浅谈电力系统无功补偿的现状

　　摘要：近年来，随着国民经济的跨越式发展，电力行业也得到快速发展，特别是电网建设，负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升，也使电网中无功功率不平衡，导致无功功率大量的存在。笔者就电力系统无功补偿的现状阐述了电网中进行无功功率补偿的重要性，无功补偿的原理与作用，无功补偿装置的应用历程和应用现状等简略的体会，概述了国内无功补偿技术的研究现状。

　　关键词：电力系统 无功补偿 现状

　　近年来，随着国民经济的跨越式发展，电力行业也得到快速发展，特别是电网建设，负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升，也使电网中无功功率不平衡，导致无功功率大量的存在。笔者就电力系统无功补偿的现状阐述了电网中进行无功功率补偿的重要性，概述了国内无功补偿技术的研究现状，重点介绍在实际应用中可提高配电网的运行效率，降低系统损耗等简略的体会。

　　一、无功补偿的原理与作用

　　在电网对用户输电的过程中，电网要供给负载的电功率有两种——有功功率和无功功率。有功功率(P)是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量(机械能、光能、热能等)的电功率;而无功功率(Q)是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。

　　在工业和生活用电负载中，大部分属于感性负载，如异步电机、变压器、工业用电弧炉等，这些设备在运行过程中需要进行无功补偿。无功补偿的作用是：提高电力系统及负载的功率因数，降低设备容量;稳定电网的电压，提高供电质量。平衡三相负载的有功和无功功率等。无功补偿的基本原理是把具有容性设备与感性负载相互并联，能量在这两种负荷间转换，以减少电网中的无功功率。

　　二、无功补偿装置应用现状

　　目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种的特定环境，公用电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率。

　　在实际电力系统中，异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流;电力电子装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功功率补偿就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，无功功率补偿技术的发展经历了从同步调相机——开关投切固定电容器——静止无功补偿器(SVC)——静止无功发生器(SVG)的过程。

　　早期的无功补偿装置为并联电容器和同步调相机，多在系统的高压侧进行集中补偿。

　　并联电容器是电网中应用最多的一种专用无功补偿装置，它价格便宜，易于安装维护。但是由于电容量固定，不能实现系统无功的无级补偿;由于电容器的负电压效应，使系统电压下降更大;在系统存在谐波时，可能发生并联谐振，放大谐波电流。以上缺点使并联电容器已不能适应电力系统发展的需要。

　　同步调相机是最早采用的一种无功补偿设备。它实质上是一种不带机械负载的同步电动机。由于同步调相机属于旋转设备，损耗、噪声都很大，并且运行维护复杂，在并联电容器得到大量使用后，它便逐渐居于次要地位。近年来，同步调相机再次得到重视，被应用于高压直流输电系统。这是由于在系统发生故障引起电压降低时，同步调相机可以提供电压支持，可在短时间进行强行励磁，同时可以给受电侧提供短路电流和电压支撑，提供电力系统的稳定性。

　　随着研究的深入，静止无功补偿技术进入人们的视线中。静止无功补偿技术是指用静止开关投切电容器或电抗器，通过吸收或发出无功电流提高电力系统的功率因数，稳定系统电压。其缺点是铁心对感性负损耗较多，伴有振动和噪声。可控饱和电抗器通过改变控制绕组的电流来控制铁心的饱和度，从而改变电抗器的电抗，进一步改变无功电流的大小。它能够更好的适应母线电压较大的变化，但是振动和噪声仍很大。

　　随着电力电子技术的进一步发展，出现了采用自换相变流电路的静止无功补偿装置，这就是静止无功发生器(SVG)，也被称为高级静止无功补偿装置(ASVC)、静止调相机(STATCON)或者静止补偿器(STATCOM)。

　　三、静止无功发生器装置发展应用现状

　　随着电力系统的进一步发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。

　　20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点;但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。

　　电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器以及这两者的混合装置

　　设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内均获广泛应用。电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简洁、经济方便等优点，但其阻抗是固定单一的，因此不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。

　　电能从发电厂送到用户要经过输电、变电、配电等环节，当电流通过这些环节时要产生有功和无功损耗。无功功率是建立交流电、磁场而需的功率，无功功率同有功功率一样，是保证电力系统电能质量以及安全运行所不可缺少的部分。在有功功率不变的情况下，无功功率的存在会使功率因数降低，视在功率增大，从而需要增大发、输电设备的容量，增加投资和电力损耗，增加运行费用，输电线路压降变大，不利于电力的输送与合理应用。目前，除对SVC和SVG的无功补偿进一步的探讨外，人们还研究用于动态无功补偿的其他各种形式的静止变流器，包括赌流型自换相桥式电路，交—交变频电路等，直至最近，美国电力研究院还提出统一潮流控制器。事实上，所谓柔性交流输电系统，是20世纪80年代以来由美国电力研究院提出的一个崭新概念，其本质就是将高压大功率的电力电子技术应用于电力系统中，以增强对电力系统的控制能力，提高原有电力系统的输电能力。降低电能损耗，减少无功功率，采用无功补偿是最方便、经济有效的方法之一。

　　四、结束语

　　在现代电力系统中，面临着如何最大限度地发挥输电线路的设计容量以及提高系统运行稳定性这两大问题;而随着电力电子技术的发展，非线性负载的冲击性和不平衡性使电网的无功损耗增加以及受电端电压下降，大量的无功功率在电网中的传输使电能利用率大大降低且严重影响供电质量。由于性价比较高，目前我国广泛使用的还是静止无功补偿装置。其中，能够进行无功功率动态补偿的基于智能控制策略的TSC仍然需要大力推广。

　　因此，进行电网中无功功率补偿技术的研究是新时期电力系统工作的重要命题。

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