浅谈无功补偿设计与装置

内容摘要：在电力系统中，存在这一些做无用功的设备，并且使用这类电力装备会导致电力系统电压剧烈波动。假使无功功率不能适时得到有效控制，就将会对电网电压产生不利影响。另如何快速有效地解决电网中的无功功率不足问题系统具有重要的现实意义。本文首先概述了对无功补偿设计与装置进行介绍，包括无功补偿电容器，静止无功发生器。

关键词：无功补偿;电力系统;补偿设计.

一、无功补偿装置

1无功补偿电容器

目前在国内无功补偿电容器的应用较多，设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一。使用并联电容补偿器具有结构简单，经济方便的优点。当未接电容C时，流过电感L的电流为IL，流过电阻R的电流为IR，电源供给的电流为I1， I1=IR+jIL，此时相位角为φ1，功率因数为cosφ1。如果并联电容器C与电源设备（如变压器）或负载（如电机）并联连接，则电源设备或负载所需的无功功率可能全部或部分由并联电容器，即来自并联电容器的容性无功功率。消耗的感性无功功率用于补偿负载。并联接入电容C后，由于电容电流IC与电感电流IL方向相反，使电源供给的电流由I1减小为I2， I2=IR+j（IL-IC），相角由φ1减小到φ2，功率因数则由cosφ1提高到cosφ2 。

联电容器具有原理简单，安装维护方便、成本低等特点，目前变电站中大多使用 66kV、35kV 和 10kV 电压等级的并联电容器。但是它只能提供固定容量的无功，无功补偿容量越大，装置的体积也随之增大。并联电容器是目前配电网中应用最广泛的无功补偿装置，通过断路器将电容器并联接于电网，因为电容器发出的容性电流超前电网电压90o，而电网中的负荷呈感性，感性电流滞后电网电压90o，容性电流与感性电流相抵消，达到补偿无功的效果。为了避免浪涌电流时的输入电容，与一定容量的电容器在反应器的一端以减少开关过电压和过电流的影响系列。电容器易受电网谐波影响和电网，有可能是电感的谐振，使谐波放大元件发生过电压，电容器，因此烧毁事故。大容量电容器作为储能元件，断路器和网络连接，根据功率电压曲线运行，功补偿变化缓慢，对冲击载荷的不敏感，可实现实时动态快速功补偿。

2静止无功发生器

SVC高压动态无功补偿装置所示接入系统中，电容器提供固定的容性无功QC，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性无功和容性相抵消，只要能做到系统无功QN= QV（系统所需）-QC+QTCR=常数（或0），可以实现常数电网功率因数、电压波动，几乎关键在于精确控制晶闸管的触发角，得到了补偿电流，晶闸管变流器设备和控制系统可以实现的功能。收集总线电压无功电流价值和价值，无功功率的综合价值，并设置恒无功功率值（可能是零），触发角的大小，计算了晶闸管触发装置，所需的电流流过晶闸管。不对称负载，使用steinmets理论实现阶段调整，消除负序电流，三相电网平衡。

TCR的基本结构是两个反并联的晶闸管与电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作，当晶闸管的控制角α在90°到180°之间时，晶闸管受控导通（控制角为90°时完全导通，180°时完全截至）。在基础网络电压不变的前提下，增加控制角度将减少，这是当前降低感性无功功率设备;增加与减少的细胞控制角度将增加当前的感性无功功率和设备。每条曲线是TCR在导通角为某一特定角度下的伏安特性。

静止无功补偿（SVC）装置的主要型式可分为以下几种：

（1）晶闸管投切电容器型（TSC）

晶闸管投切电容器型静补主要根据负载感性无功功率的变化，切除或投入电容器组时，在实际系统中，每个电容器银行连接阻尼反应堆，以降低晶闸管电流的影响，以及避免共振现象和系统阻抗。电容器组可控硅，电容器是在两个极端的当前值（零电流和谐波电流评级）开关，所以不产生谐波，这是它的优点，但无功补偿是一个步骤，可怜的响应速度。TSC无功补偿装置的特点是快速响应（约10到20 ms），与它相比，虽然不是连续的无功功率调节，但运行时不会产生谐波和损失少的优点，因此在电力系统得到了广泛的应用，和许多细胞使用，构成了TCR+ TSC型混合补偿装置。

（2）晶闸管相控电抗器（TCR）

晶闸管的触发角从90°至180°连续调节，增大触发角，TCR的等效导纳增大，从而减小补偿电路中的基波分量，电抗器的电路相应地从额定值到零值连续变化，故通过调整触发角的大小就可以改变TCR所吸收的无功分量，从而达到无功补偿的目的。单独使用TCR只能吸收感性无功功率，因此常常与固定电容器（FC）并联使用，二者配合使用时，被称为TCR+FC型SVC。反映快速无功补偿装置的结构，约10 - 20 ms，运行可靠，可以调节无功功率，分相控制技术已经成熟，使用范围广，便宜的价格，与此同时，固定电容器系列调谐滤波器反应堆可以小，细胞吸收谐波电流，无功补偿设备这种类型的实际应用最广泛，电弧炉的控制电压闪烁，几乎总是使用这种形式。

（3）晶闸管相控电抗器和晶闸管投切电容器混合型（TCR+TSC）

主要由多个补偿电容器和一组晶闸管相控电抗器组成，其基本原理是：根据系统的无功功率需求，向相应的电容器组供电，并给出少量的补偿条件，晶闸管相控电抗器重复使用Absorb部分无功功率抵消了系统过多的无功功率，从而使系统电压水平达到了控制目的。然而，这种补偿方式仍然是评定性反应速度慢，感知条件产生大量谐波缺陷。

二、无功补偿容量的选择

无功补偿应尽量分层（按电压等级）和分区（按地区）补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输。根据国家《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行：

a.总体平衡与局部平衡相结合;

b.电力补偿与用户补偿相结合;

c.分散补偿与集中补偿相结合;以分散为主集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功

d.降损与调压相结合，以降損为主。

有优势和各种功补偿装置中的应用不足。什么样的补偿装置更适合城市配电网？首先，要考虑城市配电网的特点：1）负荷密度大，繁华的城市负荷密度大于40mW /平方公里，根据虚功补偿装置的配置需要大容量的原则;2）负载的多样性，城市配电线路连接的商业和住宅用电负荷，具有各种性质的行业，尤其是在未来的智能电网的发展，配电网将允许连接的分布式发电，电网功的多样性，要求补偿装置具有广泛的适应性;3）在电能质量（包括电压，谐波，三相电压不平衡等）需要高质量的，电能质量的必要保障城市的政治，文化，经济的发展和人民生活，但无功负荷时时都在变化，这就要求功补偿装置具有响应速度快的特点

参考文献

[1] 李宏，董瑾.无功补偿技术的研究[J]. 现代电子技术，2011（06）：34-35.

[2] 苏敏. 无功补偿原理及应用效果[J]. 中国新技术新产品，2011（06）：21-23.

作者简介：

姓名：刘钊辰（19870506），性别：男，籍贯：辽宁省朝阳市，单位：国电和风风电开发有限公司，研究方向：风电并网对电网的影响