态无功补偿装置的特性，分析了动态无功补偿装置在港口供电系统中的应用。

关键词：港口；供电；动态；无功补偿装置

中图分类号：U653.95 文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0039－02

港口中大多数的用电设备为感性负载，电网除了向用电设备提供有功功率外，还需要提供大量的无功功率，这就降低了港口供电系统的功率因数，增大了电力系统电流，增加了损耗。

传统的方法是采用继电器控制的并联电容器组，来实现无功功率的自动补偿。动态无功补偿装置不同于继电器控制的并联电容器组的补偿方案迟缓，其响应时间小于1 s，可以在恰当的时间给予系统恰当的无功补偿，从而使负载变化剧烈的港口电力系统随时处于功率因数的较高状态，在降低损耗的同时也避免了过度补偿，提高了系统效率。因此，动态无功补偿装置在港口供电系统中的应用是十分必要的。

在电力系统中，无功功率用来建立磁场，作为交换能量使用，是由电能转化为磁场，再由磁场转化换为电能，对外部电路不做功。但是无功功率并不是无用之功——没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机变压器等用电设备就不能正常工作。因此，对无功补偿的补偿原则是既不能少补，也不能补偿过量。

1无功功率及无功补偿

变压器和电机等需要电磁场参与的能量转换装置都需要无功功率，它们都是依靠无功功率来建立交变磁场，再进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率被称为无功功率。所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，它的功率转化为电磁场，并不直接转化为机械能和热能。因此，在供用电系统中就有了无功需求。

虽然无功功率不直接消耗能量，但是要在电力系统内转移无功功率就会产生线路损耗。所以，在理论上，就会有靠近无功需求单位设置无功补偿的要求。

2动态无功补偿装置与港口供电系统无功负荷的特点

动态无功补偿装置包括静止无功补偿器（SVC）和静止无功发生器（SVG）两种。由于其具有快速响应的特性，被广泛用于负载变化剧烈的场合中。另外，由于其无功补偿模组可以根据负荷特性分组设置，做到补偿容量按需补给。

港口供电系统一般整体按照二级负荷设置，各种装卸机械、辅助建筑采用放射式供电。港口的主要无功负荷，例如门机、装卸桥和龙门吊等，为冲击性负荷，不但启停频繁，而且容量较大。由于其启停频繁，传统的继电器控制并联电容器方案存在反应滞后、过补和欠补并存的问题。较大的容量导致港区供电系统整体电能质量较差、损耗严重，甚至会影响上级电网的稳定运行。

而动态无功补偿装置与港口装卸机械的频繁启停特性是匹配的，可以及时、适量地为港口供电系统的无功负荷提供补偿。

3动态无功补偿装置在港口供电系统中的应用

3.1港口装卸机械的特点

港口装卸机械作为港口无功功率缺口的主要来源，港口无功补偿的设计和实施主要围绕装卸机械的补偿展开。以门机为例，其驱动电机有多台。按工作性质分组可大致分为起升电机组、回转电机组、俯仰电机组和大车行走电机组四个机构。这四个机构最多会有三个机构同时运作，在小于等于三个机构同时运作的原则下，会有多种工作组态，再加上起升机构负载大小不同，使整个装卸机械的工作状态难以准确预判。

3.2港口机械无功功率补偿的设置

对于工作状态复杂的装卸机械，无功补偿设计应以其可能出现的最大无功需求作为动态无功补偿的容量参考，而动态无功补偿装置应分组投切。在单台门机就地补偿的情况下，每组最大补偿容量不应大于单台门机单个机构的无功需求，防止过补。当条件允许时，应尽量减少每组补偿的容量，以使补偿后功率因数平缓变动。

3.3就地补偿与集中补偿

以往港口装卸机械不设补偿装置，需要在变电所对装卸机械进行集中补偿。但是，由于装卸机械的工作特性，装卸机械的电机处于频繁的启停转换过程，电机较长时间处于功率因数较低的工作状态，导致装卸机械整体功率因数较低，这就需要在变电所设置较大容量的集中补偿。由于存在大量的无功功率，使得变电所至装卸机械的工作电流变大，增加了线路损耗。这种集中补偿方式可以对港区辅助建筑、皮带机系统和装卸机械进行统一补偿，可以降低建设费用。

近年来，装卸机械普遍采用变频器-电机驱动装置，使得装卸机械整体功率因数有较大提高，补偿需求减少，在装卸机械电控间设置动态补偿装置，以达到功率因数要求的方案。这种就地补偿方式，在整个港口工程中，会增加较少的建设费用，但是，它将变电所至装卸机械间的电力损耗减少到最低。若采用机上就地补偿，特别是采用380 V供电的门机系统，不仅可以减少电力损耗，还可以降低变电所至门机段电缆的截面要求。从长期运营的角度来看，集中补偿是经济的。

4动态无功补偿的两种形式

SVC是补偿装置，SVG则是无功发生器。SVC的基本原理是利用容性元件电容器和感性元件电抗器的自身性质，来改变电网的功率因数或调节电网电压；而SVG则是通过自身产生无功电流，来改变电网的功率因数。

就港口工程的使用来看，SVC要较为普遍，而限于价格因素，SVG使用量较少。但是，SVG比SVC在技术上要先进，主要体现在大容量场合SVG系统的体积比SVC小很多。又由于SVG不包含电容器，其可靠性比SVC系统有所提高。

5结束语

在新能源技术取得实质性突破之前，通过节能来达到可持续发展的目的是务实的选择。通过在港口合适的位置设置动态无功补偿装置，可以减少因无功功率转移而产生的电能损耗。另外，港口电力系统整体补偿到0.9，甚至0.96以上时，可以明显提高港口供电系统自身的效率，降低港口对上级电力系统的容量需求。

动态无功补偿装置与港口装卸机械的频繁启停特性是匹配的。在港口合理的设置动态无功补偿装置，可以降低电力电缆线芯截面的需求，节约有色金属。特别是对采用低压供电的门机系统使用就地补偿方式，可以明显降低电缆线芯截面的要求。参考文献［1］交通部第一航务工程局勘察设计院.海港工程设计手册（下册）［M］.北京：人民交通出版社，1997.〔编辑：李珏〕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