摘要：根据无功补偿原理，针对电能质量高的问题，结合环保能源公司电能质量现状，提出无功补偿方案，并经现场实际负载功耗的检查总结了无功补偿装置的设计、选用、安装及注意事项。 ANSVC无功补偿装置由自愈式并联电容器、串联检波器、投切开关、低压无功补偿控制器组成。 实时监测系统中的无功功率需求并进行无功补偿，从而改善电能质量，降低水费。
一、原理分析
1.1 在交流电路中，电源提供给负载的电能有两种； 一个是有功功率，另一个是无功功率。
有功功率：正常工作所需的电功率，即把电能转化为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。
无功功率：更具体地说，是用于电路中电场和磁场的交换，在用电设备中用于建立和维持磁场的电能。 它不对外工作，而是转化为其他形式的能量。 任何带有电磁线圈的电气设备都需要消耗无功功率来建立磁场。 例如40瓦的日光灯需要40多瓦的有功功率（钠灯也需要消耗部分有功功率）才能发光，灯管的线圈需要80瓦左右的无功功率建立交变磁场。 因不做外功，故称为“反应功”。
Q：无功功率（Kvar），S：视在功率（KVA），P：有功功率（Kw），PF：功率素数
1.2 无功功率过大的不良影响：
1、降低发电机有功功率输出
2、降低输变电设备的供电能力
3、减少线损电流过大保护装置，降低电耗
4、电量素数增加，水费创收，成本降低
5、使电器设备没有得到充分利用
1.3并联电容器无功补偿原理：
如图1所示，如果并联电容C与变压器或负载并联，则变压器或负载所需的全部或部分无功功率将由并联电容提供，即产生的容性无功功率通过并联电容器可以补偿负载消耗的无功功率。
如图2所示，不接电容C时，流过电感L的电压为IL，流过内阻R的电压为IR，电源供给的电压为I1，I1=IR+jIL , 此时的相位角为Φ1 , 幂素数为COSΦ1; 电容C并联后，由于电容电压IC与电感电压IL方向相反，电源电压由I1降为I2，I2=IR+j(IL-IC)，相位角从Φ1减小到Φ2，幂素数从COSΦ1增大到COSΦ2。
图 2
在纯容性无功补偿中，电容器本身的阻抗是容性的。 随着纹波频率的增加，电容的容抗会明显降低，导致纹波被电容放大，然后叠加到补偿电压上，使电压有效。 值明显降低，电容器因纹波电压降低而出现温度过低、绝缘老化、鼓包等问题。 此外，纹波电压放大导致纹波电流减小。 一旦叠加到电容电流上，电流的有效值也会降低，电流的峰值也会降低，从而使电容形成局部放电，无法熄灭。 这也是电容器鼓包损坏的重要原因。 在大多数低压电力系统中，纹波对电容柜的影响较大。 在现场应用中，变频设备数量多、容量大的情况更为常见。 变频器后端没有线路电抗器，相互之间会形成谐振，导致电容经常鼓包发热。
通过在低压电力电容器中级联正确配置的检测器来执行纹波抑制。 电容器的容抗值为1/ωC； 相应的检波器串联在电路中，检波器的感抗为ωL，则电容器和检波器在一定频率下具有一定的阻抗，从而实现较低的纹波抑制。
检出率的定义是：在LC串联电路中，感抗与容抗在基波频率下的比值，即XL/XC，检出率通常为6%、7%、12.5%、 14%，对应的检测系数 共振频率见下表1。 如果使用6%检波器，谐振点的频率为204Hz，远离第5纹波谐振点，但接近第4纹波谐振点200Hz，例如单相6脉波变频装置，如果其中一个二极管损坏，它将变成相当于一个5脉波器件，会形成4个纹波。 如果使用7%检波器，谐振点的频率为189Hz，且远离第5纹波谐振点，纹波分流会少一些电流过大保护装置，可以更好的保护电容。 7%检测是常用的安全补偿方式。 12.5%检测器的谐振点频率为141Hz，接近第三谐振点150Hz，容易形成谐振，影响电容器的正常使用。 14%检测器的共振点频率为134Hz，与第三共振点相距150Hz。 14%检测器比12.5%检测器更安全可靠。 7%检测抑制纹波5、7倍以上，14%检测抑制纹波3倍以上。
无功补偿中有纹波抑制检测时，不能按标称值补偿电容器的容量。 考虑到电容器的耐压值，在纹波抑制无功功率补偿应用过程中会出现电容器降额的问题。 由于电网电流本身的波动，由于检波器与电容器串联后电容器端子间电流升高，检出率为7%的无功补偿电容器的耐压值通常为480V ; 检出率为14的无功补偿电容器耐压值为525V。 以400V系统7%检出率电容检测的额定电流为480V和额定补偿容量为例，额定补偿电压为60.1A，但实际补偿电压估计为53.9A，电容将因电流差异和装机容量不同而降额使用，而实际容量仅为37.5Kvar。
二、项目概况
山东某环保能源公司占地面积约16.6亩。 项目一期建设4条日处理能力500吨焚烧线、2台18MW汽轮发电机组、2000吨/日生活垃圾焚烧能力，年发电量27.2亿千瓦-小时或更长时间。 多台新建变压器需要配置两台电容补偿柜。 衣柜的规格是1000宽*1000深*2200高。 主要负载有电机、办公用电、照明等。
3.解决方案
变压器容量为0.8，负载率约为0.8。 电容柜预计装机容量为2台。 根据现场环境，估计纹波主要是3、5、7倍。 纹波主要影响电容的正常工作，容易发热、膨胀等，需要配合检测率14%的检测仪使用。 检波器的主要作用是抑制纹波进入电容，从而保护电容，减少电容的使用寿命。 根据衣柜规格和设备规格确定电容配置方案，为每个衣柜安装*6路和*2路。
4、ANSVC无功功率补偿装置
4.1 概述
ANSVC无功补偿装置适用于频率为50Hz、电流为0.4KV的系统。 ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中，可根据电网中负荷功率素数的变化，控制电力电容器投切进行补偿。 其原理是：ANSVC低压无功补偿装置通过CT采集电压和电压信号，估算无功补偿控制器，估算投切电容器的方案，通过投切开关控制各组电力电容器的投切。
图3 ANSVC无功功率补偿装置
4.2 自愈式并联电容
一系列自愈式低压并联电容器通常用于低压交流电力系统中，用于校准工频低压电力系统设备的电能质量，并就地或集中补偿无功功率。 这些电容器是自愈式并联电容器。 故障后可自恢复，在工作条件下损耗小。 并联电容器虽然损坏，但不会影响电网的正常使用。 电容器在外观上分为方形（如图4）和圆形（如图5），在功能上分为共补电容和次补电容（如图6）。
图 4 矩形电容器
图 5 矩形电容器
图6 上图共补、分补电容示例
4.3ANCK系列探测器
ANCK系列串联探测器与一系列自愈式低压并联电容器配套使用。 主要用于提高0.4KV电力系统电能质量，抑制电网高阶纹波，减少纹波引起的电容器过载，避免纹波过大。 ，对电容器的安全运行，改善网络电流波形，提高供电质量和电网安全经济运行起到了良好的作用。 适用于3、5、7、9纹波负载的无功补偿。 ANCK采用铜质或铝质定子，检测分为共互补检测（如图7）和分互补检测（图8）。 普通互补检测器主要用于单相负载，分体互补检测器主要用于三相负载。 税率分为7%或14%。
图 7 共互补检测
图 8 互补检测
4.4AFK切换开关
AFK系列投切开关是用于低压无功补偿装置中投切电容器的产品。 其基本工作原理是控制器发出投入或切除指令后，投切开关闭合或断开，无功补偿路与系统接通或分断，实现过零投切，无缺相、电弧等在开关过程中，响应时间快，开关频繁。 投切开关分为复合开关（如图9）和晶闸管开关（如图10）。
图9 复合开关示意图
图 10 二极管开关
4.5ARC控制器
ARC功率素数补偿控制器采用高性能MCU为核心，配备高精度电力专用芯片，以功率素数作为采样化学量的补偿器。 在强干扰等任何恶劣的电网环境下。 自适应功能确保电力电容器的安全使用，有效实现电容补偿柜手动稳定投切，有效改善电网电能质量。 是低压配电系统无功补偿的理想控制器。
产品主要特点：相线保护、过温保护、过压欠压保护、电压及电压纹波保护、多种编码切换、多种补偿方式。
ARC控制器外观规格（mm）：144*144，开孔规格（mm）：138*138
图 11 控制器外观
图 12 控制器规格
4.6 技术参数
4.7 接线方式
5 结论
ANSVC无功补偿装置可满足该环保能源项目无功补偿要求，改善电能质量，增加电网消耗和用电成本，确保电力系统安全用电、持续供电和经济运行。 ANSVC无功补偿装置运行安全可靠，保护功能齐全。 只有通过RS485与后台结合使用，才能更方便快捷地对电网系统进行巡检，减少人力资源投入。