摘要：无功功率的存在是众多电气设备正常工作的需要，但无功功率的分布和变化会影响电网电压的稳定，且它的存在挤占了电网给负载提供有功功率的资源，因此应科学、合理地进行无功补偿。
关键词：无功补偿装置；电力系统；应用
引言：
在配电网中，大量快速性冲击负荷的应用会引起电网电压波动和闪变、三相供电不平衡、电网谐波增加等问题，从而降低供电电能质量，甚至可能会造成较大面积的停电事故。无功补偿装置的合理设置，对稳定电网电压、提高系统输电能力、增强系统运行稳定性、降低系统功率损耗、平衡三相功率、提高供电可靠性和电能质量等具有十分重要的意义，因此得到越来越多的重视和研究。
1.无功补偿原理
无功补偿的本质是利用无功补偿器所发出的无功功率来抵消负载或潮流的无功部分，以减轻输电线路的负担。这种无功补偿器可以给 电网提供所需的无功功率，也可以根据 电网需求从电网吸收无功功率。理论上无功电源本身是不产生也不消耗任何有功功率的，因此，它不需要原动机，只需在适当的时刻提供或吸收所需大小的无功功率，即可完成无功补偿的任务。从无功补偿 的实现原理来看，几乎毫无例外地只有两种机理：一种是电流补偿型，以线路电压作为参考矢量，通过节点注入无功电流，不仅使合成补偿电流的幅值减小，而且使合成电流在垂直于线路电压方向上的电流分量得到降低；另一种是电压补偿型，以线路电流作为参考矢量，在线路中串联一种无损元件，使该器件上的电压抵消线路电压在垂直于线路电流方向上的无功分量，因而合成电压的无功分量同样得到有效降低。对电网的无功功率进行适当的补偿，不仅能提高电网电压的稳定性，而且能提高系统的功率因数和设备利用率，减小线损，增强输电系统的输电能力，平衡三相功率，保障电力系统运行的安全性和可靠性。
2.电力系统无功补偿装置分类及选择
2.1机械旋转类无功补偿装置
机械旋转类无功补偿装置属于最传统的无功补偿装置，其显著特点是通过调节转子绕组的励磁电流来改变无功功率的输出或吸收，在电力系统的发展初期曾经发挥了极其重要的作用，即使在今天也仍然对 电力系统的无功调节、静态电压稳定起着积极的作用。
2.1.1同步调相机
同步调相机可以看成是一种不带任何负载的同步电动机。其补偿特点是既能过励磁运行，发出感性无功功率使电压升高，也能欠励磁运行吸收感性无功功率使电压降低。早期对功率因数补偿要求较高的场合，通常采用这种方式。同步调相机是一种基于旋转电机的补偿设备，
有一定的电机旋转损耗，但它可以通过增加励磁向电网发出无功功率。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，此时其功能如同电容器；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率，此时其功能相当于一个电感。由于在大多数情况下电网需要通过同步调相机来提供感性无功功率，所以它主要在过励磁状态下运行，即在电磁功率接近于零的方式下运行。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励
磁运行方式 的最大容量只有过励磁容量的 50％～60％，装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点的电压等级要求平滑地改变输出（或吸收）的无功功率，以实现电压调节。特别是在有强行励磁装置的情况下，当系统出现故障时，能及时调节系统电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂，在满负荷运行时其产生 的有功功率损耗为额定容量的1.5％～5％，容量越小，损耗所占比例越高。此外，小容量调相机的单位容量投资费用也较高，故同步调相机的容量一般都比较大。同步调相机的响应速度较慢，难以适应高动态无功控制的要求。
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2.1.2同步发电机
同步发电机是最早使用的无功补偿设备之一，但在现代大电网的运行环境下，已不能称为专门的无功补偿设备了，只是在保证 自身正常运行的前提下为系统提供适当的无功功率，也是通过调节发电机的励磁电流来实现无功补偿。励磁调节不仅能改变发电机输出电压的幅值，还能改变输出无功功率的大小。一般来讲，通过发电机来调节无功功率的大小会受限于端电压幅值 的变化。由于发电机的体积小、容量大、绝缘距离短，当其端电压的幅值超过所允许的额定值较多，或幅值变化过于激烈时，会造成绕组匝间短路，或损害绕组对地绝缘，甚至严重降低发电机整体的绝缘水平和使用寿命。从另一个角度看，即使发电机能有效地提供无功补偿，但由于发电机所处位置远离需补偿的用户终端，考虑线路损耗的因素，实际到达用户的无功功率也不会太多。即便是在环网技术比较发达的地域，个别发电机（或发电厂）的无功补偿作用也仅是对全网无功补偿的一点补充。
2.1.3同步电动机
与同步调相机相似，同步电动机根据励磁强度的不同，可以工作在感性或容性状态。在传输线路较长、感性大负荷扰动的情况下，大型旋转型机械设备或远离电源中心的大型负荷会对电网造成严重冲击，此时若采用电源输送无功功率的方法进行无功补偿，则会产生有功损耗。同步电动机可较好地解决这种大型感性设备所产生的扰动，此时只需调节同步电动机的励磁，使之成为容性负载即可。在很多场合，同步电动机是用来改善配电系统的功率因数的，根据需要进行连续、平滑调节，也可向电网提供无功功率，使低转速负载在稳定条件下运行，并具有较高的效率过载能力。但这种补偿设备一次性投资较高，使用和维护比较麻烦。
2.2静止类无功补偿装置
2.2.1静止无功补偿器（static var com pensator，SVC）
SVC 一般是采用晶闸管作为开关器件，具有体积小、质量轻、控制灵活等特点。根据国际电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and E —lectronics E ngineers，IEEE）的定义，SVC 为一种并联连接的静止无功发生器或吸收器，它的输出电流可调节为容性或感性，以便保持或控制电力系统的一些特定参数。晶闸管控制电抗器（Thyristor C ontrolled Reac—tor，TCR）是 SVC 的主要应用装置。TCR 由两个反向并联的晶闸管与电抗器串联组成。通过控制晶闸管的导通角，可改变接入电网的电抗。晶闸管导通角等于 180。时，晶闸管完全导通，与晶闸管串联的电抗器相当于直接接到电网上，这时其吸收的无功功率最大；导通角小于 180。时，晶闸管部分导通，减少了电流中的基波分量，相 当于增大补偿器的等效感抗，减少了其吸收的无功功率。单独的TCR 只能吸收感性的无功功率，且其运行时会产生大量谐波，因此一般与固定并联电容器配合使用，此时总无功功率等于 TCR 与并联电容器容量相抵后的净无功功率，因此吸收无功功率可在容性至感性范围内平滑调节，且并联电容器串联小的调谐电抗器后可兼做滤波器，用以吸收 TCR 产生的谐波。STATCOM 的基本原理就是将电力电子开关器件构成的桥式桥式 电路通过电抗器或者直接并联到电力系统中，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该桥式 电路提供满足要求的超前或滞后的无功功率，实现动态无功补偿的目的。STA T—COM 分为采用电压型桥式电路或电流型桥式电路两类，由于运行效率的原因，实际应用中大都采用电压型桥式电路。
结束语：
在无功补偿的发展历史中，电力电子开关对无功补偿技术的发展起到非常重要的推动作用，它的应用是无功补偿发展历史中的一个重要里程碑。电力电子开关不仅能保证快速、准确地实施补偿，还能够将先进的智能控制技术引入到无功补偿中，使无功补偿具有高度的灵活性和实时性，更好地保障系统运行的稳定性和可靠性。
参考文献：
[1]吴伟丽．应用于计及磁暴扰动的电力系统无功补偿优化算法[J]．中国科技论文，2013，8（4）：307 —310．
论文作者:彭聪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：功率论文; 电压论文; 电网论文; 晶闸管论文; 电流论文; 步调论文; 励磁论文; 《基层建设》2017年第18期论文;