電力系統中無功補償裝置的應用研究

1.趙 耀 2.杜 培

1.國網福建省電力公司檢修分公司 2.福建水口發電集團尤溪流域分公司

電力系統中無功補償裝置的應用研究

1.趙 耀 2.杜 培

1.國網福建省電力公司檢修分公司 2.福建水口發電集團尤溪流域分公司

隨著我國經濟的飛速發展和國際化能源緊張局勢的加劇，加強電能質量和節能降損管理已成為國家政策的重要內容。電力系統中電壓和頻率是衡量電能質量的兩個最重要指標。為確保電力系統的正常運行，供電電壓和頻率必須穩定在規定的范圍內。其中電壓控制的重要方法就是對電力系統的無功功率進行控制，采用無功補償裝置已成為電力系統改善電網質量、節能降損最經濟有效的方法之一。下面文章對無功補償裝置的應用進行闡述，以供參考。

電力系統；無功補償裝置；應用

無功功率的存在是眾多電氣設備正常工作的需要，也是必備要求，它反映了負載特性，其分布和大小變化也會影響電壓穩定。此外，負載所需無功功率的大小會由電氣設備的運行條件、環境參數、網絡結構、材質特性、負載大小等因素所決定。由于電網絡實際上是給許多電氣設備提供電能的通道，而電氣設備的特性又各不相同，其中無功功率大小是波動的，且隨機性很強。無功功率的存在擠占了電網絡給負載提供有功功率的資源，應科學合理地進行適當補償。如果無功功率均由發電機提供再經過長距離傳送，這是不可能的，合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率。

1 電力系統中的無功補償裝置

1.1 電力系統中無功補償的意義

電力系統中無功補償其，對于電力系統的整體運作有著極其重要的意義。其在使用中對電網無功進行適當化的補償，進而可以對于電網其電壓的穩定性給以提升，同時還可以對于電力系統中的設備利用率以及功率因數給以提升，還可以降低傳輸線的線損，對輸電系統的輸電能力給以了提升，實現三相功率的平衡，并且還可以為電力系統給以電力方面的支撐，進而切實的保障電力系統其運作的可靠性和安全性。

1.2 電力系統中無功補償的方法

電力系統中無功補償其在方法上具有多種的方式，從能源供給的方面進行觀察，可以將其劃分為有源補償和無源補償兩種；按照補償的方式進行劃分，可以將其劃分為串聯補償、并聯補償以及混合式補償的三種形式；從補償狀態以及補償裝置的應用角度進行觀察，可以將其劃分靜止類無功補償、機械旋轉類無功補償、復合類無功補償三種，此類劃分的方式是最為全面和精準的，因此文章以此劃分方式為背景展開了詳細的應用講解。

2 無功補償裝置分類

無功補償裝置分類有很多種方法，按能源供給的角度可分為無源補償和有源補償兩大類。

2.1 無源補償

無源補償裝置僅能發出無功功率，而不能吸收無功功率，早期的無功補償裝置主要是無源裝置，是在系統母線上并聯或者在線路中串聯一定容量的電容器或者電抗器。按控制方式可分為靜態、動態及混合方式3種。靜態補償指以電磁型交流接觸器為電容器投切開關的自動無功補償裝置，即控制器控制的投切器件是有觸點的開關；動態補償指采用可控硅投切電容器、電抗器的無功補償裝置，即控制投切的開關是無觸點的復合開關，快速投切調節器。

2.2 有源補償

有源補償裝置不僅能夠發出無功功率，而且也能夠吸收無功功率，具有雙向調節的強大能力。早期的如同步調相發電機，現代常見的為靜止同步補償器(SVG)。同步調相發電機相應速度慢，噪聲大，損耗大，技術陳舊，屬淘汰技術；靜止同步補償器(SVG)指采用電力電子器件IGBT功率模塊搭建整流和逆變電路，組成可控電壓源有源發生裝置，提供感性或容性電流自動連續補償，實現功率因數全過程調節。SVG屬快速的無功補償裝置，國外從20世紀80年代開始研究，90年代末得到較廣泛的應用。

3 無功補償裝置的優越性

無功補償裝置的優越性主要體現在以下幾點。

1)無功補償帶無源濾波。這類無功補償能起到濾波的作用，其基本原理是利用并聯的LC串聯電路對某次諧波形成短路(即對諧波形成無阻通道)，而對基波則形成純電容或純電感的無功補償。這類補償一般僅針對低次諧波，如5次、7次、11次、13次等。

2)方便快捷的人機操作。補償裝置大都內置高速微處理器，能實現快速數據采集、信號處理、分析計算、決策優化、輸出控制等功能，正式投入運行前需進行一些參數設置，方便的人機操作使控制系統的靈活性和準確性得到很好的發揮，在某些情況下還可以利用鍵盤和顯示器調用歷史數據。

3)控制參數的整定設置。現代的無功補償裝置智能化程度很高，如控制目標可設定為電壓穩定或功率因數補償、瞬時無功控制、專家系統或智能控制等。為滿足通用性的要求，有些控制器還要求設置電流或電壓互感器變比，通信波特率設置、歷史數據查詢、故障或停電次數記錄等。

4)靈活的網絡通信功能。所有的無功補償設備都具有遠程通信功能，且可以設置相應的遠程通信端口、通信協議和波特率。一般有RS232、RS485等串行通信通道。補償裝置可將現場采集到的所有數據通過串口與各種接收設備進行數據傳輸。

4 無功補償最新進展

4.1 智能終端

網絡技術的發展，使得電力系統的無功補償可通過電網監控中心發出的指令實施投切操作，這種操作指令均是通過有線或無線通信網絡傳遞的。電網監控中心通過從各遠程終端發送過來的數據，經最優控制、決策運算后，通過網絡傳輸信道啟動相關的無功補償設備，電力系統綜合自動化中常采用這種形式。

4.2 多功能化

從電力系統構成的角度來看，除了應滿足上述共性要求外，大體上還有無功補償帶無源濾波、方便快捷的人機操作、控制參數的整定設置、靈活的網絡通信等附加功能，有的甚至還要求在電源合閘前先對負荷有無潛在故障點進行檢測。

綜上所述，在無功補償的發展歷史中，電力電子開關不僅能保證快速、準確地實施補償，還能夠將先進的智能控制技術引入到無功補償中，使其具有了高度的靈活性和實時性，更好地保證了系統運行的穩定性和可靠性。合理選擇補償裝置，可以做到最大限度地減少網絡損耗，使電網質量得到有效提高。

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