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摘要：每个人的日常生活离不开电力，电力充斥这社会的每一方面，当电力系统受损时，人们的生活将会受到极大的负面影响。无功补偿在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。本文就变电设计中无功补偿技术进行讨论。
关键词：调相机；变电设计；SVC；电容器；无功补偿；SVG
前 言：功率高的电力系统可以使用更多的用电设备，对于人们的生活就有改善作用。无功补偿可以减少电流在变电站中的损失，从而提高变电站的输入功率，保证输出功率的稳定与提高。无功补偿的设备在变电站中是不可或缺的，它不仅可以提高供电站的功率，保证电压的稳定，还能提高电力系统的利用率，更方便人们的社会生活。
一、变电设计中的无功补偿的方式
变电设计中最好的无功补偿的方式就是哪里需要就要在哪里进行补偿，在系统中不存在无功电流的流动。就当前的电网实际情况来看，是不可能完全实现的。因为输电线路的变压器、乃至各种负载，都需要无功。从电网的补偿装置的安装位置上来看，无功补偿方式主要有几种。即在高低压配电线路中对并联电容器组进行分散安装，在变电所母线位置处对并联的电容器组进行集中安装；在单台电机处对并联电容器进行安装；在用户车间配电屏和配电变压所低压侧对并联补偿电容器进行安装等。在变电设计过程中，一般会选择在用户的电源开关柜子与变压器低压侧间进行并联补偿的安装方式进行无功补偿。
在变电设计中，无功补偿的目的是为了改变电网的无功潮流的分布，减少电网传输中的各种电压以及有功功率的损耗，从而改善到达用户处的电影的质量。在进行无功补偿装置的设置过程中，应该以系统稳定性、电网电压、无功平衡、调相调压等因素作为依据，对无功补偿装置的种类、形式、地点、电压等级、容量等进行设置。电气装置的布置形式、接线形式、控制保护形式等也应该要结合安装地点的实际情况进行灵活设计。总的说来，无功补偿主要是为了促进功率因数的提高、提高设备的供电能力、减少设备容量、降低电网传输过程中的电能以及功率的损失等。
二、电力变电设计中的无功补偿技术
1）调相机。同步调相机是最早把无功补偿运用到设备中的，其工作的原理与空载运作的同步电动机相似，即利用励磁运行的作用使得系统接收到无功功率，进而使得无功电源发挥作用；如果在欠励磁的情况下运行，系统便会把感性功率传输给它，从而发挥无功负荷的效果。针对励磁的运行在这种装置中会安装自动调节装置，使得同步调相机能够按照该装置产生的电压对吸收或者输出的无功功率作出相应的改变，通过调节电压来确保系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，这就决定了其有功损耗过大，约占容量的1.6~5.4%。而且同步调相机如果采取小容量，则会导致其单位容量的成本显著提升。就现阶段的情况而言，此无功补偿的装置仍然只是在生产中使用，随着控制技术的不断进步，使得其控制性能也获得了一定程度的改善。
2）电容器。无功补偿中电容器的运用其工作原理就是将电容器并联在系统当中以提升系统的容性负载，进而再向系统输出或者吸收容性功率，完成感性负荷以及线路对于感性无功功率的需求，最终实现无功补偿的作用。利用电容器来实现无功补偿具备一系列的优点，比如一次性投资以及运行费用较少，安装调试便捷，效率高，损耗低，不仅可以集中使用，也可以分散装设。就目前的情况而言，我国电力系统中有90%的无功补偿容量都是通过并联电容器来实现的。但是，该装置提供的无功功率与对应节点电压数值的平方具有正比例的关系，这就决定了节点电压如果很低的情况下想要提升无功功率难度很大，对于补偿效果来说，改变系统电压的时候，就会使得该装置的补偿效果显著降低。
3）电抗器。联电抗器在无功补偿装置中是非常重要的组成部分，其最大的优势在于能够通过增加感性无功功率，从而实现对电力系统中冗余的容性无功功率的平衡，对于电力系统轻负荷、输送功率小具有很好的效果。因此，不管是在电力系统的早期还是还是在电力系统的后期都显得十分重要。如果电力系统出现轻负荷、输送功率小的情况，就会使得输电线路中的感性无功功率降低，然而导线中的电容性作用是保证输电线路产生的容性充电功率超过感性无功功率，为了确保系统电压水平得以平衡，就必须维持系统的无功平衡，否则便会使得电力系统的电压增大，严重威胁着系统运行的安全性。
4）无功补偿器（SVC）。无功补偿器是第二代无功补偿装置，通常而言是指静止无功补偿器，其应用范围有输电系统的负载无功补偿以及波阻补偿。具有代表性的有晶闸管投切电抗器（TCR）、晶闸管控制电抗器+固定电容器（TCR+FC）、晶闸管投切电容器（TSC）。TCR结构如图1所示，其实现无功补偿的原理就是通过控制晶闸管触发角，来改变接入系统的等效电纳，从而实现调节系统中无功功率的输出的目的。但是该种装置尚存在问题：由于晶管具备班控的特点，一旦被触发导通，则只有等到流经它的电流不超过维持电流之后才能够关断，因此在半个电源周期时间范围内，反并联晶闸管只能够受控导通一次，这就决定了TCR在理论上不可避免地会出现控制滞后的问题，对于补偿系统的动态响应性能会造成一定程度的影响。
5）静止无功发生器（SVG）。在电力技术飞速发展的条件下，静止无功补偿装置也逐步应用到电力系统当中，该装置使用的线路可以实现自变换变流，就其实质而言就是静止无功发生器（SVG），也可称之为静止同步补偿器，是第三代无功补偿装置。SVG其等效电路如图2所示。由于SVG使用的是全控制器件，能够实现交流上电压的相位的随便控制，即便交流上电压的幅值会受到直流上电压幅值产生的影响，但是还是在能够控制的范围内。所以可以通过控制交流上相位以及电压幅值对其进行改变，也就是说，可以实现交流上电流相位落后或者超过电网电压相位90°，最终实现吸收或输出无功功率的效果。如果忽略无功发生器所产生的损耗，那么和系统之间就没有有功交换，只存在无功交换，直流上电压电容同样会保持不变。只有在SCG启动之后，吸收了充足的有功功率，才能对电容实施充电，才可以建立直流电压。系统在正常运行时，由于存在损耗使得电网电流和电压矢量无法垂直，为了补偿SVG的损耗就需要向电网吸收有功功率。由于高压全控型器件比较昂贵，所以如果在低压系统中应用SVG的时候，可以直接使用交流电抗器和电网实现连接，如果在高压系统中应用SVG的时候，可以使用串联变压器实现与电网的连接。
四、小结
总之，无功补偿技术十分复杂，不仅对电流有严格的要求，同时对硬件的性能也有严格的把关。系统的管理者与执行者需要不断提高自身电力及其自动化专业知识的储备，以专业的素质和自身的实践相结合，从而更好的发展无功补偿技术。
参考文献：
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[2]肖冠军.变电站设计中的电压调整与无功补偿[J].建筑电气，2008（10）.
[3]梅峻峰，冯岩.浅谈变电设计中的无功补偿[J].科技创新导报，2011（01）.
论文作者:王万里
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
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