殷玥

（荣信汇科电气技术有限责任公司 辽宁沈阳 114051）

引言

电力系统中，通过多种功能补偿设备的组合与辅助，形成完整的功能系统。异步电动机作为重要的控制点，其负载水平甚至达到了整体系统的60%以上，而电动机的负载条件又占整体负载条件消耗能源的78%。由此可见，保证异步电动机的稳定性条件，在实际生产中，起到十分重要的作用。在设备设计中，设计者通常会将并联电容作为无功补偿调整的方法，以满足使用中的系统管理需求，但在实际效果上并未达到应有的期望条件。对此，必须以变频器的功率因数为切入点展开讨论。

1 变频器设备功率因数

当前技术条件下，实际生产中的电动机设备，大都是采用感性负载的方式完成技术处理，因此在功率因数中，都可以基本划定在0.8的阈值参数左右。然而，当电动机设备在经过变频器的调节处理后，会在电动机与供电系统电源之间形成调速控制系统[1]。然而在常规变频器的交流——直流——交流变化系统中，又会形成阻隔电动机与供电系统的直流回路，并直接切断了整个系统中功率因数关系，当变频器的输入侧发生作用，就会直接的影响到供电系统的功率因数。

1.1 功率因数的基本概念

用电设备的功率因数条件（λ），可通过设备的平均功率条件与视在功率这两个参数条件完成计算，即公式λ=P/S。其中，P作为平均的功率条件，其单位为kW，是对用电设备工作中，所消耗功率条件的总结；S表示视在功率，单位为kVA，是电源端的电压与电流的乘积数据。

如果在计算结果中，平均功率P小于是在功率S，说明电源端相设备提供电流的过程中，存在无功电流进行能量交换[2]。如果用电设备所消耗的功率条件相等，无功电流会与总输入点流量呈现出正比例关系，在增加电流的同时，产生更多的无功电流，并对用电设备造成更为严重的影响，使其耗损率明显增加。

在电网系统中，所使用的电负荷条件大多为阻感性的，在正弦交流的RL电路中，将来自电源的电流条件分解为具体的有功电流、无功电流这两个部分。有功电流通常会与电压条件处于相同的相位，而无功电流会滞后于电压，使两者之间产生的90°差值。平均功率可以在电压与有功电流的数据参数中完成计算，并通过公式：P=U1A=UIcosψ=Scosψ表示出来。公式中，U代表了电压的有效值参数，单位为V；I作为电源电流的表示数值，其单位为A；IA代表有功电流，单位为A。计算参数上，cosψ可以直接的反映出视在功率中有功功率条件所占的比例份额，直接反映出理想参数条件下，正弦波值电源电压与电流中同频率相位角的关系，参数的变化使其表现出不同的状况条件。另外，在实际的电源电流中，还需重视谐波成分的组成内容，并在功率因数的计算中，通过基础公式λ=P/S表示出来。

1.2 测波电平中的变频器输入功率因数

如图1所示的系统图中可以观察到，变频器在输入侧的设计内容，是通过三相整流桥的构造，完成实用功能的构建。当电源线的瞬时电压条件，大于滤波容器两端直流电压时，变频器系统中的整流桥才会产生充电电流的条件，使充电的电流相位，保持在电源电压的振幅参数附近，从而形成了间断性的冲击波条件，组成变频器的输入侧电流[3]。

这一系统结构中，带有十分丰富的谐波形式。当变频器输入端的电流有效值条件与基波、各谐波电流方均根相等时，可以通过公式Is=√表示。其中公式中的Is代表着输入端的电流有效值，I1作为基础的电流基波分量，单位为A，而I5与I7分别代表了电流在第五次与第七次的谐波分量值。

进行变频器数据分析的过程中发现，电流基波分量基本与电压属于相同相位条件，并保证功率瞬时数值控制在正值范围内。在这一条件的引导下，变频器的平均功率条件可以用电压与基波电流有效值之间的乘积结果表示，用公式表示为P1=UsIs1。公式中，Us代表了电源线路中的电压有效数值，Is1表示基波电流的有效值，P1则是基波电流的平均功率条件[4]。由此可知，谐波功率中，瞬时的阈值条件可以通过谐波电流与电压条件的瞬时阈值的乘积，完成计算。在同一个周期条件内，这种平均的功率条件的数值等于零，所有谐波电流的平均功率中，其数值参数都是零。由此，可以做出判断，这种电流条件，属于典型的无功电流。

图1 变频器系统简图

2 带有变频器的供配电系统无功补偿

2.1 基本技术原理

在现有的技术条件下，生产活动中所使用的无功补偿装置，大多采用机械式的开关投切电容器，带有变频器的无功补偿供配电系统中，将自动化的无功补偿装置、可控硅投切电容器以及带有电抗技术的无功补偿装置进行整合，通过IGBT技术，组成逆变器系统，形成有源的补偿，并构成完整的滤波装置。

国家的相关行业管理规定中，《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》明确的说明了装置的应用条件。当电负荷参数大于100kVA（kW）时，使用者必须配置相应的无功补偿装置，通过对并联方式的合理选择，完成电容器的补偿操作。在设备使用过程中，如果不对用电设备的变频器所产生的电磁滤波无功功率条件进行理性分析，直接采用增加电容器容量的方式进行补偿，不仅无法达到应用的控制效果，反而会在用电设备使用的过程中，造成更为严重的谐振损坏条件，防止设备的使用寿命缩短，或对生产的合理性造成影响。因此，只有通过对高次谐波电流条件的削减，才能达到无功补偿的效果，完成设备使用优化处理。

2.2 执行案例分析

某工程项目中，锅炉房预备对热水炉设备进行扩建升级，使其运行参数达到46MW，并保证用电的负荷条件全部为低压负荷。设备安装容量条件为546.1kW，计算后的有功功率为437kW。在设备的分部管理中包含了引风机315kW、鼓风机90kW、炉排机7.5kW，且所有分部设备都采用变频控制系统。在变频器的功率因数计算中，这一系统可以在经由改善后，形成0.9参数条件。

针对此项工程进行调整控制的过程中，使用低压集中式的补偿方法，进行无功补偿管理，在0.4kV的配电段母线上设置针对无功功率的自动补偿装置，并在分布计算中，完成滤波器的谐波电流补偿条件计算，得到数值330kW；而在其它系统的计算中，可直接采用电容器的无功功率补偿计算方法完成，产生的计算结果为107kW。进行系统应用核算的过程中，可将谐波电流的补偿计算用公式IH=Ii×THDi表示，其中IH作为计算求取的谐波电流含量，Ii是经过计算后得出的基波电流，在此次案例中其数值参数为501A，而THDi是系统的电流总谐波畸变率。通常在三相变频的系统中，THDi的阈值会在30～40%之间，在本次项目中执行参数控制在25%。经过计算，IH的具体值为125A，在查询配搭UN设计手册后，可将公共接入点的谐波流量控制在88A，然后补偿谐波电流确定为37A，在与基本功率因数的带入计算中，确定无功补偿功率条件为45kVar，以此完成该项目的优化处理。

3 总结

交流电网系统中，变频器设备的应用空间逐渐扩大，并在市场空间与技术内容上都展现出了较强的适用性条件。对非线性电气设备进行大量的使用投入，如果不对谐波危害条件进行相应的控制与管理，势必会在使用中造成明显的负面影响。因此，必须对无功率补偿技术进行升级，通过对供配电系统中变频器的调整，使其可以更好的展现出技术优势，为提高使用价值创造基础性条件。