1.無功補償產(chǎn)品分類:
2.補償方式和補償支路
2.1補償方式
補償方式根據(jù)圖紙要求或負載性質(zhì)來決定。一般情況下負載變化頻繁、變化幅度較大（動態(tài)無功變化30%左右或以上）且功率因數(shù)要求穩(wěn)定的場所，需要采用動態(tài)無功發(fā)生器SVG或SVG模塊與傳統(tǒng)電容加電抗RC補償支路結(jié)合的混合動態(tài)消諧補償裝置，它能實時跟蹤負載無功（感性或容性）變化及時補償無功，跟蹤補償完全響應(yīng)時間在MS(毫秒）級，使系統(tǒng)功率因數(shù)穩(wěn)定保持在較高水平（接近1），也能對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定起到較好的支撐作用，如沖擊性負載、冶金設(shè)備、軌道交通、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院機場等對供電質(zhì)量要求較高的場所；而對于一般工業(yè)商業(yè)地產(chǎn)等含有大量電機的負載，主要感性無功功率且功率因數(shù)不是大起大落，負載變化相對緩慢，跟蹤補償響應(yīng)在S(秒)級能滿足要求，可以采用晶閘管投切的無功補償裝置；如跟蹤補償響應(yīng)速度可以在M(分)級或更長時間就能滿足系統(tǒng)補償要求，可以采用電容接觸器投切的無功補償裝置。根據(jù)不同的負載采用不同投切方式的補償裝置，不僅能滿足補償要求、確保裝置使用壽命，也能體現(xiàn)投資性價比高的特點。
2.2 補償容量
用傳統(tǒng)的電容電抗補償方式，對于某個供電系統(tǒng)首先要考慮系統(tǒng)補償容量問題，如設(shè)計圖紙上已經(jīng)明確補償容量就按圖紙要求實施；如客戶沒有提出具體系統(tǒng)補償容量則需要根據(jù)供電變壓器的容量和負載性質(zhì)來確定，一般情況下按照變壓器容量的30-40%左右配置無功補償容量；當(dāng)負荷中有一定比例的變頻器和直流電源裝置等容性負荷，負載電流中感性電流和容性電流有一定的互補，配置的無功補償容量可以適當(dāng)減少；如是現(xiàn)場改造項目則可以到現(xiàn)場測量最大負荷時負載電流和功率因數(shù)再計算需要配置無功補償裝置容量，若不能在最大負荷情況下測量，也要選擇相對負荷較大情況下進行測量，這時計算配置容量時需要乘以大于1的系數(shù)，以便留有一定的設(shè)計余量來滿足系統(tǒng)補償要求，以上計算的補償容量是系統(tǒng)要求的實際補償容，在補償裝置設(shè)計時要與設(shè)備安裝容量進行換算，這一點非常重要。
2.3 補償支路配置和精度
在傳統(tǒng)的無功補償系統(tǒng)中，補償精度取決于補償范圍內(nèi)的最大補償臺階，所以設(shè)計時全補償范圍內(nèi)補償臺階要求一致，而補償臺階由裝置中最小補償組（支路）的容量決定，補償精度高的補償裝置，系統(tǒng)功率因數(shù)變化平穩(wěn)，能維持功率因數(shù)COS?在0.95以上；如何才能確保補償裝置在系統(tǒng)運行期間功率因數(shù)達標，最小補償支路容量配置是關(guān)鍵，如容量配置的很小，雖然補償精度很高，但補償支路數(shù)就會很多，這樣補償裝置的成本就會很高，內(nèi)部組裝的元器件太多，會給內(nèi)部器件散熱及維護帶來麻煩，不利于設(shè)備安全平穩(wěn)運行；如最小補償支路容量選得太大，盡管布局簡單、成本降低，但補償精度難以達到要求。
一般情況下是這樣來確定最小補償支路容量：考慮到用戶負載一般為變壓器容量的60%-80%，以較小負荷情況按照30-40%容量考慮，如果用戶要求功率因數(shù)維持在0.95以上，這時投切一組補償組功率因數(shù)不會超出或退出這個要求范圍，則要求補償組容量變化△Q≤0.094～0.125Q。（Q。為計算的出來的系統(tǒng)實際補償容量），這個 △Q就是我們需要知道的最小補償支路容量（計算過程略）；如果補償支路容量按照1:1:1...配置，則補償支路數(shù)量至少配8～10組；如補償支路容量按照1:1:2:2:2...配置，則補償支路至少需要配5～6組。如果用戶只要求功率因數(shù)維持在0.90以上，則要求補償組容量變化△Q≤0.13～0.17Q。（Q。為計算的出來的實際補償容量），如果補償支路容量按照1:1:1...配置，則補償支路數(shù)量至少配6～8組；如補償支路容量按照1:1:2:2:2...配置，則補償支路至少需要配4-5組。
補償支路配置數(shù)量與補償精度是矛盾的雙方，精度要求越高、制造成本越高，需要在設(shè)計時綜合考慮才能制造出性價比合理的補償裝置。
2.4補償容量與安裝容量
由于實際設(shè)計中，由于負載中有諧波電流的存在，需要在補償回路中串聯(lián)消諧電抗器， 這樣的補償支路既能進行無功補償，又能抑制負載中部分諧波電流和消除供電系統(tǒng)的并聯(lián)諧振引起系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險；串聯(lián)不同電抗器率的電抗器會對補償支路的補償容量帶來影響，考慮電網(wǎng)波動和電容器長期安全運行，電容器額定耐壓在補償支路串聯(lián)電抗器的情況下，一般按照下列公式選?。篣ed≧（1.05-1.1）Ulmax /(1-K)其中Ulmax為380V電網(wǎng)國家允許的最高電壓，這里選418V, K為電抗器的電抗率，根據(jù)抑制3次或5、7次諧波分別選13%、14%、6%、7% 。如配7%電抗器，則Ued ≧472V-494V，一般常選用480V；如配14%電抗器，則Ued ≧510V-535V，一般選用525V。 如果電網(wǎng)系統(tǒng)諧波成分HTDv較高（大于8%以上）為了電容器長期可靠運行，串聯(lián)7%電抗器的補償支路中電容器耐壓可以選525V甚至更高（濾波回路也有選600V的），盡管耐壓高對電容器使用壽命有好處，但電容器的耐壓越高，實際補償容量越小，投資成本越高。
電容器的額定容量是電容器工作在額定電壓情況下的容量，由于上述原因，電容器在實際運行時工作電壓并沒有達到額定工作電壓，這樣的話其輸出容量就達不到額定容量，其實際容量為：Qo = (Ul)2/(Ued)2* Qed /(1-K) ,式中 Ul為電網(wǎng)電壓，常取400V；Ued為電容器額定電壓（V）；Qed為電容器額定容量（kVar），K為電抗率。如串聯(lián)7%電抗器、額定電壓480V的電容器，則Qo=0.746Qed≈0.75Qed=3/4*Qed，換句話說安裝容量應(yīng)是實際要求補償容量的1.33倍； 如串聯(lián)14%電抗器、額定電壓525V的電容器，則Qo=0.675Qed≈2/3*Qed，安裝容量應(yīng)是實際要求補償容量的1.5倍。
實際工作中如用戶需求中沒有強調(diào)或要求實際輸出補償容量，在配置補償容量時常常以安裝容量進行配置。
2.5補償支路電氣參數(shù)
確定各補償支路容量后就要計算補償支路電氣參數(shù)了，這些參數(shù)包括工作電流、實際工作電壓、功率等。一旦工作電壓確定后支路補償電流在補償系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵參數(shù)，知道工作電流后不僅可以為選擇支路中的其它元器件(如投切開關(guān)規(guī)格、保護器件規(guī)格、連接電纜線徑、電抗器容量）依據(jù)，同時也能估算出不同諧波工況下可能疊加諧波電流的大小，通過與電容器額定電流比較就能初步判斷系統(tǒng)是否能長期穩(wěn)定運行。通過觀測補償支路電流及諧波電流并結(jié)合系統(tǒng)電壓來估算補償電容器實際容量，也可以判斷電容器容量的衰減程度。
共補支路補償電流(A)：I=Ul/(1.732Ued2)*Qed/(1-K) 式中Ul為系統(tǒng)線電壓，Ued為電容器額定電壓（電容器內(nèi)部為△接），Qed為補償支路額定容量（計算是以Var為單位），K為電抗率。
分補支路補償電流(A)：I=Ul/Ued2*（1/3）*Qed/(1-K) 式中Ul為系統(tǒng)相電壓，Ued為電容器額定相電壓（電容器內(nèi)部三相為Y接），Qed為分補支路三相總額定容量（計算是以Var為單位），K為電抗率。
如純電容器補償時，只要把上述式中的K用“0”替代再結(jié)合電容器實際參數(shù)計算即可。
需要說明的是以上公式計算出來的電流為基波電流。實際運行時由于諧波電流的存在，實測電流往往大于這個理論值，只要實測運行電流不超過計算基波電流的5%并小于電容器額定電流（額定電壓下的工作電流,Ied=Qed/(1.732*Ued），說明總諧波電流僅占基波電流30%以下，不會對電容器及支路上器件帶來實質(zhì)損害，如大于這個數(shù)就要考慮諧波電流對元器件的長期影響了。
3、補償裝置運行對電網(wǎng)的影響
3.1補償支路投切引起對電網(wǎng)電壓變化
無功補償裝置在電網(wǎng)中既能補償負載中的感性無功，也能提升電網(wǎng)電壓，這種電壓提升在功率因數(shù)比較低和電網(wǎng)電壓偏低的系統(tǒng)中比較明顯和有益的，但對功率因數(shù)已經(jīng)較高且系統(tǒng)電壓比偏高的系統(tǒng)來說不一定是好事，投合一組電容器補償組會使電網(wǎng)電壓升高，甚至超過電網(wǎng)規(guī)定的上限就要采取措施，招標文件常常有投切電容器組不得使網(wǎng)壓波動超過多少的要求（如2.5%）。
如對于一個阻抗壓降為6%的供電變壓器來說，一旦投切一組電容器會引起變壓器二次側(cè)電流變化大于30%的額定電流，這時二次則電壓變化就會達到1.8%左右，對于400V的電網(wǎng)，大約會產(chǎn)生7V以上的變化。母線電壓可能的最大升高電壓百分比可以用下式來表示：△U(%)=Qc*Uztx（%）/Stx 式中 Qc為電容器組的容量(實際補償容量），Uztx（%）為供電變壓器的阻抗壓降，具體精確計算需要結(jié)合系統(tǒng)功率因數(shù)COSΦ進行和有功電流來進行。
3.2 器件參數(shù)劣化的影響
無功補償裝置在重諧波環(huán)境中使用，內(nèi)部元器件很容易劣化，尤其電容器的容量衰減的很快，一旦容量衰減到一定程度就會造成補償支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，燒壞電抗器和損壞投切開關(guān)。如何判斷電容器容量衰減到引起串聯(lián)諧振的容量？這是我們設(shè)計電抗率參數(shù)要避免的以及現(xiàn)場測量判斷的依據(jù)。
串聯(lián)7%電抗器的消諧補償支路，一般是出現(xiàn)在5次以上諧波的用電系統(tǒng)中，我們知道補償支路中電抗器為4%時（K=1/N2, K為諧振電抗率，N為諧波次數(shù)）5次諧波會在補償支路中就產(chǎn)生串聯(lián)諧振，實際上電抗器使用過程中一般電氣參數(shù)變化很小，幾年之內(nèi)參數(shù)可以看作不變的；但電容器容量隨著使用時間變長，其容量會逐步衰減，重諧波環(huán)境中衰減速度更快，有的只使用1-2年其容量就會衰減到80%左右，這里并不一定是電容器質(zhì)量問題；根據(jù)計算當(dāng)電容器容量衰減到原容量的4/7時就會產(chǎn)生串聯(lián)諧振，由于元器參數(shù)的離散型，一般考慮電容器容量衰減到80%時就不能再使用了，那時即使還沒有產(chǎn)生諧振，但已經(jīng)很接近了，諧波電流很容易進入該補償支路，這樣會加速電容器容量衰減，起到正反饋的作用，發(fā)生諧振是大概率的事件。
4.特殊情況的解決方案
4.1 主輔柜布局
不同容量的供電系統(tǒng)所需要的不同的無功補償容量，從小的只有幾十Kvar到大的幾千Kvar不等，由于每臺無功補償裝置空間限制，往往容量大的無功補償系統(tǒng)需要安裝在幾臺柜子內(nèi)，通常有兩種辦法處理：一種辦法是每臺無功補償柜看作獨立的補償裝置，盡管取樣信號一樣，但各自獨立工作，為了不導(dǎo)致投切競爭往往通過設(shè)置不同的投切延時來處理，這樣雖然系統(tǒng)也能運行，但各自獨立的補償柜得到的投切容量差別較大，延時短的有更多的投切機會，這樣導(dǎo)致各臺設(shè)備運行狀態(tài)和使用壽命也相差較大；另一種辦法是采用主輔柜形式，輔柜可以有一臺或多臺柜子組成，主柜及輔柜內(nèi)的補償支路投切由主柜上的控制器控制投切，這樣就避免了獨立柜投切支路競爭或不均衡運行的問題，只要在主輔柜補償支路布局方面做到合理分配支路，每柜的投切支路運行就會很均衡，各臺柜子的運行電流和溫升也比較一致，器件的使用壽命相對較長，設(shè)備內(nèi)器件的故障率也低；選擇何種方式，一般根據(jù)設(shè)計院的圖紙來進行，有時在設(shè)計主輔柜布局時，為了符合3C要求，在輔柜上也配備控制器，這樣輔柜就有本控和遠控功能，本控時就相當(dāng)于主輔柜布局就變成各自獨立柜布局，這時輔柜控制器可以控制本柜內(nèi)投切器件，獨立進行自動補償，遠控時把輔柜控制器權(quán)限交給主柜控制器控制，本控和遠控是通過改變輔柜內(nèi)控制端子的接線位置實現(xiàn)的。
4.2 混合動態(tài)消諧補償
在一些用電場所，無功變化很快、諧波電流較大，如簡單地使用無源的無功補償裝置不僅達不到無功補償目的，而且無功補償器件也會因大量諧波電流進入補償支路而容易損壞，盡管電容器、電抗器、接投切開關(guān)這些無功補償裝置中關(guān)鍵器件在設(shè)計選型時留有一定的安全裕量，但是也不能長期處于惡例的工況下運行。
早些年研發(fā)的混合動態(tài)消諧補償裝置就是針對這種用電場所而推出的，它是性價比較高的解決方案，我司的A-SVG-S-A 就是這類產(chǎn)品的典型代表；它結(jié)合了有源補償模塊（諧波補償APF或動態(tài)無功補償SVG或其中一種模塊）和無源電容電抗補償支路，SVG模塊不僅能迅速跟蹤無功的變化及時補償，而且既能輸出容性無功也能輸出感性無功，對功率因數(shù)要求高而穩(wěn)定的場合是十分理想的補償設(shè)備；APF模塊能濾除或削弱系統(tǒng)中的諧波電流，明顯改善系統(tǒng)中電流畸變率(THDi）和電壓畸變率（THDv）；無功補償支路補償系統(tǒng)中相對穩(wěn)定的那部分感性無功電流由電抗電容支路來補償，同時也能吸收一部分諧波電流，這種的混合補償裝置能解決較為復(fù)雜的電能質(zhì)量問題，尤其適后中小容量用電負荷場所的補償系統(tǒng)。
大部分情況下，這種快速變化的動態(tài)無功占總無功的20-30%，所以SVG模塊的容量可以參照這個比例適當(dāng)再加大些容量進行配置，其余的無功由電容電抗支路來進行補償。
4.3 不平衡補償
三相不平衡現(xiàn)象在中小電網(wǎng)尤其農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)中非常普遍，這種不平衡既有有功不平衡，也有無功不平衡或兩者同時存在，它給用電設(shè)備和供電設(shè)備都帶來的很不利影響，嚴重時用電設(shè)備因電壓低無法運行，供電設(shè)備因某一相或兩相電流太大變壓器過熱、電纜嚴重過載而毀壞供電設(shè)施。
解決有功不平衡問題既可以用有源的補償設(shè)備也可以用無源補償來改善，如我司的A-CPC三相不平衡補償裝置就是有源補償設(shè)備，它的工作原理就是通過采用三相負載電流，由中央控制器通過精確算法計算三相不平衡電流，并通過補償裝置進行相間電流轉(zhuǎn)移，直至供電變壓器輸出三相平衡的電流，同時多余的容量也可以用于無功補償，實現(xiàn)真正意義上的有功平衡和功率因數(shù)改善；另外也可利用在相間投切電容器的辦法來實現(xiàn)有功電流的轉(zhuǎn)移，如三相負載電流中，A相負載電流較大。B相負載電流較小，則可以在A、B相上投切一組電容器，這樣就可以把部分A相的有功電流轉(zhuǎn)移至B相，從而實現(xiàn)三相有功電流的不平衡調(diào)節(jié)，至于轉(zhuǎn)移有功電流的多少取決于相間投切的電容器容量，轉(zhuǎn)移的有功電流為ICab*SIN(30°)，即0.5Iab=0.5Q/Ul(安）；ICab為AB相間電容器的電流，ICb為B相分相補償電流，Uab為相間電壓，補償后 Ia’=IaCOS?a-0.5ICab，Ib’=IbCOS?b+0.5ICab，Ic不變，其中IaCOS?a、Ia’及IbCOS?b、Ib’分別是補償前后的有功電流值。如B相電流大C相電流小，則需要在BC間投切電容器，就可以實現(xiàn)在B相有功電流往C相轉(zhuǎn)移，減少有功電流的不平衡度，依次類推。相間投切同時也能分別改善對應(yīng)兩相的功率因數(shù)，通過這樣的相間投切可以用來改善三相有功電流的不平衡狀況，特別適合在感性負載的不平衡補償，無功不平衡補償可以通過分相補償很容易實現(xiàn)，通過這樣的相間有功電流轉(zhuǎn)移和分相補償也能較好解決三相不平衡問題，同時對應(yīng)相的功率因數(shù)也得到較大的改善（COSΦ都接近與1）。
4.4 電容器不消耗額外電能
有些用戶要求補償裝置在投切期間要求電容器不消耗額外的電能，一方面是降低電容器的溫升，延長其使用壽命，另一方面節(jié)省電能，這就要求電容器內(nèi)不能設(shè)置放電電阻，但如何使投切支路在切除后不帶放電電阻的電容器端子電壓在3分鐘內(nèi)降至50V以下來確保維護維修人員的安全？對于這個特殊情況，也有解決方案的，就是利用投切接觸器的常閉觸點，在接觸器切除后，電容器通過常閉觸電和放電電阻來釋放相間的殘壓，只要參數(shù)合理就能完全滿足放電要求，同時也滿足了電容器投運期間不消化任何電能的要求，我司選用的沈陽213控制電器制造有限公司生產(chǎn)的BC98系列電容器接觸器不僅有涌流限制功能，也有輔助放電功能，能較好適合這種特殊用戶的需求。
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