電力系統無功補償技術的應用與發展

摘要：在現代電力電子技術快速發展的背景下，受到非線性負載因素的沖擊性影響，可能導致電力系統所對應的務工損耗增大，降低了電網中電能的利用。由此可見，對電力系統進行無功補償有著非常深刻的現實意義。文章即從這一角度入手，在對無功補償主要價值進行分析的基礎上，對無功補償技術的應用方法和發展方向進行了研究。

關鍵詞：電力系統；無功補償技術；電力電子技術；非線性負載；負載元件；網絡元件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2015）16-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.067

在電力系統的運行過程當中，絕大部分的負載元件以及網絡元件都需要消耗一定的無功功率。若無功功率在供給方面出現一定的問題，則可能會導致整個電力系統的流經電流明顯增大，也可能對相關供電設備的視在功率水平造成一定的影響。除此以外，無功功率供給不足還會對電力系統終端用戶的啟動、控制設備運行造成影響，增加設備損耗以及線路損耗，提高變壓器乃至系統線路降壓水平，造成電網電壓的劇烈波動。因此，從確保電力系統穩定運行的角度上來說，做好對無功功率的補償工作有著非常重要的意義與價值。本文即圍繞電力系統無功補償技術的應用展開分析，同時對其發展趨勢與方向進行簡要介紹，具體分析如下：

1 無功補償的價值分析

在電力系統的運行過程中，受到非線性負載的沖擊影響，會導致無功功率的供給出現一定的問題，此時需要通過無功補償的方式來彌補其不足，達到維持系統穩定運行的目的。具體而言，在電力系統中進行無功補償的價值有以下三方面：

第一，電力系統無功補償能夠提高整個供電系統以及負載的功率因數，從而降低設備容量，減少因線路運行而產生的功率損耗。

第二，電力系統無功補償能夠使受壓端以及整個電網系統的電壓水平傾向于穩定狀態，促進供電質量的合理提升。特別是在遠距離的輸電線路中，視情況增設動態無功補償裝置對于穩定系統運行，提高輸電效能意義顯著。

第三，電力系統無功補償具有較好的適應性，特別是在三相負載不對稱的環境下，引入無功補償技術能夠促進三相負載傾向于平衡狀態。

2 無功補償技術的應用

在當前技術條件支持下，電力系統無功補償所采取的方法類型眾多，主要包括同步發電機、同步電動機、并聯電容器、靜止無功補償裝置以及靜止無功發生器等。其中同步發電機、同步電動機已經逐步被電容器以及新型靜止無功發生器所取代，而新型靜止無功發生器以其獨特的應用優勢與發展速度在無功補償領域中受到了越來越廣泛的重視。

在以上多種無功補償技術當中，以同步發電機模式為最早應用的補償設備之一，這種補償方式的運行效率低下，已逐步被淘汰。在此之后，并聯電容器在無功補償中得到了應用，它是通過降低電壓相量與電流相量相位差的方式，提高回路功率因數，但由于存在諧波干擾的問題，同樣較少使用。隨著現代電力電子技術的發展，靜止無功補償裝置得到了整個行業的關注與重視。1967年，英國首先制成了第一批自飽和電抗器下的靜止無功補償裝置，被嘗試應用于115kV電網系統中，取得了滿意的無功補償效果。當前，靜止無功補償裝置的具體結構有兩種類型：第一是基于半導體控制投切電容的靜止無功補償裝置。這種無功補償裝置的主回路上有多臺電容器保持并聯關系，根據系統所需的無功電流大小來決定補償電流的水平以及電容的投入數量；第二是基于可抗電抗器的靜止無功補償裝置，它的主回路上通過控制雙向晶閘管導通角的方式發揮對電抗器電流的控制目的。

當然，在具體工作中，以上兩種結構的靜止無功補償裝置可以混合使用，一方面解決因單獨使用半導體控制投切電容可能出現的電流無法持續補償問題，另一方面可以解決因單獨使用可抗電抗器可能出現的大容量補償體積過大問題。

在靜止無功補償裝置的基礎之上，新型靜止無功發生器的應用同樣得到了各方人員的關注與重視。這種無功補償裝置的主要通過電抗器或采取直接的方式將自換相橋式電路與電網并聯，對交流側輸出電壓相位以及電壓幅值進行調整的方式，讓電路實現吸收或發出所需無功電流的目的。相對于靜止無功補償裝置而言，這種無功發生器的優勢在于調節速度快、運行范圍廣、諧波干擾小。

3 無功補償技術的發展

根據以上分析來看，無功補償技術在近年來取得了非常顯著的發展成效，在無功補償效能方面也有一定的完善。然而在當前的無功補償技術方案中，還存在一定的不足，未來在無功補償技術上還需要向著以下三個方向做進一步的發展：

第一，合理應用新型信息檢測技術以及信號處理技術，當前大量的理論與實踐研究已經證實——廣義瞬時無功功率檢測方法即便是在電網電壓出現畸變或不對稱問題的情況下，仍然能夠對基波正序瞬時無功電流以及不對稱（高次諧波）瞬時無功電流進行準確的分離。在此基礎之上，根據分離得到的不同類型的瞬時無功電流，在無功補償時有選擇性地進行部分補償或完全補償，整體運行效能好，未來需要進一步探索將這種信息檢測技術與無功補償裝置的融合方法。除此以外，考慮到電力系統具有數據規模龐大、數據質量整體水平較低以及數據量大等方面的特點，同時系統要求相關裝置能夠根據所接收的數據快速、高效地做出反應，因此，在無功補償裝置方面，還需要探索將其與數據挖掘技術以及粗糙集技術的融合方法，以提高無功補償裝置在處理龐大數據以及獲取重要信息方面的能力。

第二，促進控制理論、控制方法的發展。在現代計算機技術快速發展的背景之下，無功補償裝置中現代化的控制器、控制方法以及控制理論得到了非常深刻的體現。在無功補償裝置系統設置中，通過引入新型的數字化處理器，不但能夠使數據采集的工作效率得到提高，還對處理的精度、實時性有重要影響，通過對控制方法的完善達到提高無功補償裝置運行效能的目的。

第三，提高電力電子器件性能。在整個電力系統當中，所使用電子器件的具體性能將對整個無功補償裝置的運行效率產生直接性的影響。因此，為了提高無功補償裝置的運行效能，可以嘗試從材料、技術、工藝等多個方面入手，提高基于半控制或全控制電力電子期間的性能。特別是在國內當前技術水平比較薄弱的全控型電子期間中苦下功夫，能夠為無功補償技術的應用帶來非常深遠的影響。

4 結語

電力系統在多個行業與領域中都有著非常廣闊的應用空間，無功補償的應用范圍也在持續不斷地擴展。同時，隨著電力電子技術、控制理論以及計算機技術等研究工具的不斷發展與創新，無功補償在整個電力系統中所處的地位也越來越關鍵。正是由于無功補償技術在電力系統運行中發揮著關鍵性的作用，在近年來，無功補償技術取得了長足的發展與進步，當然未來還需要向著更好的方向發展，以促進其綜合運行水平的不斷提高。

參考文獻

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作者簡介：司靜（1980-），女，河北人，秦皇島港股份有限公司第六港務分公司工程師，研究方向：變電所供電、運行、管理，中壓設備，低壓設備，電能補償。

（責任編輯：蔣建華）