调压无功补偿装置 本发明属于供配电系统中的无功功率补偿装置，涉及高压无功补偿和低压无功补偿。
无功补偿又称功率因数补偿，现有无功补偿有高压补偿和低压补偿之分，又有手动补偿和自动补偿之分，还有分档有级调节补偿和连续无级调节补偿之分。
现有的高压无功补偿，除高压静补之外，多采用分档手动投入补偿电容的方式，补偿电容分档投入的档数(即路数)越多，提供无功补偿功率档数也越多，补偿效果就越好，但每档都只能提供一个固定不变的无功补偿功率，并且每档都必须要有一个价格很高的高压开关，为了降低整个补偿装置的成本必须减小高压开关的数量，高压开关数量减小，它能够提供的补偿功率不是欠补就是过补，很难达到较好的补偿效果，能否使用一个高压开关，就能提供多档无功补偿功率的选择呢？能够解决这个问题，就可减少高压开关数量，降低补偿装置的成本，使高压补偿装置也能达到很高的功率因数。
现有的低压无功补偿多数是分6档到10档自动调档调节补偿功率的，还有一部分是用手动开关分档有级调节补偿功率的，不论是手动还是自动，它们都是使用开关或交流接触器将多个补偿电容器分组直接投入电网或退出电网来达到分档有级调节补偿无功的，这种补偿方案在补偿电容投入电网的瞬间都有很大的冲击电流产生(除非使用零压电子开关)，因此不宜作频烦投切操作，否则不但会缩短补偿电容器和交流接触器地使用寿命，而且还会给电网带来很多冲击电流污染。因此低压和高压无功补偿的设计制造都应尽量减少补偿电容的投切次数，它有利于减少电网的污染和提高设备的可靠性。由分档有级无功补偿提供无功补偿功率，档数越多，无功补偿的效果就越好，交流接触器或开关用得也就越多，电容投切次数也就越多。由分档有级无功补偿提供无功补偿功率档数越小，无功补偿效果越差，一般现有低压补偿只能提供6到10个固定无功补偿功率档，因此也不能做到较理想的补偿效果，这种无功补偿方案在分档数量和补偿效果之间存在着很大的矛盾，为了减少它们之间的矛盾，最好的办法是在此分档有级补偿方案中增加一个能够多级调节或连续调节无功补偿功率的细调档，它同分档补偿相互配合就能在整个无功补偿功率范围内实现连续无级或近似于连续无级调节补偿功率。这个调节细档若用高压大电流电子开关器件来设计制造，其无功补偿装置的制造成本又会使用户难易承受，因此必须研究造价低廉，工作可靠，无功补偿功率能够实现连续或近似于连续调节的方法，这也是上述高压无功补偿所要研究的问题。实际上高低压无功补偿都要解决投入一组无功补偿电容器后，能够使用简单价廉的方法使这组补偿电容能获得尽可能多的不同无功功率的档数，这样就可减少补偿电容的投切次，减少高低压开关和交流接触器的数量，减小电网冲击电流污染，提高高低压无功补偿效果。
本发明的目的是采用有载调压器调节补偿电容器上电压的方法，来实现一档补偿电容器的投入，获得多个或无穷多个可选择的无功补偿功率的档，从而可减少补偿电容直接投入电网的档数和补偿电容投切次数，提高无功补偿效果，减少它对电网冲击电流污染。
本发明的技术方案是这样来实现的，在有载调压器的调压绕组连接电容量为C的补偿电容器，调节有载调压器施加在补偿电容器C上的电压U2，在补偿电容器上就可获得一个可调的容性无功功率，这个无功功率通过有载调压器的变换，在有载调压器与电网相连接的原边就可获得一个可调的无功补偿功率Q，并且有下列公式：
Q＝KCU22 (1)式中：K为常数，由计算公式(1)可知：当电压U2等于电网电压时，有载调压器获得该电容器额定补偿功率Qm，它等于补偿电容器直接投入电网时的补偿功率。当U2等于零时，有载调压器提供的补偿功率为零，由此可知将一个较大补偿电容投入有载调压器调压绕组后，在有载调压器的原边就可实现由零到补偿电容器额定补偿功率Qm之间的调节。当有载调压器是自耦调压器和感应调压器等连续无级调节电压的调压器时，本发明的高低压调压无功补偿装置就可获得连续无级调节的无功补偿功率。当有载调压器是有载调压变压器等有级调节的调压器时，本发明的高低压调压无功补偿装置就可获得多级调压调节的补偿功率。将分档手动或自动高低压无功补偿与有载调压器调节的无功补偿相配合后，它们所能获得的无功补偿功率Qc可用下列公式计算：Qc＝nQo+Q＝nQo+KCU22(2)式中：n为直接投入电网的补偿电容器组数，Qo为每组补偿电容的额定补偿功率，K为常数，C为投入有载调压器调压绕组上补偿电容器的电容量，U2为有载调压器调压绕组施加在补偿电容器上的电压。nQo为补偿电容通过开关或交流接触器直接投入电网的补偿功率，Q＝KCU22为通过有载调压器提供的无功补偿功率。
本发明的高低压调压无功补偿装置，它由电网、开关、交流接触器、有载调压器、补偿电容器和无功调节器等组成，其特征在于高低压无功补偿装置内至少还有一个用于调节无功补偿功率的有载调压器，有载调压器的初级绕组与电网相连接，有载调压器的调压绕组与补偿电容相连接，采用调节有载调压器施加在补偿电容器上的电压U2的方法来达到调节无功补偿功率Q的目的。本发明所能获得的无功补偿功率Qc可用：Qc＝nQo+Q＝nQo+KCU22公式来计算。
本发明所使用的有载调压包括三相和单相接触式调压器，三相和单相感应式调压器，三相和单相移圈调压器，三相和单相可动铁感调压器，三相和单相磁调压器。三相和单相有载调压变压器等电压调压设备。
为了减少本发明所用的有载调压器的容量、体积、重量和造价，本明的有载调压器一般采用单相自耦式调压器和三相自耦式调压器。并且还可采用本发明特殊要求而设计的自耦式调压器。
为了在大功率高低压无功补偿装置中更进一步减少有载调压器的容量、重量和成本，本发明使用与现有手动或者自动分档直接投入补偿电容于电网的无功补偿方法相配合，来实现补偿功率的更好调节。这种无功补偿能够实现从零到整个补偿范围内的无功调节，其补偿功率Qc可按公式(2)计算，通过有载调压器调节的补偿功率Q可按公式(1)计算。
本发明既可用于高压无功补偿屏，也可用于低压无功补偿屏，既可用于三相电网，也可用于单相电网和二相电网。
使用本发明的调压无功补偿调节方案，还可设计制造带有交流电压输出的无功补偿装置和带有无功补偿功能的交流电源。现有大功率交流电源、稳压器、调压器和本发明调压无功补偿装置需要用一个变压器，它们可以使用同一个有载调压变压器来设计成带交流电源输出的无功补偿装置和带有调压无功补偿功能的交流电源。由于此类设备同样也有本发明技术方案中的全部特征，因此，它们也属于本发明技术方案的推广应用实例。
本发明与现有手动和自动分档投入的有级高低压无功补偿屏相比，具有电容投切次数少，能连续或多档补偿所需的无功功率，使用寿命长、工作可靠性好，补偿效果佳等一系列优点，它与现有静止补偿屏相比，具有制造工艺技术简单，制造成本极为低廉等优点，它是新一代高压无功补偿装置和低压无功补偿装置的更新换代产品，具有较大的经济效益和很大的社会效益。
通过附图和说明就很易理解本发明的特征。
附图1意示出本发明的高低压调压无功补偿装置的方框图。
附图2～6意示出附图1与本发明有关的(3)和(4)两部分的电路图。
附图7和8意示出本发明的低压调压自动补偿装置和高压调压无功补偿装置的主要电路图。
由附图1可知，本发明它由电网(1)、无功调节器(2)、有载调压器(3)，与有载调压器调压绕组相连接的补偿电容器(4)，通过开关或交流接触器直接与电网相连接的补偿电容器(5)和负载(6)组成，其中：由(1)、(5)和(6)三部分组成现有手动调节的高低压无功补偿装置，由(1)、(2)、(5)和(6)四部分组成现有自动高低压无功补偿装置，由(1)、(3)、(4)、(5)和(6)五部分组成本发明的手动调节的高低压无功补偿装置，由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)六部分组成本发明的自动或半自动调节的高低压无功补偿装置，半自动是指(5)内的补偿电容Co是手动投入电网。自动是指(5)内的补偿电容Co是由(2)自动控制投切的。本发明的特征在方框图1中的(3)和(4)两部分内、这两部分配合提供的无功补偿功率Q＝KCU22，由(5)部分提供的无功补偿功率为nQc，Qo为每组补偿电容器的额定补偿功率，n为投入额定补偿电容的组数，由(5)、(3)和(4)三部分配合共同提供的无功补偿功率Qc＝nQo+KCU22。图中(2)和(5)之间的虚线表示(2)可以自动控制(5)投切补偿电容Co(即为自动投切时用)，也可以手动控制(5)投切电容Co，输出(2)中的电压电流信号「和」，还可取自负载(6)中的电压和电流信号。(4)部分虚线输出电压U3表示有载调压变压器有交流电压输出时才使用。
附图2意示出使用现有三相接触式自耦调压器与补偿电容C之间的连接电路之一。
附图3意示出使用特殊设计的三相接触式自耦调压器与补偿电容C之间的连接电路之一，由于它有六个接触头输出电流，因此输出调压补偿功率最大值可比附图2增加一倍。
附图4意示出使用三相自耦式感应调压器与补偿电容器C之间的连接电路。
附图5意示出使用三相自耦式感应调压器与补偿电容器C之间的另一连接电路。
附图6意示出使用三相自耦式有载调压变压器与补偿电容器C之产的连接电路之一。
其中附图2、3、4和5的调压无功补偿电路是连续无级的。而附图6的调压无功补偿电路是有级的，但在调压时不会给补偿电容电网和开关产生很大冲击电流。
附图7意示出本发明的低压自动调压无功补偿装置的电路原理图，由图可知：无功调节器(2)根据通过负载的电流和电压自动检测计算出负载(6)中的感性无功功率QL，(2)再根据QL的大小调节有载调压器施加在六个补偿电容器C上的电压U2，并控制交流接触器CJ1～CJ3的投入或切除相对应的补偿电容器，CJ1、CJ2和CJ3分别控制补偿功率为Qo、2Qo和4Qo的投入和切除。设U2等于电网电压U1时，接在有载调压器上的六个补偿电容器的额定容量为Qm，当Qm≥Qo时，调压无功补偿电路就能连续无级调节补偿功率Qc，使Qc自动跟踪QL的变化，使QC≈QL，它能够自动补偿负载(6)中的感性无功功率QL，补偿范围为G≤Qc≤7Qo+Qmo此低压调压无功补偿装置由于采用特别设计和连接电路的三相自耦式六触头调压变压器，自触头电流20安时，调压器调节的补偿功率可达28千泛，因此它与CJ1、CJ2和CJ3配合能连续无级调节的补偿功率为0≤Qc≤224千泛，若只使用CJ1和CJ2，即可连续无级补偿功率为0≤Qc≤112千泛，因此对一般的低压补偿屏来说，采用2个交流接触器或开关调档已足够使用。用附图2的自耦调压器来代替附图7中六触头调压器，和CJ1、CJ2和CJ3相配合，最大补偿容量也可做到0≤Qc≤112千泛连续无级调节。因此，它可制造小容量低压调压无功补偿装置。
本发明的低压自动调压补偿装置，能够实现负载的感性无功功率在0到Qm之间变化，就不再会发生投切补偿电容于电网的现象，因此，它与现有分档分级补偿相比，不但补偿效果好，而且能使补偿电容，交流接触器使用寿命延长，对电网的冲击污染减小，工作更可靠，性能更优越。
附图8意示出本发明的高压调压无功补偿装置的电路原理图，由图可知，它只使用一只高压开关就能实现补偿功率Qc从Qo到Qo+Qm，连续无级调节。附图中的有载调压器还可采用附图7中的有载调压变压器，用有载调压开关和调节器来实现高压自动无功补偿。目前高压无功补偿多使用高压开关手动补偿，附图中的自耦式调压器可以使用手动调节，也可以用伺服机构和无功调节器实现自动调节，显然还可以增加1个或几个高压开关和补偿电容器组，来广大高压补偿的容量，以适应大电网补偿的需要。本发明的高压调压无功补偿装置，能够减少高压开关的数量和投切次数，因而可降低成本提高性能，减少对电网的冲击电流，因此它是现有高压补偿的更新换代产品。
附图8中的三相自耦调压器还可用附图6中的有载调压变压器来实现有级调节的高压调压无功补偿。