試論電力系統無功補償技術

引言：隨著經濟的不斷發展，人們對于電能質量以及供電可靠性的要求不斷提高，伴隨著近幾年多起重大電網瓦解電壓崩潰事故的發生，人們對電網的穩定性愈加重視，電力系統的無功補償技術作為電網穩定的重要保障，自然成為了維持電網安全、穩定的重中之重。本文主要闡述了電網中電力系統無功補償技術的發展現狀以及其在我國國內的應用情況，旨在為提高電網的運行效率、電網的供電質量，維持電網穩定，保障電網安全、電力系統正常運行提供一定的參考依據。

一、電力系統無功補償技術的發展現狀

（一）電力系統無功補償技術的原理與作用

無功補償的基本原理是將具有容性設備與感性負載相并聯。在日常的工業與生活用電負載中，絕大多數都屬于感性負載，具體應用在變壓器、熒光燈等設備中，這些設備在整個運行過程中都需要進行無功補償以維持其正常的運轉、保持其穩定性。由于無功補償裝置能夠補償掉負序電流分量，并可以達到三相負荷平衡的效果，因此，無功補償可使設備容量降低、電網電壓穩定、供電質量提高，因此，無功補償技術是維持電網穩定與電網安全的一個重要保障，也是提高供電質量與供電效率的一個必不可少的手段。

（二）無功補償裝置的應用現狀

1、同步調相機

同步調相機是最早采用的一種無功補償裝置。它相當于空載運行的同步電動機，不附帶機械負載，雖然在早期運用中，同步調相機確實起到了調節電壓、穩定電網的作用，但是由于其本身是旋轉機械，噪聲及損耗都較大，且投資費用不低，因此，在后來并聯電容器發展起來后，其應用逐漸降低，但由于它可在短時間內進行強行勵磁，所以仍用于一些高壓直流輸電系統中。

2、并聯電容器

繼同步調相機后，并聯電容器逐漸應用到無功補償裝置中。較同步調相機而言，并聯電容器價格低廉，投資費用少，且損耗低、易于安裝維護，既適合集中使用，又適合分散裝設。因此，并聯電容器在電網中應用最多。但是由于電容量固定，并聯電容器無法實現系統的無極補償，同時，當系統出現諧波現象時，由于并聯電容器本身的負電壓效應，這時便會出現并聯諧振、放大諧波電流的問題。因此，隨著無功補償裝置的不斷發展，并聯電容器的地位也逐漸的降低。

3、并聯電抗器

并聯電抗器是無功補償裝置的又一重要組成部分。其主要作用是通過提高感性無功功率來達到電力系統過剩容性功率平衡的效果。但是這種裝置的運用有一定的條件限制，一個是電力系統初期輸送功率較小，維持在一個額度內；一個是后期負荷較輕，否則會打破系統的電壓平衡，電壓會升高，從而導致電網安全無法保障。

4、靜止無功補償器

最早的靜止無功補償裝置是飽和電抗器，飽和電抗器又分為自飽和式與可控飽和式兩種。前者通過運用鐵心的飽和特性來控制無功功率的增減，這種裝置的響應速度較快，但是由于鐵心損耗比較大，且噪聲也較大，因此在運用中優勢并不明顯；后者可通過控制電流來控制鐵心的飽和度，從而改變電抗器的電抗，進一步改變無功電流的大小，但其使用仍受到一定的制約，因為在運用過程中，會產生很大的噪聲。

5、靜止無功發生器

靜止無功發生器與靜止無功補償器相比較更具進步性，因為其主要采用自換相變流電路。其基本原理是將自換相橋式電路并聯在電網上，通過對橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值進行調節，從而達到使電路吸收或者發出無功電流的目的。這種裝置與靜止無功補償裝置相比更加簡便易行，因為其體積已經大大縮小。同時，靜止無功發生器的成本也較為低，其運行速度、運行范圍都更具優越性，因而在實際運用中，該種裝置有著廣泛的市場。

但不可否認的是，靜止無功發生器的控制系統以及控制方法較靜止無功補償器更加復雜，因此其器件水平有待于進一步的提高。

二、我國國內無功補償技術的應用情況

目前國內應用較為廣泛的無功補償技術是機械投切電容器的方式，其較同步調相機等裝置而言價格更加低廉，性價比較高，同時，在系統運行過程中，它的變化頻率與波動幅度都比較小，因此其市場比較廣泛。目前，國內較為先進且有著一定市場的無功補償裝置是靜止無功補償裝置，我國約有5個變電站采用改種裝置。目前而言，一套靜止無功補償裝置設備的市場價格在150至275美元之間，可見其成本也并不很低，所以國內的高電壓等級的裝置設備尚未實現國產化。當今靜止無功補償裝置的生產企業為數不多，主要以西電科技、電科院電力電子公司等為代表。這些企業都較早的引進了靜止無功補償技術，也是較早的一批將其運用到輸電網絡中的企業。由于技術條件的限制，目前應用于電氣化鐵路的裝置還不是很多，國內關于電氣化鐵路裝置的研究也逐漸的展開與深入。

在國外，靜止無功補償技術已經廣泛應用，尤其是在歐洲、美國、日本等發達國家。較于國內而言，國外關于高電壓、大功率的靜止無功發生器裝置的應用也已成熟，其技術已經取得了很大的進步，其低成本、簡化的器件使得該種裝置的優勢得以全面的體現，因而，靜止無功發生器的運用較國內而言更加的廣泛，其占據的市場份額也更大。現今，國外許多國家已經進入了研究電壓不平衡以及非線性負載的階段。

三、結語

電力系統無功補償技術是維持電網穩定、保障電網安全的一個重要手段，因此對于無功補償裝置的研究也是我國電力系統發展研究的一個重要方面。目前，由于靜止無功補償裝置的價格比較低廉，性價比較高，且操作過程簡單易行，因而在應用中最為廣泛。本文旨在通過對電力系統無功補償技術的發展現狀及其在國內的應用情況進行分析，以此為我國電力系統的發展提供一定的參考依據。

參考文獻

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（作者單位：寧夏青銅峽鋁業股份有限公司）