探析電力系統中無功補償裝置的應用

劉揚

摘??要：電源對于我們現在的生活是非常重要的，我們無時無刻都離不開它，不論是在生活中還是工作中，都會受到它的控制。由于電力能源的需求量在不斷的增加，我們在提倡綠色生活的同時，還要解決影響電網內部的問題。尤其是無功補償的情況，因為不論是電壓的穩定性還是線路中存在的損耗情況都會受到它影響。所以我國的電網部門非常重視無功補償的技術研究和裝置應用。

關鍵詞：電力系統;無功補償裝置;主要分類;應用分析

在電力系統運行的過程中，由于受到功率因數和電壓波動的影響，導致電氣設備無法充分利用，造成電力傳輸能力不足、損耗增加。為了能夠的提高電力設備的運行效率，必須要對電力系統的無功電源進行合理優化以及及時補償，確保電壓水平的全面提高，保證電力系統的穩定運行。無功補償的裝置能夠確保有功網損和無功網損，保證整個電力系統實現安全穩定運行。

一、電力系統無功補償的應用價值

在電力系統中，由于受到無功電流的影響，導致系統的導線容量、設備容量和系統損耗不斷增多，對整個系統的可靠性和穩定性帶來不利影響。絕大多數的用電設備都具有改變特點，必須要從電力系統中吸收無功功率，如果有功功率保持恒定增大時會引起總電流增加，造成電力系統元件增加，這樣也會導致工廠內部的啟動控制設備、測量儀表等相關的設備規格出現增大的可能，造成投資費用過度[1]。

在系統傳送的過程中，總電流的增大也會造成供電線路的增大，給整個線路和變壓器造成一定的損失，也會導致電力系統發電設備調壓困難，由于無功電流的增加，導致電機轉子發生磁效應增加，激勵電流過度，轉子繞組的溫度會明顯升高，甚至會引起隱患。

由此可見，電力系統的無功功率很容易導致電壓和頻率無法保持恒定，除了要充分運用發電機無功功率之外，還應該安裝合適的無功補償裝置，確保整個無功系統達到平衡。

二、無功補償裝置的主要優點

（一）操作簡單

大多數的無功補償裝置都利用單片機的形式對數據進行處理和分析，能夠提高系統運行的整體質量，在設備安裝之前可以專人對整個設備的控制程序錄入到單片機中，可以保證無功補償裝置自動化運行，每一臺裝置都有人機交互界面，能夠方便管理人員對電力系統的運行情況進行全面的掌握，確保界面操作的效果得到提升。

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[4]。

（二）通訊靈活

無功補償裝置在內部預先安裝無線傳輸和接收裝置，能夠對遠端計算機的控制，信號進行實時接收與發送，確保無功裝置單片機的實時通訊，多個通訊串口與無功補償裝置設備進行連接，可以保證電單片機的控制指令，控制串口即時發出，保證了無功補償的動態效果，也能夠被數據庫直接調用，提高無線通訊裝置的遠程傳輸質量。

三、無功補償裝置的分類和選擇

（一）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。

（二）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。

四、結論：

隨著我國社會經濟的快速發展，工業、農業的生產對電量的需求也在不斷提高。由于受到地理環境、水力資源、燃料運輸等多種因素的影響，造成發電廠位置分布不均衡。為了能夠提高電力系統的整體穩定，必須要解決遠距離輸電的問題。無功補償能夠解決在電力系統中電壓不穩、電力損耗、無功電流的影響，確保電力系統的穩定運行。

參考文獻：

[1]葛寶江.電力系統中無功補償裝置的應用研究[J].中國高新區，2017（20）：114.

[2]王麗娟.變電設計中無功補償裝置的設計方式探析[J].山東工業技術，2017（15）：221.

[3]周元.電力系統中無功補償裝置的應用分析[J].中國設備工程，2017（14）：145-146.

[4]王輝.電力系統中無功補償裝置的應用研究[J].江西建材，2017（01）：193+195.