淺析電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)

【摘要】當(dāng)前，在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無功率補(bǔ)償裝置，無功率補(bǔ)償更廣泛的應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、油田、煤礦、港口、小區(qū)等需要低壓無功快速補(bǔ)償?shù)碾娏τ脩簟２捎秒娏﹄娙萜鬟M(jìn)行無功率補(bǔ)償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。國內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償（如風(fēng)機(jī)、水泵等），其它各種場合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。本文簡述我國電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及目前電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償存在的問題，提出今后我國無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的方向：無功功率動(dòng)態(tài)自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)，諧波抑制。

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償技術(shù)；作用；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

無功功率補(bǔ)償裝置的主要作用是：提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備的功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。

1.我國電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，電力行業(yè)也得到快速發(fā)展，特別是電網(wǎng)建設(shè)，負(fù)荷的快速增長對(duì)無功的需求也大幅上升，也使電網(wǎng)中無功功率不平衡，導(dǎo)致無功功率大量的存在。目前，我國電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式：

（1）同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)屬于早期無功補(bǔ)償裝置的典型代表，它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但響應(yīng)慢，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償，目前很少使用。

（2）并補(bǔ)裝置：并聯(lián)電容器是無功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置，但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無功，盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無功的動(dòng)態(tài)變化，但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級(jí)的無功調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無功的平滑無級(jí)的調(diào)節(jié)。

（3）并聯(lián)電抗器：目前所用電抗器的容量是固定的，除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外，用以抑制過電壓。

以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果，但在實(shí)際的無功補(bǔ)償工作中也存在一些問題：

（1）補(bǔ)償方式問題：目前很多電力部門對(duì)無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償，不向系統(tǒng)倒送無功，即只注意補(bǔ)償功率因素，不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。

（2）諧波問題：電容器具有一定的抗諧波能力，但諧波含量過大時(shí)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞；并且由于電容器對(duì)諧波有放大作用，因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。

（3）無功倒送問題：無功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的，特別是在負(fù)荷低谷時(shí)，無功倒送造成電壓偏高。

（4）電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題：有些無功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的，線路電壓的波動(dòng)主要由無功量變化引起的，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的，這就可能出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。

2.無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢

國家大力倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會(huì)，從國家到地方已經(jīng)明確下達(dá)了各種節(jié)能指標(biāo)。節(jié)能、節(jié)電事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，這是一股強(qiáng)大的潮流。在所有的電力節(jié)能產(chǎn)品中，首先要提到的就是無功率補(bǔ)償裝置在我國有著巨大的潛在市場。2009年，一系列的經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃給電力電子行業(yè)帶來了很多機(jī)會(huì)，主要供方和用方兩方面。供方主要對(duì)用戶的補(bǔ)貼上，另外，在這個(gè)政策的拉動(dòng)下，企業(yè)也降低了成本的壓力，地方政府的政績和節(jié)能降耗的水瓶已經(jīng)掛鉤，國家和地方政府補(bǔ)貼能達(dá)到30%以上。今年來，國家無功率補(bǔ)償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量有了大幅度的提升，相當(dāng)一部分優(yōu)勢企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，以及節(jié)能降損管理的加強(qiáng)等，引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功率補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

近20年來，世界各地（包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯等國）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視，持續(xù)了72小時(shí)的8.14美加大停電給美國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。這次事故提醒人們，電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無功備用容量，無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵(lì)獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營商從維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。

早期的無功率補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要的補(bǔ)償方式，應(yīng)用范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處，但同步補(bǔ)償器成本高，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，使其推廣使用受到限制。

隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功率補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個(gè)工業(yè)用品閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動(dòng)，交流傳動(dòng)，電磁合閘，交流不間斷電源盒無功率補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。品閘管的電力電子器件不斷的問世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電子電力技術(shù)對(duì)無功率補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展契機(jī)。

無功率補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有一下三個(gè)方面：

（1）是作為投切電容器開關(guān)。因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短（ps級(jí)），所以能夠選擇電容的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)代并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中的輸回路就引進(jìn)了該技術(shù)。

（2）是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率，使其能夠方便的控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無功的變化，靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。

（3）是引入電力電子變流技術(shù)，將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出，起到補(bǔ)償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有慮源波器。

3.總結(jié)

本文對(duì)無功率補(bǔ)償技術(shù)的作用、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢多了較為詳細(xì)的介紹，不僅有節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費(fèi)開支，延緩用戶增容改造等作用。