電力系統無功補償的研究與分析

麥海波

(湛江港(集團)股份有限公司，廣東 湛江 524068)

無功功率是從何而來？它是不會憑空產生，也是不會憑空消失的。通過發電機提供的無功功率穩定電壓水平往往是“杯水車薪”。因此，通過無功補償產生更多的無功功率滿足日常需要，這是實現電力系統經濟、穩定運行的基本手段，是電力系統穩定運行不可或缺的部分。

一、無功補償現狀

不穩定的電網電壓還容易對機器設備造成損壞，阻礙經濟的發展。電力運輸方面損耗大，浪費了電力資源。雖然我國電力系統的輸電網絡裝置了很多靜止無功補償設備，但這些大致均是來自于國外，直到20世紀70年代，我國對在晶閘管控制的SVC里投入了大量的研發資金，在SVC裝置的技術研發方面還有許多不足之處。因此，發展無功補償裝置穩定電網是我們這代人刻不容緩的責任和義務。

二、無功補償原理

在電力系統中，要保證電網穩定，則必須有功功率與無功功率相保持平衡。當在電力系統中的電壓波形為正弦波，且電壓與電流同相位的條件下，電感性電氣設備在運行工作時需要建立磁場，以此來滿足電力設備的正常運行。當電網中有一部分用在了補充無功功率上時，則勢必會引起電網的不平衡，加重了電網的負荷。所以要通過外來設備進行無功補償，以此來補償電感性設備的無功功率。因此，在電磁電路之中安裝電容元件，使得二者電流方向和電流大小相互抵消，從而穩定電網電壓。把感性元器件與容性元器件并聯接在同一電路中，電流和電壓的大小和矢量之間相互抵消，能量在兩種不同的元器件之間彼此相互轉化，這便就是無功補償的原理。

三、無功補償裝置

(一)同步發電機。同步發電機在無功補償里是最早的無功補償裝置。在系統中，它可以通過電機運轉輸送實實在在的有功功率，也可以輸送網絡中所需要的無功功率。在浩繁的無功補償中以同步發電機模式是最先利用的補償裝備之一，但此補償體例具備效率低下的錯誤，近年來已逐步被裁減。

(二)同步調相機。同步調相機其結構與同步發電機類似，它不承擔機械負載，但能夠吸收和提供無功功率，發揮著改善電網功率因數，維持電壓水平的作用。但它也存在著運行時勵磁電流大、損耗較為嚴重，產生熱量較多的缺點，隨著靜止無功補償裝置的發展，同步調相機也逐漸被取代。

(三)并聯電容器組。并聯電容器又稱移相電容器。它的首要感化是用來抵償電力系統中感性負載的無功功率，以此來進步功率因數，改良電壓質量和下降路線消耗。由于其使用簡單、成本低廉，是使用最為普遍的無功補償裝置。但是其也有調節性能差，易于引起電網中的諧波震蕩的缺點，易發生安全事故。

(四)靜止無功補償設備。它是由電氣元器件可控硅等電子元件組成，具有響應速度快等優點。隨著電力電子技術的發展，采用晶閘管技術，靜態無功補償裝置已進入了歷史的舞臺，這使電力系統的無功功率補償的新的可能性。晶閘管開關電容型靜止無功補償器可以實現快速，精確投切，能夠確保電力系統電壓穩定。這種靜止無功補償設備已越來越成為我國電力系統無功補償的主流。

(五)靜止無功發生器。靜止無功發生器同靜止無功補償設備類似是一種電力電子設備，主要是由電抗器、啟動裝置和控制系統組成。靜止無功發生器具有抑制諧波，防止電流突變的優點，一般運用于大型異步電機、變壓器或車床上，也可適用于供電不足，電壓波動大，功率因數低的地區。但是其結構具有復雜性和不穩定性，且價格高不適合大范圍的使用，因此這些因素限制了靜止無功發生器在電力系統中的使用和發展。

四、無功補償的容量確定

電力系統中的無功抵償裝配目標是為了在電網無功功率補償，但是，電網的無功補償容量也不是隨便設置。這需要根據各種相關因素來確定，進行無功補償之前先要確定設備所需的補償容量和注意事項。

(一)防止無功補償的過補和欠補。欠補顧名思義是指用電力系統中的感性無功功率大于容性無功功率；過補是指用電系統中的容性無功功率大于感性無功功率。過度補償和欠補償會使電氣設備及線路的功率損耗增加和母線及線路的電壓增加過度，而防止過度補償和欠補償的方法將電容器與電動機采用同一個斷路器，電容器和電動機同時通斷，從而達到同時增減的目的。

(二)反向無功功率的危害。反向無功功率和下補償反應性將引起電壓和電流之間的電位差。如果大量的無功功率被發送回給電網系統很長一段時間，就會造成電網系統的電壓上升，并導致對電網的破壞，嚴重時甚至會造成電網系統崩潰。

(三)就地補償。即指安裝在設備附近進行無功補償，此方法具有價格低廉、安裝方便等優點。

(四)在電網停電時應切除，電網送電后投入，以避免給電網造成過大的電壓降或破壞電網路線、裝備等等。電力電容器帶電運行切除、檢驗以前，都要進行放電處理，以此來增添安全性，保護人身安全。

五、結語

對于無功補償技術的研究，促使我國產生了許多電氣專業人才。使得我國電力行業大力發展，在無功補償以及諧波震蕩等方面有了明顯的進步。這對于穩定電網安全和維護我國經濟安全具有重大意義。