產品介紹
無功功率補償在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，它可以降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境,避免電力罰款。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。
合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。
目前低壓無功補償裝置市場上除了少量的SVG靜止無功補償裝置外，絕大部分都是使用并聯電容器進行補償的。因此，本文只討論使用并聯電容器的低壓無功補償裝置的發展現狀。
一、以電容器連接方式為出發點的補償裝置分類
1共補型無功補償裝置
這類補償裝置通過檢測某一相的電流和另兩相電壓進行計算，控制三相共補電容器的投入數量達到補償目的。由于三相共補電容器發出每相無功電流相等，因此這類補償裝置只適用于三相電流基本平衡的負荷情況。當負荷的三相電流不平衡時，不能夠使三相均得到良好的補償，可能會出現某一相過補，某一相欠補的現象。
早期無功補償裝置都是此類型。由于用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用，并且負荷大小不同和用電時間的不同，導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。此類補償已不能滿足三相不平衡的負荷場合。共補型補償裝置適用于三相負荷平衡（電動機、軋機、中頻爐等）的工業場合。
2混補型（分補+共補）無功補償裝置
這類補償裝置通過檢測三相電流和三相電壓進行計算，控制相應電容器的投入數量來達到補償目的。這類補償裝置可以補償三相無功同時，還可以針對某相所需無功進行分相補償。用于三相不平衡的負荷情況時，比共補型補償裝置的效果好。
此類混補型無功補償裝置適用于三相負荷不平衡的城網、農網、房地產、工業等場合。
3功率平衡型無功補償裝置
這類裝置通過檢測三相電流和三相電壓進行綜合計算,控制各相電容器的投入方式和數量來達到補償和調整不平衡電流的目的。與分混合型補償裝置本質不同的是，這類補償裝置利用了在相間跨接電容器可以相間轉移有功電流的原理.通過在各相與相之間及各相與零線之間接入不同數量電容器的方法，不但可以使各相的無功電流均獲得良好的補償，還可以將三相間的不平衡有功電流調整至平衡。這類補償裝置用于三相電流不平衡的負荷情況時，可以使三相功率平衡,三相電壓更穩定。
此類功率平衡型無功補償裝置目前是混補型無功補償裝置的升級版，是今后無功補償發展的方向，現已成功應用于山東城網、農網之中。
二、以電容器的控制投入方式為出發點的補償裝置分類
1交流接觸器控制投入型補償裝置
最先應用于低壓電容器投切的開關是交流接觸器，這是一種傳統的電容器投切方式，由于三相交流電的相位互成120°，對交流接觸器投切控制，理論上不存在最佳操作相位點（即投切瞬時不可選擇性），使得它投入或切除電網時，要產生一個暫態的過渡過程，又因電容器是電壓不能瞬變的器件，并聯電容器由交流接觸器投切電網時，由于其相位點是隨機的，所以會產生幅值很大、頻率很高的浪涌電流（涌流最大時可能超過100倍電容器額定電流）。
涌流不僅會對電網產生不利的干擾，對交流接觸器易產生電弧、易燒損觸頭，而且涌流、過電壓會加速電容器的失效，減少電容器的使用壽命，甚至爆炸，所以采用交流接觸器的投切方式諧波污染大、維護成本高、不適于頻繁操作。為了改善這些缺陷，出現了所謂投切電容器專用接觸器，就是在接觸器的主觸頭處并以帶電阻的輔助觸頭，在合閘時先合上輔助觸頭，然后再合上主觸頭，以此減低浪涌電流；而分閘時時序恰好相反，先分主觸頭，而后再分輔助觸頭，以此減輕電弧對觸頭的燒損。
但這一措施僅僅是一種改良而已，并未在根本上解決問題，涌流、過電壓和諧波污染仍然存在，對電容器和裝置的壽命仍有很大的影響，所以其在低壓電容器投切領域的應用將越來越少。
此類補償裝置價格低廉，可靠性較高，應用最為普遍。由于交流接觸器的觸頭壽命有限，不適合頻繁投切，因此這類補償裝置不適用負荷頻繁變化的場合。
2晶閘管控制投入型補償裝置
這類補償裝置就是SVC分類中的TSC子類。由于晶閘管很容易受涌流的沖擊而損壞，因此晶閘管必須過零觸發，就是當晶閘管兩端電壓為零的瞬間發出觸發信號。
過零觸發技術可以實現無涌流投入電容器，另外由于晶閘管的觸發次數沒有限制，可以實現準動態補償（響應時間在毫秒級），因此適用于電容器的頻繁投切，非常適用于頻繁變化的負荷情況。晶閘管導通電壓降約為1V左右，損耗很大（以額定容量100Kvar的補償裝置為例，每相額定電流約為145A，則晶閘管額定導通損耗為145×1×3=435W），必須使用大面積的散熱片并使用通風扇。
晶閘管對電壓變化率（dv/dt）非常敏感，遇到操作過電壓及雷擊等電壓突變的情況很容易誤導通而被涌流損壞，即使安裝避雷器也無濟于事，因為避雷器只能限制電壓的峰值，并不能降低電壓變化率。
此類補償裝置反應速度快，重復投切時間短適用于負荷（軋機、點焊機、行吊等）頻繁變化的場合。缺點價格高、損耗大。
3復合開關控制投入型補償裝置
當仔細分析研究了交流接觸器和可控硅開關的各自優缺點之后發現，如果把二者巧妙地結合來，優勢互補，發揮接觸器運行功耗小和可控硅開關過零投切的優點，便是一個較為理想的投切元件，這就是開發復合開關的基本思路，這種投切開關同時具備了交流接觸器和電力電子投切開關二者的優點，不但抑制了涌流、避免了拉弧而且功耗較低，不再需要配備笨重的散熱器和冷卻風扇。
要把二者結合起來的關鍵是相互之間的時序配合必須默契，可控硅開關負責控制電容器的投入和切除，交流接觸器負責保持電容器投入后的接通，當接觸器投入后可控硅開關就立即退出運行，這樣就避免了可控硅元件的發熱。這種看似很理想的復合開關自從2002 年開始，由原來全國僅數家企業研發生產，至今已擴展到數十家企業，雖外型結構或電路有所不同，但內在原理基本相同：用小形三端封裝的可控硅作為電容器的投入和切除單元，用大功率永磁式磁保持繼電器代替交流接觸器負責保持電容器投入后的接通，其過零檢測元件是一粒電壓過零型光耦雙向可控硅。
復合開關技術既使用可控硅又使用繼電器，于是結構就變得相當復雜，并且由于可控硅對dv/dt的敏感性也比較容易損壞。復合開關適用于負荷變化不快的城網、農網、房地產等場合。
4同步開關控制投入型補償裝置
是近年來最新發展起來的高性能投切開關，傳統的機械開關與現代微電子技術結合的產物。它吸收了交流接觸器控制結構簡單，復合開關零電壓投入、零電流切除等優點，成功地將投入、切除時瞬間涌流控制在3倍額定運行電流以內，徹底解決了在電容器投切過程中出現的高電壓諧波和大涌流等問題；同步開關以單片機為核心，輔以高精度的采樣回路和合理的程序設計來替換復合開關中最易損壞的可控硅元件，不僅避免了可控硅組件所容易出現的故障，還將選相精度從原來復合開關的2～5電度角提高到1～3電度角，真正意義的做到了無涌流，實現了理想的過零投切。
由于同步開關應用了單片機技術，不僅能通過RS485通訊控制方式對多至64路電容器進行控制，還具備通訊功能，可將基層單位的電測量信息實時發送到上級電網，為發展智能化電網作好準備；同步開關可以實現共補、分補、相間，以適應用戶的不同需求；由于同步開關的驅動功耗僅有1-3W，最大限度的做到了節約能源。
同步開關適用于負荷變化不快的城網、農網、房地產等場合。因其性能和價格優于復合開關，現已批量用于山東電網JP柜中，不久將取代了復合開關成為城農網低壓無功補償投切元件的地位。
三、補償裝置中使用的電容器
（1）50～60年代，稱為第一代低壓電容器，其結構采用油浸式電容器紙作為介質，電容元件為扁平元件，液體介質采用礦物油（含有PCB有毒物質）等，產品體積大、有功損耗達到0.2%～0.5%左右，我國國內型號為BW系列。
（2）70年代，隨著金屬化膜替代電容器紙的應用，電容器元件由扁平式改為圓形結構，由于具有自愈性能，產品的場強大大提高，使產品體積大大縮小，為BW系列的40%左右，液體介質也大部分采用礦物油或樹脂，有功損耗在0.12%左右，我國國內型號主要為BZMJ系列。
（3）80年代，歐洲各電容器廠家已推出圓柱型結構的稱為第三代的 MKP 低壓電容器，其元件采用7μm左右的金屬化膜，內充天然油或樹脂密封于鋁殼中，使體積更加減小，有功損耗降到0.3W/kvar。由于時間與發展的限制，目前國內生產的低壓電容器，均是從80年代初約7～8年間從國外引進的，屬于第二代產品。如無錫、錦州、桂林和南京等地電容器廠分別從日本SHIZUKI、比利時ASEA、意大利ARCOTRONICS 和意大利ICAR引進了生產技術與關鍵設備，其產品結構為方形或橢圓形，一般使用8μm金屬化膜，統計使用壽命平均在2～6年左右。
（4）隨著電器產品向小型化、無油化和環保化方向發展的趨勢，第四代最新充氣型低壓電容器（GMKP），采用5～6μm金屬化膜填充特殊保護氣體，內置獨特的安全型保護裝置，其關鍵特點是實現了介質的革命，實現了電介質的氣體化。從而產生了理論上真正的干式電容器以及具有防火阻燃，安全可靠等多種特點的新一代產品。
近年來，國內電力電容器行業的發展極其迅猛。產品的質量和數量都有了大幅度的提升，相當一部分優勢企業已開始問鼎國際市場并取得了不俗的業績。隨著電力工業的快速發展、技術進步以及無功補償、節能降損管理的加強，電力電容器制造企業遇到了前所未有的發展機遇。使電力電容器的市場迅速擴大，同時也引發了許多領域對電力電容器的大量需求。
智能電容器集成了現代測控，電力電子，網絡通訊，自動化控制，電力電容器等先進技術。改變了傳統無功補償裝置落后的控制器技術和落后的機械式接觸器或機電一體化開關作為投切電容器的投切技術，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，從而使新一代低壓無功補償設備具有補償效果更好，體積更小，功耗更低，價格更廉，節約成本更多，使用更加靈活，維護更加方便，使用壽命更長，可靠性更高的特點，適應了現代電網對無功補償的更高要求。
智能電容器是最近幾年無功補償發展的新產品，已應用于城網，農網，房地產等場合，但是由于其價格比分立元件高，大部分用戶暫時未能接受。
四、補償裝置中使用的控制器
最早的無功補償控制器是以功率因數為依據進行控制的，這種控制器因為價格低廉現在仍然在使用。以功率因數為依據進行控制的最大問題就是輕載振蕩。例如：一臺補償裝置里最小的電容器容量是10Kvar，負荷的感性無功量為5Kvar且功率因數為滯后0.5。這時，投入一臺電容器則功率因數變為超前0.5，切除電容器則功率因數變為滯后0.5，于是震蕩過程就會沒完沒了地進行下去。
較新型的無功補償控制器都是以無功功率為依據進行控制的，這就要求必須具備設定功能，可以對補償裝置中的電容器容量進行設定，從而可以根據負荷無功量決定怎樣投入電容器，因此可以消除輕載振蕩現象。
隨著技術的不斷進步，無功補償控制器的附加功能也越來越多，如數據存儲，數據通訊，諧波檢測，電量檢測等等。使用的控制元件也從最初的小規模集成電路到8位單片機，再到16位單片機，再到16位DSP，直至最高級的32位單片機。現在的32位單片機的價格已經降到30多元一片，對控制器的硬件成本已經沒有多少影響，其性能超過8位單片機100倍以上，難以普及的原因主要是技術開發難度太大。
五、補償裝置與其他設備的組合
隨著無功補償裝置應用的不斷普及，補償裝置與其他設備的組合是一個必然趨勢。例如補償裝置與計量箱的組合，補償裝置與開關箱的組合等。組合裝置可以降低成本，減少占用空間，減少連接線，減少維護工作量。組合裝置的設計制造沒有技術難度，只是因為沒有統一的標準，所以生產廠商只能根據訂貨來組織生產。
