淺談電力系統靜止無功補償技術的現狀及發展

徐志宗

摘要：電力系統的各節點水平與無功功率具有直接相關性，無功功率平衡的情況下，各個節點的電壓水平才能保持理想狀態。從當前電力系統的無功補償情況來看，存在一些無功功率變化比較頻繁的設備，需要無功功率補償，保證設備的穩定可靠運行。本論文著重于研究電力系統靜止無功補償技術的現狀以及發展。

關鍵詞：電力系統;靜止;無功補償技術;現狀;發展

電力系統的各節點無功功率是否保持平衡狀態對各個節點的電壓水平起到了決定性的作用。現在各個領域需要系統電壓有較高的穩定性，特別是精密設備，如果電壓不穩定，就會影響設備的性能，甚至對設備產生破壞性作用，比如，光學精密設備了、醫療設備等等，都需要無功功率補償。如果采用傳統的無功補償設備，就是將電容器、同步發電機以及調相機并聯起來，由于并聯電容器阻抗不能做出調整，其對負荷無功功率所產生的變化不能動態跟蹤，同時一些補償設備，諸如調相機是旋轉設備，同步發電機也是旋轉設備，這些設備在運行的過程中不僅損耗大，而且產生很大的噪聲，如果無功補償太大或者太小都不太合適，無法適應當前電力系統發展的需要。無功補償過程中選擇靜止無功補償裝置，使用晶閘管無功補償設備進行靜止無功補償。這樣的無功補償裝置主要包括三種類型：第一種類型是具有飽和電抗器的靜止無功補償償裝置;第二類是晶閘管控制電抗裝置;第三種是自換向交流技術的靜止無功補償裝置。本文的研究中，主要是對這三類無功補償裝置的現狀以及發展情況予以介紹。

一、具有飽和電抗器的無功補償裝置

飽和電抗器主要包括兩種：第一種為自飽和電抗器;第二種為可控飽和電抗器。兩種電抗器使用的飽和無功補償裝置為，前一種是自飽和電抗器的無功補償裝置，其要發揮無功補償的功能，就需要電抗器自身所具備的能力將電壓穩定，其所發揮的作用是通過鐵心的飽和特性對發出的無功功率以及吸收的無功功率予以有效控制[·1]。飽和電抗器是運用鐵心的飽和程度對繞組中電流予以控制，使得繞組的感抗發生改變。要進一步控制無功電流，采用靜止無功補償裝置的效果會更好一些。早在二十世紀60年代，英國就已經將這種裝置制成成功，后來美國通用電氣公司也將靜止無功補償裝置制成。這種裝置之所以能夠有效發揮無功補償的作用，是由于其飽和電抗性能高，但是需要投入的成本也是很高的，與普通的電抗器相比較，要多3倍，而且電抗器的硅鋼片處于持續飽和狀態，造成鐵心大量損耗，與并聯電抗器相比較，損耗的程度可以達到3倍之多。靜止無功補償裝置還有一些不足之處，比如，其振動性比較大，產生很大的噪聲，對于裝置的調整需要很長的時間，采用動態補償的方式，補償的速度慢。正是由于靜止無功補償裝置存在這些缺點，所以現在已經很少使用了。

二、晶閘管控制電抗裝置

將兩個晶閘管并聯，然后與電抗器串聯，連接為一個三角形。所形成的這種電路連接到電網中，就可以起到交流調壓器的作用，承擔電路接電感性負載。這種連接方法在實際中應用，在設計降壓變壓器的時候，使用漏抗的電抗變壓器，結合使用可控硅控制的電抗變壓器，就不需要變壓器單獨接入了，將斷路器電抗變壓器的次繞組與高壓線路之間直接連接，一次繞組連接到較小的電抗器上，再連接到可控硅閥，對電抗變壓器的第三繞組使用合適的回路，就可以起到無功補償的作用。比如，安裝濾波器，就可以使得無功補償過程中所產生的諧波量減少[2]。

如果單獨運行T細胞受體，對無功功率起到吸收的作用，而無功功率無法發出來，這是需要解決的問題。面對這樣的問題，就需要將并聯電容器配合使用T細胞受體，就會形成無功補償裝置，根據投切電容器的不同元件，可以將其劃分為T細胞受體靜止無功補償和固定電容器靜止無功補償。T細胞受體配合使用斷路器投切電容器的靜止無功補償裝置運行過程中，發揮了T細胞受體的作用，補償器的反應速度加快，使用更加靈活。在當前的輸電系統中以及企業單位對這種補償方式使用，而且固定電容器補償裝置在無功補償中發揮重要的作用，其是從感性范式延伸到容性范式，這就需要電抗器的容量足夠，能夠更好地發揮無功補償的作用。如果補償器在運行的過程中吸收的無功電流非常小，那么電抗器和電容器也都會吸收一定的無功電流，而且相互之間可以抵消。TSC+MSC型補償器的運行中，通過采用分組投切電容器，就可以將這種缺點化解，防治斷路器的投入過于頻繁以及不斷地切除，保證斷路器的穩定運行。

三、晶閘管投切電容器

對于電容器組頻繁投切的問題要有效解決，就需要運行TSC裝置，采用并聯的方法，然后將電容器接入到電網當中，或者從電網中斷開，與小電抗器之間串聯，就可以對電容器投入起到一定的抑制作用。當電網處于運行狀態的時候，就會有沖擊電流TSC產生，其主要是用于三相電網中，構成三角形的連接方式，當然也可以根據需要形成星形連接方式，對稱網絡通常使用星形連接方式[3] 。如果是負荷比較小的對稱網絡，通常會采用三角形的連接方式。無論是采用哪一種連接方式，都是用電容器分組投切，主要的作用是對無功電流進行無級調節，當然，電容器級數決定武功電流的調節效果，級數越多，效果就會越好。但是，由于系統非常復雜，而且還需要經濟投入，使用K-1個電容值為C的電容即可，如果電容值為C/2的電容，就可以構成2K級的電容組數，其投切時間比較短，可以保證電壓穩定。也就是說，電容器兩端電壓與電源電壓之間是相等的，此時投切相應的電容器，電路所產生的沖擊電流通常為零。補償裝置所發揮的作用是確保投切電容器更好地發揮作用，通常對電容器進行充電，然后投入電容器。

四、新型靜止無功發生器

電力技術不斷升級，將變流器充分利用起來進行無功補償是非常必要的，相關的力量研究比較完善。隨之，逐漸出現了應用交流技術，實施動態無功補償，這種靜止補償器所發揮的補償作用是采用自換相橋式電路，將其與電網并聯，或者并聯到電抗器上，使得電網運行的過程中可以自動切換到交流技術的靜止無功補償裝置。這種動態補償的機理是，當逆變器脈寬保持不變的時候，調節逆變裝置就會有電壓輸出，與系統電壓之間形成夾角，就可以對無功功率有效補償，保持無功功率的有效發出或吸收。

五、結論

通過上面的研究可以明確，自換向交流技術的靜止無功補償裝置所發揮的補償作用是采用橋式電路，通過多重化技術實現補償。對于諧波的處理則是采用多電平技術或者脈沖寬度調制技術進行處理。如果諧波限制在規定的范圍內，采用自換向交流技術的靜止無功補償裝置，不需要發揮儲能元件的作用，就可以與系統之間進行無功交換。實際上是發揮直流電容的作用對直流電源電壓予以維護，與具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置和晶閘管控制電抗裝置使用的交流電容相比較，直流電容量要更較小一些，而且資金投入量少，電壓質量得以改善。

參考文獻：

[1] 周慧娟. 電力自動化中智能無功補償技術的應用研究[J]. 時代農機， 2018（06）：25-26.

[2] 常棟梁， 何立柱， 李洋， et al. 配電網功率平衡調節與無功補償研究及裝置[J]. 電力系統及其自動化學報， 2019（04）：132-138.

[3] 趙超. 無功補償兼濾波裝置在玉溪大紅山礦業有限公司35 kV變電站中的應用[J]. 中國礦業， 2018（B10）：217-219.