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延時(shí)投切方式即俗稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。延時(shí)投切的目的在于防止過于頻繁的動(dòng)作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。
延時(shí)投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)或者同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）。投切電容器專用接觸器有一組輔助接點(diǎn)串聯(lián)電阻后與主接點(diǎn)并聯(lián)。在投入過程中輔助接點(diǎn)先閉合，與輔助接點(diǎn)串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點(diǎn)再閉合，于是就限制了電容器投入時(shí)的涌流。
復(fù)合開關(guān)就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使用，由晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點(diǎn)來通過連續(xù)電流，這樣就避免了晶閘管的導(dǎo)通損耗問題，也避免了電容器投入時(shí)的涌流。但是復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對(duì)過流、過壓及對(duì)dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起的。
同步開關(guān)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機(jī)械開關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要的時(shí)刻閉合或斷開。對(duì)于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在接點(diǎn)兩端電壓為零的時(shí)刻閉合，從而實(shí)現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時(shí)刻斷開，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)的無電弧分?jǐn)?。由于同步開關(guān)省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機(jī)械開關(guān)在具有獨(dú)特技術(shù)性能的同時(shí)，其高可靠性以及低損耗的特點(diǎn)得以充分顯示出來。
當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過補(bǔ)償狀態(tài)，這時(shí)電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。下面就功率因數(shù)型舉例說明。
當(dāng)這個(gè)物理量滿足要求時(shí)，如cosΦ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個(gè)范圍內(nèi)，此時(shí)控制器沒有控制信號(hào)發(fā)出，這時(shí)已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到cosΦ不滿足要求時(shí)，如cosΦ滯后且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時(shí)一段時(shí)間（延時(shí)時(shí)間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當(dāng)檢測到超前信號(hào)如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時(shí)，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時(shí)就要先切除。
如果把延時(shí)時(shí)間整定為300s，而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時(shí)間就為50分鐘，切除也這樣。在這段時(shí)間內(nèi)無功損失補(bǔ)只能是逐步到位。如果將延時(shí)時(shí)間整定的很短，或沒有設(shè)定延時(shí)時(shí)間，就可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。
當(dāng)控制器監(jiān)測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補(bǔ)償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定，要在保證系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補(bǔ)償效果。
1. 延時(shí)投切方式
延時(shí)投切方式即俗稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。延時(shí)投切的目的在于防止過于頻繁的動(dòng)作使電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。
延時(shí)投切方式用于控制電容器投切的器件可以是投切電容器專用接觸器、復(fù)合開關(guān)或者同步開關(guān)（又名選相開關(guān)）。投切電容器專用接觸器有一組輔助接點(diǎn)串聯(lián)電阻后與主接點(diǎn)并聯(lián)。在投入過程中輔助接點(diǎn)先閉合，與輔助接點(diǎn)串聯(lián)的電阻使電容器預(yù)充電，然后主接點(diǎn)再閉合，于是就限制了電容器投入時(shí)的涌流。
復(fù)合開關(guān)就是將晶閘管與繼電器接點(diǎn)并聯(lián)使用，由晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓過零投入與電流過零切除，由繼電器接點(diǎn)來通過連續(xù)電流，這樣就避免了晶閘管的導(dǎo)通損耗問題，也避免了電容器投入時(shí)的涌流。但是復(fù)合開關(guān)既使用晶閘管又使用繼電器，于是結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，成本也比較高，并且由于晶閘管對(duì)過流、過壓及對(duì)dv/dt的敏感性也比較容易損壞。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合開關(guān)故障多半是由晶閘管損壞所引起的。
同步開關(guān)是近年來最新發(fā)展的技術(shù)，顧名思義，就是使機(jī)械開關(guān)的接點(diǎn)準(zhǔn)確地在需要的時(shí)刻閉合或斷開。對(duì)于控制電容器的同步開關(guān)，就是要在接點(diǎn)兩端電壓為零的時(shí)刻閉合，從而實(shí)現(xiàn)電容器的無涌流投入，在電流為零的時(shí)刻斷開，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)接點(diǎn)的無電弧分?jǐn)?。由于同步開關(guān)省略了晶閘管，因此不僅成本降低，而且可靠性提高。同步開關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)與現(xiàn)代電子技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，使機(jī)械開關(guān)在具有獨(dú)特技術(shù)性能的同時(shí)，其高可靠性以及低損耗的特點(diǎn)得以充分顯示出來。
當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過補(bǔ)償狀態(tài)，這時(shí)電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過補(bǔ)償裝置的控制器檢測供電系統(tǒng)的物理量，來決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無功電流或無功功率。下面就功率因數(shù)型舉例說明。
當(dāng)這個(gè)物理量滿足要求時(shí)，如cosΦ超前且>0.98，滯后且>0.95，在這個(gè)范圍內(nèi)，此時(shí)控制器沒有控制信號(hào)發(fā)出，這時(shí)已投入的電容器組不退出，沒投入的電容器組也不投入。當(dāng)檢測到cosΦ不滿足要求時(shí)，如cosΦ滯后且<0.95，那么將一組電容器投入，并繼續(xù)監(jiān)測cosΦ如還不滿足要求，控制器則延時(shí)一段時(shí)間（延時(shí)時(shí)間可整定），再投入一組電容器，直到全部投入為止。當(dāng)檢測到超前信號(hào)如cosΦ<0.98,即呈容性載荷時(shí)，那么控制器就逐一切除電容器組。要遵循的原則就是：先投入的那組電容器組在切除時(shí)就要先切除。
如果把延時(shí)時(shí)間整定為300s，而這套補(bǔ)償裝置有十路電容器組，那么全部投入的時(shí)間就為50分鐘，切除也這樣。在這段時(shí)間內(nèi)無功損失補(bǔ)只能是逐步到位。如果將延時(shí)時(shí)間整定的很短，或沒有設(shè)定延時(shí)時(shí)間，就可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。
當(dāng)控制器監(jiān)測到cosΦ〈0.95，迅速將電容器組逐一投入，而在投入期間，此時(shí)電網(wǎng)可能已是容性負(fù)載即過補(bǔ)償了，控制器則控制電容器組逐一切除，周而復(fù)始，形成震蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。是否能形成振蕩與負(fù)載的性質(zhì)有密切關(guān)系，所以說這個(gè)參數(shù)需要根據(jù)現(xiàn)場情況整定，要在保證系統(tǒng)安全的情況下，再考慮補(bǔ)償效果。
2. 瞬時(shí)投切方式
瞬時(shí)投切方式即人們熟稱的"動(dòng)態(tài)"補(bǔ)償方式，應(yīng)該說它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實(shí)際就是一套快速隨動(dòng)系統(tǒng)，控制器一般能在半個(gè)周波至1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個(gè)周期到來時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號(hào)了。通過脈沖信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個(gè)全部動(dòng)作，這種控制方式是機(jī)械動(dòng)作的接觸器類無法實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景。現(xiàn)在很多開關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯(cuò)的裝置。當(dāng)然與國外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)木€路方式
2.1 LC串接法原理如圖1所示這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法，調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補(bǔ)償無功損耗的目的。從原理上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時(shí)，可做到無差調(diào)節(jié)，使無功損耗降為零。從元件的選擇上來說，根據(jù)補(bǔ)償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該是非常理想的補(bǔ)償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對(duì)較大，價(jià)格也要高一些，再加一些技術(shù)的原因，這項(xiàng)技術(shù)到目前來說還沒有被廣泛采用或使用者很少。
2.2 采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開關(guān)，較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組。這種接線方式采用2組開關(guān)，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開關(guān)，有很多優(yōu)越性。作為補(bǔ)償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管，其優(yōu)點(diǎn)是選材方便，電路成熟又很經(jīng)濟(jì)。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護(hù)措施要完善。當(dāng)解決了保護(hù)問題，作為電容器組投切開關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項(xiàng)就是要求控制器要有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，準(zhǔn)確的投切功率，還要有較高的自識(shí)別能力，這樣才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。當(dāng)控制器采集到需要補(bǔ)償?shù)男盘?hào)發(fā)出一個(gè)指令（投入一組或多組電容器的指令），此時(shí)由觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，相應(yīng)的電容器組也就并入線路運(yùn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是晶閘管導(dǎo)通的條件必須滿足其所在相的電容器的端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，半導(dǎo)體器件應(yīng)該是無涌流投切。當(dāng)控制指令撤消時(shí)，觸發(fā)脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關(guān)斷。關(guān)斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容器再次投入。元器件可以選單相晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管，也可選適合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器，這樣可以省去過零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。
2.3. 混合投切方式實(shí)際上就是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢互補(bǔ)，但就其控制技術(shù)，目前還見到完善的控制軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。
2.4 無功發(fā)生器SVG 利用PWM整流控制技術(shù)，通過對(duì)電網(wǎng)的電壓和電流實(shí)時(shí)采樣和高性能DSP計(jì)算出電網(wǎng)的無功功率，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。SVG的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)連續(xù)無功補(bǔ)償，并可實(shí)現(xiàn)感性無功和容性無功的補(bǔ)償，使電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在0.98以上。
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