电力系统中无功补偿装置的应用研究

黎春荣 郭小梅 杨翔极 何惠文

摘   要：近几年，伴随着我国经济的高速发展，生活及工业用电量也在不断上升，节能降耗、缩减企业经营成本是每一个企业所追寻的目标。对电网实施无功优化控制是提高电能质量的关键途径，能够有效改善电网电压分布，降低输电线路的电能损耗，增强电力传输的稳定性。而一旦电力系统存在严重电压波动，将会影响整个电力系统稳定性，严重时，致使电压崩溃，用电设备永久损害，因此，就地补偿就显得格外重要。本文将主要分析在电力系统中无功补偿装置的具体应用，以此期望能对智能电网的发展提供参考依据。

关键词：电力系统  无功补偿装置  原理  优势

中图分类号：TM73                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）04（c）-0005-02

一直以来，在电力系统控制中，电压无功补偿控制都是一个传统课题。不管是电网电压水平偏低，又或者是电压损耗偏高，都会容易导致电能出现严重浪费。而无功补偿技术则是提高电能质量的关键手段，主要作用在于提高负载和系统的功率因数、平衡三相负载的功率等，对电网安全经济的运行具有重要作用。

1  无功功率补偿的原理

电能需要通过多设备才能传送到用户端，因为受到功率、电压、电流的限制，输电线中传送功率通常分为两种，一种为有功功率，一种为无功功率，有功功率是电力设备顺利进行的必要条件，通俗来说就是通过用电设备将电力能量转化为其他能量形式，例如热能、声能等。无功功率较为抽象，主要用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。无功功率补偿是一种技术措施，指的是在电力系统中的变电所装置无功功率电源，将无功功率的流动进行改变，降低网络损耗，提高电压水平及动态性能。现阶段，在我国的生产及日常生活中，大多数用电负载都属于感性负载，在运行期间均需要进行无功补偿。

2  无功功率补偿的补偿方法

无功功率补偿可以将其分为多种，如集中补偿、分散补偿以及就地补偿、组合补偿等，需按照实际情况对补偿方法进行合理选择。其中，集中补偿指的是在配电中心中设置多组电容器，与配电母线相互连接，从而实现无功功率补偿。分散补偿主要优势在于无功容量小，效果明显，通常应用在功率因数底的高低压母线上。就地补偿主要优点在于能够提升用电设备功率因数，改变电压质量，通常装置在或电感性用电设备周边，实现对高压配电装置的无功补偿。此外，还能够将电容器放置电动机附近，实行单独补偿，该种方式通常应用在能够逆运行的电动机中。另外，任意组合补偿，这是现阶段应用较为普遍的一种形式。最后，智能无功补偿，该方式正处于发展阶段，能够实现监测综合配电、低压无功补偿等。

3  电力系统中无功补偿研究现状

近几年，我国经济得到了快速发展，国内形成了巨大的电路网络，只需些微控制降低能耗损失，则能够提高巨大的经济效益。由此，自无功功率补偿原理被提出后，便得到了众多学者的关注。

例如，在1988年，胡国根等分析了国内外无功功率的研究动态及现状，同时按照成都电网的实际情况，提出了相应优化措施;在2009年，曾纪添探究了电力系统无功电压控制问题以及未来的发展方向;在2011年，朱鹰屏等人分析了电压稳定性的本质，并对无功功率控制策略在电压稳定性方面进行了阐述;2012年，李春丽在电网建设中无功功率补偿技术的实施意义上进行了讲解;2015年，黄林艳等人以贵州遵义10kV配网为例，分析了电网无功管理和无功补偿设备的重要性，同时分析了配网无功补偿容量如何进行优化配置等。目前，在无功补偿方面，虽然我国做出了大量研究，科学技术是在不断进步的，我国仍需利用先进技术积极的应用到电力系统中，以此推动我国电力系统的稳定发展。

4  无功功率补偿装置的研究进展

4.1 并联电容器组装置

并联电容器补偿装置通俗来说，即是指将电容器组串联在供电设备上，而用电负荷所需的无功功率是电容器组供给的其中之一，与之对应的装置就是并联电容器组。通过电容器组缩减无功功率输送，从而降低线路电量的损耗，改善电力设备效率。选取并联电容器组装置的形式通常为就地补偿，补偿线路和变压器的无功损耗，确保在重负荷之下能够具备良好的电压水平，如果位于线路末端，那么其电压效果也能够更好。现阶段，在并联电容器组装置中，静止同步补偿器是主要形式，能够校正稳态运行的电压，同时还可以在故障之后恢复高速稳定电压，对于改善电力系统暂态稳定具有重要意义。并联补偿能够改变电网的阻抗特性、维持节点电压、向电网提供无功或有功功率。此外，该装置具有多种优势，例如价格低廉、占据面积小、噪声低等。缺陷在于该装置是通过牺牲稳定区域和电压调节范围来提高电压水平，在现实中，需针对实际情况来使用。

4.2 串联电容器组装置

串联电容器主要作用在于一方面限制合闸涌流，另一方面在于限制谐波，避免或减少电压波形畸变，降低短路电流，预防电网过电压保护。将电容器组串联在输电线路上，通过集中电容补偿线路电感，来降低电压损耗，功率损失也会随着线路参数的改变而降低。串聯电容补偿技术是增强输变电网稳定的有效措施，同时也是无功补偿最经济的一种方法。在应用串联电容器组时，需要注意，防止谐振过电压以及电容器爆炸，需合理应用该装置。

4.3 调相机装置

调相机由定子、转子、励磁系统三部分构成，在SCV还未发展前，调相机装置是无功补偿的常用设备，许多大型电网场合都将其应用，目前随着电子技术的发展，该装置目前已极少使用。调相机装置可以理解为是一种特殊的同步电机，也可以称为同步补偿机，作为初级无功补偿技术产品，优势十分突出，不仅能够补偿感性符负荷，同时还能够补偿容性负荷，维持电网电压水平。缺陷在于运行过程中，噪音大、费用高昂、在后续维修上较为不易。

4.4 静止无功补偿（SVC）装置

SVC是静止无功补偿装置的简称，与传统无功补偿方式存在不同，SVC是动态无功补偿产品，属于目前较为先进成熟的无功补偿装置。它具有最快的响应速度，以可控硅为调节执行单位，具有可连续无级调节，调节过程中无涌流、拉弧、无机械开关使用寿命的限制等优点。尤其适合需要快速补偿的工业场合，如电弧炉、轧机、电力机车等，能够显著提高用户的功率因数，为用户节能降损。但SVC也存在一定缺陷，如自身工作期间会产生谐波，容易对电力系统产生污染，而如何预防这种情况，还需相关学者进一步研究。目前，按照可调电抗器的调节方式及工作原理的差异性，又可分为晶闸管控制的电抗器、晶闸管控制的变压器、磁控电抗器3种。

参考文献

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