淺談無功補償設計與裝置

內容摘要：在電力系統中，存在這一些做無用功的設備，并且使用這類電力裝備會導致電力系統電壓劇烈波動。假使無功功率不能適時得到有效控制，就將會對電網電壓產生不利影響。另如何快速有效地解決電網中的無功功率不足問題系統具有重要的現實意義。本文首先概述了對無功補償設計與裝置進行介紹，包括無功補償電容器，靜止無功發生器。

關鍵詞：無功補償;電力系統;補償設計.

一、無功補償裝置

1無功補償電容器

目前在國內無功補償電容器的應用較多，設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統方法之一。使用并聯電容補償器具有結構簡單，經濟方便的優點。當未接電容C時，流過電感L的電流為IL，流過電阻R的電流為IR，電源供給的電流為I1， I1=IR+jIL，此時相位角為φ1，功率因數為cosφ1。如果并聯電容器C與電源設備（如變壓器）或負載（如電機）并聯連接，則電源設備或負載所需的無功功率可能全部或部分由并聯電容器，即來自并聯電容器的容性無功功率。消耗的感性無功功率用于補償負載。并聯接入電容C后，由于電容電流IC與電感電流IL方向相反，使電源供給的電流由I1減小為I2， I2=IR+j（IL-IC），相角由φ1減小到φ2，功率因數則由cosφ1提高到cosφ2 。

聯電容器具有原理簡單，安裝維護方便、成本低等特點，目前變電站中大多使用 66kV、35kV 和 10kV 電壓等級的并聯電容器。但是它只能提供固定容量的無功，無功補償容量越大，裝置的體積也隨之增大。并聯電容器是目前配電網中應用最廣泛的無功補償裝置，通過斷路器將電容器并聯接于電網，因為電容器發出的容性電流超前電網電壓90o，而電網中的負荷呈感性，感性電流滯后電網電壓90o，容性電流與感性電流相抵消，達到補償無功的效果。為了避免浪涌電流時的輸入電容，與一定容量的電容器在反應器的一端以減少開關過電壓和過電流的影響系列。電容器易受電網諧波影響和電網，有可能是電感的諧振，使諧波放大元件發生過電壓，電容器，因此燒毀事故。大容量電容器作為儲能元件，斷路器和網絡連接，根據功率電壓曲線運行，功補償變化緩慢，對沖擊載荷的不敏感，可實現實時動態快速功補償。

2靜止無功發生器

SVC高壓動態無功補償裝置所示接入系統中，電容器提供固定的容性無功QC，補償電抗器通過的電流決定了補償電抗器輸出感性無功QTCR的大小，感性無功和容性相抵消，只要能做到系統無功QN= QV（系統所需）-QC+QTCR=常數（或0），可以實現常數電網功率因數、電壓波動，幾乎關鍵在于精確控制晶閘管的觸發角，得到了補償電流，晶閘管變流器設備和控制系統可以實現的功能。收集總線電壓無功電流價值和價值，無功功率的綜合價值，并設置恒無功功率值（可能是零），觸發角的大小，計算了晶閘管觸發裝置，所需的電流流過晶閘管。不對稱負載，使用steinmets理論實現階段調整，消除負序電流，三相電網平衡。

TCR的基本結構是兩個反并聯的晶閘管與電抗器串聯。晶閘管在電源電壓的正負半周輪流工作，當晶閘管的控制角α在90°到180°之間時，晶閘管受控導通（控制角為90°時完全導通，180°時完全截至）。在基礎網絡電壓不變的前提下，增加控制角度將減少，這是當前降低感性無功功率設備;增加與減少的細胞控制角度將增加當前的感性無功功率和設備。每條曲線是TCR在導通角為某一特定角度下的伏安特性。

靜止無功補償（SVC）裝置的主要型式可分為以下幾種：

（1）晶閘管投切電容器型（TSC）

晶閘管投切電容器型靜補主要根據負載感性無功功率的變化，切除或投入電容器組時，在實際系統中，每個電容器銀行連接阻尼反應堆，以降低晶閘管電流的影響，以及避免共振現象和系統阻抗。電容器組可控硅，電容器是在兩個極端的當前值（零電流和諧波電流評級）開關，所以不產生諧波，這是它的優點，但無功補償是一個步驟，可憐的響應速度。TSC無功補償裝置的特點是快速響應（約10到20 ms），與它相比，雖然不是連續的無功功率調節，但運行時不會產生諧波和損失少的優點，因此在電力系統得到了廣泛的應用，和許多細胞使用，構成了TCR+ TSC型混合補償裝置。

（2）晶閘管相控電抗器（TCR）

晶閘管的觸發角從90°至180°連續調節，增大觸發角，TCR的等效導納增大，從而減小補償電路中的基波分量，電抗器的電路相應地從額定值到零值連續變化，故通過調整觸發角的大小就可以改變TCR所吸收的無功分量，從而達到無功補償的目的。單獨使用TCR只能吸收感性無功功率，因此常常與固定電容器（FC）并聯使用，二者配合使用時，被稱為TCR+FC型SVC。反映快速無功補償裝置的結構，約10 - 20 ms，運行可靠，可以調節無功功率，分相控制技術已經成熟，使用范圍廣，便宜的價格，與此同時，固定電容器系列調諧濾波器反應堆可以小，細胞吸收諧波電流，無功補償設備這種類型的實際應用最廣泛，電弧爐的控制電壓閃爍，幾乎總是使用這種形式。

（3）晶閘管相控電抗器和晶閘管投切電容器混合型（TCR+TSC）

主要由多個補償電容器和一組晶閘管相控電抗器組成，其基本原理是：根據系統的無功功率需求，向相應的電容器組供電，并給出少量的補償條件，晶閘管相控電抗器重復使用Absorb部分無功功率抵消了系統過多的無功功率，從而使系統電壓水平達到了控制目的。然而，這種補償方式仍然是評定性反應速度慢，感知條件產生大量諧波缺陷。

二、無功補償容量的選擇

無功補償應盡量分層（按電壓等級）和分區（按地區）補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸。根據國家《電力系統電壓和無功電力技術導則》規定，無功補償與電壓調節應以下列原則進行：

a.總體平衡與局部平衡相結合;

b.電力補償與用戶補償相結合;

c.分散補償與集中補償相結合;以分散為主集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功

d.降損與調壓相結合，以降損為主。

有優勢和各種功補償裝置中的應用不足。什么樣的補償裝置更適合城市配電網？首先，要考慮城市配電網的特點：1）負荷密度大，繁華的城市負荷密度大于40mW /平方公里，根據虛功補償裝置的配置需要大容量的原則;2）負載的多樣性，城市配電線路連接的商業和住宅用電負荷，具有各種性質的行業，尤其是在未來的智能電網的發展，配電網將允許連接的分布式發電，電網功的多樣性，要求補償裝置具有廣泛的適應性;3）在電能質量（包括電壓，諧波，三相電壓不平衡等）需要高質量的，電能質量的必要保障城市的政治，文化，經濟的發展和人民生活，但無功負荷時時都在變化，這就要求功補償裝置具有響應速度快的特點

參考文獻

[1] 李宏，董瑾.無功補償技術的研究[J]. 現代電子技術，2011（06）：34-35.

[2] 蘇敏. 無功補償原理及應用效果[J]. 中國新技術新產品，2011（06）：21-23.

作者簡介：

姓名：劉釗辰（19870506），性別：男，籍貫：遼寧省朝陽市，單位：國電和風風電開發有限公司，研究方向：風電并網對電網的影響