串聯(lián)接法

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(wú)功損耗的目的[2]  。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(wú)差調(diào)節(jié)，使無(wú)功損耗降為零。從元件的選擇上來(lái)說(shuō)，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)到還沒(méi)有被廣泛采用或使用者很少。

采用器件

作為電容器組的投切開(kāi)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(kāi)關(guān)，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開(kāi)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(wèn)題，作為電容器組投切開(kāi)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(wú)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(guò)零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡(jiǎn)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。

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(shì)互補(bǔ)，但就其控制技術(shù)，還見(jiàn)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。

無(wú)功發(fā)生器

利用PWM整流控制技術(shù)，通過(guò)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(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)功補(bǔ)償，并可實(shí)現(xiàn)感性無(wú)功和容性無(wú)功的補(bǔ)償，使電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在0.98以上。SVG不僅對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且可對(duì)諧波電流實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

控制器

選擇哪一種補(bǔ)償方式，還要依電網(wǎng)的狀況而定，首先對(duì)所補(bǔ)償?shù)木€路要有所了解，對(duì)于負(fù)荷較大且變化較快的工況，電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)的線路采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，節(jié)能效果明顯。對(duì)于負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式，也可使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。一般電焊工作時(shí)間均在幾秒鐘以上，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)也在幾秒鐘以上，而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間在幾十毫秒，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內(nèi)是一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能完成這個(gè)過(guò)程[3]  。

控制方式

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。選擇那一種物理控制方式實(shí)際上就是對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償控制器的選擇。控制器是無(wú)功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng)，采樣、運(yùn)算、發(fā)出投切信號(hào)，參數(shù)設(shè)定、測(cè)量、元件保護(hù)等功能均由補(bǔ)償控制器完成。十幾年來(lái)經(jīng)歷了由分立元件--集成線路--單片機(jī)--DSP芯片一個(gè)快速發(fā)展的過(guò)程，其功能也愈加完善。就國(guó)內(nèi)的總體狀況，由于市場(chǎng)的需求量很大，生產(chǎn)廠家也愈來(lái)愈多，其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大，很多產(chǎn)品名不符實(shí)，在選用時(shí)需認(rèn)真對(duì)待。在選用時(shí)需要注意的另一個(gè)問(wèn)題就是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無(wú)功功率補(bǔ)償控制器"，名稱里出現(xiàn)的"無(wú)功功率"的含義不是這臺(tái)控制器的采樣物理量。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號(hào)，而不是產(chǎn)品的名稱。

功率因數(shù)型

功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時(shí)，線路中沒(méi)有無(wú)功損耗。提高功率因數(shù)以減少無(wú)功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。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)。

* "延時(shí)"整定，投切的延時(shí)時(shí)間，應(yīng)在10s-120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) "靈敏度"整定，電流靈敏度，不大于0-2A 。

* 投入及切除門(mén)限整定，其功率因數(shù)應(yīng)能在0.85（滯后）-0.95（超前）范圍內(nèi)整定。

* 過(guò)壓保護(hù)設(shè)量

* 顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能

這種采樣方式在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無(wú)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補(bǔ)償效果，這是一對(duì)矛盾，只能在現(xiàn)場(chǎng)視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。即使調(diào)整的較好，也無(wú)法禰補(bǔ)這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負(fù)荷時(shí)。舉例說(shuō)明：設(shè)定投入門(mén)限；cosΦ=0.95（滯后）此時(shí)線路重載荷，即使此時(shí)的無(wú)功損耗已很大，再投電容器組也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會(huì)再有補(bǔ)償指令，也就不會(huì)有電容器組投入，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。

率型

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。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無(wú)功型控制器是智能化的，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，并能對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測(cè)，這類控制器一般都具有以下功能：

* 四象限操作、自動(dòng)、手動(dòng)切換、自識(shí)別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)切換時(shí)間、諧波過(guò)壓報(bào)警及保護(hù)、線路諧振報(bào)警、過(guò)電壓保護(hù)、線路低電流報(bào)警、電壓、電流畸變率測(cè)量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由于是無(wú)功型的控制器，也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時(shí)，那怕cosΦ已達(dá)到0.99（滯后），只要再投一組電容器不發(fā)生過(guò)補(bǔ)，也還會(huì)再投入一組電容器，使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。采用DSP芯片的控制器，運(yùn)算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，不是所有的無(wú)功型控制器都有這么完備的功能。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品相對(duì)于國(guó)外的產(chǎn)品還存在一定的差距。

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

對(duì)于這種控制器要求就更高了，一般是與觸發(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。由于這類控制器也都基于無(wú)功型，所以它具備靜態(tài)無(wú)功型的特點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破?，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比有較大的差距，一是在動(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；二是補(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、造成設(shè)備整體投資費(fèi)用高。另外，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也尚未見(jiàn)到，這方面落后于發(fā)展。

由于現(xiàn)代半導(dǎo)體器件應(yīng)用愈來(lái)愈普遍，功率也更大，但它的負(fù)面影響就是產(chǎn)生很大的非正弦電流。使電網(wǎng)的諧波電壓升高，畸變率增大，電網(wǎng)供電質(zhì)量變壞。

如果供電線路上有較大的諧波電壓，尤其5次以上，這些諧波將被補(bǔ)償裝置放大。電容器組與線路串聯(lián)諧振，使線路上的電壓、電流畸變率增大，還有可能造成設(shè)備損壞，再這種情況下補(bǔ)償裝置是不可使用的。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來(lái)組成諧波濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)要使在工頻情況下呈容性，以對(duì)線路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于諧波則為感性負(fù)載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器后，要考慮電容端電壓升高的問(wèn)題。

濾波補(bǔ)償裝置即補(bǔ)償了無(wú)功損耗又改善了線路質(zhì)量，雖然成本提高較多，但對(duì)于諧波成分較大的線路還是應(yīng)盡量考慮采用，不能認(rèn)為裝置一時(shí)不出問(wèn)題就認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題存在。很多情況下，采用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行消除。