動態無功補償技術的應用現狀及發展

包順先

動態無功補償技術的應用和發展對電力系統的安全穩定運行及電能質量的提高有十分重要的意義。本文介紹了動態無功補償技術中最有代表性的靜止無功補償器（SVC）和靜止同步補償器（STATCOM），總結了它們的工程應用現狀，分析了動態無功補償技術的未來發展。

【關鍵詞】動態無功補償 電能質量 靜止無功補償器（SVC） 靜止同步補償器（STATCOM）

1 引言

在電力系統的運行中，系統運行的安全性、可靠性和經濟性、輸送電能的質量是其最根本的問題。一些大功率負荷的投入、退出，或者系統局部故障等，都會造成系統中有功功率和無功功率的大幅擾動，從而對電網的穩定性和經濟性產生影響。特別是如電弧爐等沖擊負荷、非線性負荷容量的不斷增加，使得電力網發生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，產生電能質量降低，電網功率因數降低，網絡損耗增加等不良影響。另外，現在的直流輸電工程日益發展，大功率換流裝置（無論整流或逆變）都需要系統提供大量無功功率。特別是一端為弱系統或臨近的交流系統發生故障時，如果不能迅速補償大幅度波動的無功功率，就會導致系統失控或瓦解。

快速有效地調節電網的無功功率，使整個電網負荷的潮流分配更趨合理，這對電網的穩定、調相、調壓、限制過電壓等等方面都是十分重要的。

2 動態無功補償技術的現狀

性能優良的SVC（靜止無功補償器）和技術更為先進的STATCOM（靜止同步補償器）已大規模應用于電力系統及工礦企業。

2.1 靜止無功補償器（SVC）

靜止無功補償器（SVC）于20上世紀70年代興起，現在是已經發展的很成熟的FACTS（柔性交流輸電系統）裝置，其被廣泛應用于現代電力系統的負荷補償和輸電線路補償（無功和電壓補償）。SVC裝置的典型代表有：晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）和濾波器組（FC）

隨著電力電子技術的不斷發展和控制技術的不斷提高，SVC向高壓大容量多套并聯的方向發展，以滿足電力系統對無功補償和電壓控制的要求。南瑞繼保在SVC的技術發展中做出了很大貢獻，為國內外電網提供了多套大容量SVC系統。

安裝于新疆-西北聯網工程第二通道750kV沙州變電站的SVC系統容量為-360Mvar（感性）～360Mvar（容性），由兩套配置相同的SVC組成，直接接入變電站同一條66kV母線，每套SVC包含TCR（-360Mvar）×1，濾波器組（+180Mvar）×1。本工程SVC系統TCR單體容量達到360Mvar，直接接入電壓等級高達66kV，開啟了我國輸電系統大容量、高電壓動態無功補償器的新篇章。

2.2 靜止同步補償器（STATCOM）

STATCOM系統基于電壓源型變流器，采用目前最為先進的無功補償技術，將IGBT構成的橋式電路經過變壓器或電抗器接到電網上，適當地調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態調整控制目標側電壓或者無功的目的。同時如果需要STATCOM在補償無功的基礎上對負載諧波進行抑制，只要令STATCOM輸出與諧波電流相反的電流即可。因此，STATCOM能夠同時實現補償無功功率和諧波電流的雙重目標。

南瑞繼保研制的百兆乏直流換流站動STATCOM在南方電網±500kV/3000MW永富直流富寧換流站順利投運，該項目是大容量STATCOM裝置應用于高壓直流輸電領域中的首個成功案例。此STATCOM系統包含協調控制系統和兩套35kV/±100MVAr STATCOM成套設備。換流閥采用多電平電壓源型換流器結構，成套設備占地面積小、功率密度高，具備快速暫態無功補償、目標電壓控制、交流系統故障穿越、協調控制等功能，是緩解直流換相失敗、無功電壓調節等的最佳解決方案，代表著柔性交流輸電和用戶電能質量領域的前沿方向。

3 動態無功補償技術的發展

當前，除了對SVC、STATCOM等無功補償技術的進一步研究，統一潮流控制器等新型無功補償裝置也有了新的進展。

3.1 110kV直掛式SVC閥組

隨著大電網大容量輸電工程的建設，對無功容量需求不斷增加。通過研制110kV直掛式SVC閥組，可以不需要變壓器直接將SVC接入高壓交流輸電系統低壓110kV側，滿足大容量無功補償的需求，同時也減小了設備的占地面積。110kV直掛式SVC閥組中關鍵技術正逐漸被攻克，這將成為高電壓、大容量的SVC裝置研究新的里程碑。

3.2 統一潮流控制器（UPFC）

統一潮流控制器（UPFC）是當今世界上電力電子技術應用的制高點，作為第三代FACTS設備代表，是迄今為止功能最全面的FACTS裝置，包括了電壓調節、串聯補償和移相等能力，可以有效解決功率輸送不平衡問題、提升電網潮流輸送能力，同時對于優化系統的運行、提高系統的暫態穩定、阻尼系統的振蕩具有顯著的作用，應用前景廣闊。

4 結束語

動態無功補償技術的應用可以提高用電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少功率損耗。在長距離輸電線中合適的地點設置動態無功補償裝置還可以改善輸電系統的穩定性，提高輸電能力。隨著社會經濟發展的速度越來越快，用電量也隨之在進行增長，電力是人們工作和生活當中不可或缺的能量，因此保證電力能夠高質量可持續的供應對我國經濟的發展起到的極大的影響，因此動態無功技術的應用，成為了滿足電力需要的重要保證。

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作者單位

南京南瑞繼保電氣有限公司 江蘇省南京市 211111