浅析电力系统中无功补偿的研究进展

陶明越 薛玉翠

黑龙江省绥化学院电气学院

浅析电力系统中无功补偿的研究进展

陶明越 薛玉翠

黑龙江省绥化学院电气学院

无功功率补偿技术是保持电网高质量运行的一种主要手段，也是当今电力电子技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，已经引起人们的高度关注。本文在无功功率补偿原理的基础上，探讨了我国相关领域的研究进展，以期促进我国电力系统中无功功率补偿应用的不断发展和进步。

无功功率补偿；研究进展；重要意义；补偿装置

随着我国经济的迅速发展，工农业生产能力不断增强，其用电量也在不断增长，用电结构也随之发生了巨大的变化，使得电力供需矛盾不断激化和加深。要保证电力系统的稳定运行和获得高质量的电能，其先决条件就是解决远距离输电，无功补偿能有效提高电力系统的电压稳定性，保证电压质量，提高发输电设备的利用率，降低不必要的网损和减少发电费用，对电网安全经济地运行具有重要的作用。因此，无功补偿在电力体系中的应用备受瞩目，已成为全社会普遍关注的问题。

1 相关理论概述

1.1 无功功率补偿的原理

电能通过发电机、变压器、输电线路送到用户端，由于受到功率、发热和温升的限制，发电机、变压器、输电线路等各种电器都有额定电流、电压和功率的限制，输电线路中传送的功率包括有功功率和无功功率两部分，有功功率(P)是保持电力设备正常运转所必需的电功率，也就是将电力能量全部转化成除电能以外的其他能量（机械能、光能、热能等）形式所得出的一个电功率；无功功率(Q)就是在整个电气设备里的电感、电容这系列的元件在上作的时候因建立电力磁场而耗用的一个电功率。目前，在我国的工农业生产及居民生活用电负载中，大部分都是感性负载，如荧光灯、变压设备等，这些设备在运行过程中是需要急时进行无功补偿的。无功补偿的基本原理是把具有容性的设备与感性用电负载之间相并联，电能就会在这两种负荷间进行随意的转换，从而就达到了减少在整个电网系统中无功功率耗用的作用。

1.2 无功功率补偿的补偿形式

无功功率补偿的方式有很多，要根据自身实际情况选取不同的补偿方式。首先，是集中补偿。在高低压配电中心内设置若干组电容器，将电容器连接在配电母线上，实现集中补偿，从而到达补偿供电范围内无功功率的目的；其次，是分散就地补偿，就是在高压配电装置或者动力箱的母线上连接电容器，实现对高压配电装置或者动力箱附近电动机的无功补偿。还可以将电容器装于控制箱中，放置在电动机旁边，对其进行单独补偿。这种单独的补偿，一般用于降压启动以及一些有可逆运行操作要求的电动机等；再次，是组合补偿，这是目前应用比较广泛的一种补偿方式。组合补偿方式可以分为固定补偿与动态补偿相结合的组合补偿、三相共补与分相补偿相结合的组合补偿、稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的组合补偿三种；最后，是智能无功补偿，是目前比较先进的一种补偿方式，这种方式可以进行低压无功补偿、监测综合配电、计量配电区的线损、考核电压合格率等。

2 电力系统中无功补偿研究现状

我国经济的迅速发展离不开电力系统的长足进步，目前，国内已经形成了巨大的电路网络，只要有一点点改变能降低能耗损失，就是巨大的财富，会为我国减少很多能源。因此，自从武功功率补偿原理明确之后，就有很多专家学者在这方面进行了研究。1989年，贵州工学院电气工程系的胡国根、刘明富等几名专家全面地分析了当时国内外无功功率研究的动态和现状，并根据贵州电网的实际现状，提出了一些有益的改进建议和措施[1]；2008年，广东省电力试验研究所的曾纪添阐述了国内外电力系统无功电压控制的问题、发展的方向、AVC研究现状及电网动态电压稳定的策略[2]；2010年，华南理工大学电力学院的朱鹰屏博士研究了电压稳定性的定义、本质、研究方向和相关理论，以及无功功率控制策略在电压稳定性方面的研究现状[3]；2011年，牡丹江电业局的李春丽对在电网建设里无功功率补偿技术的实施意义方面进行了讲解，介绍了目前国内外在无功补偿技术上的开发、研究现状[4]；同年，广西电网公司钦州供电局的黄林燕，以广西钦州10 kV配网为例，分析了电网无功的管理以及无功补偿设备的重要性，重点研究了配网无功补偿容量如何优化配置、容量选择及应用前景等[5]。虽然我国已经进行了大量的研究，但是科学是在不断进步的，我们应积极利用先进的技术应用到电力系统中，研究无功功率补偿设备的研制等，促进我国电力系统的进一步发展。

3 无功功率补偿装置的研究进展

3.1 并联电容器组装置

并联电容器补偿装置就是把电容器组并联接在用电负荷或者供电设备上，负荷所需的无功功率是由电容器组供给一部分，而相应的装置就是并联电容器组装置。通过电容器组减少了无功功率的输送，达到了减少线路电量损耗、改善电压质量、提高了电力设备效率的作用。采用这种形式一般都是就地补偿，将电容器组安装在用电负荷中心或者附近位置，补偿线路以及变压器的I2X损耗，保证在重负荷下有很好的电压水平，越在线路末端，短路容量越小，改善电压的效果也就越好。目前，静止同步补偿器(STATCOM)是这种装置的主要形式之一。静止同步补偿器可以校正稳态运行的电压，也可以在故障之后恢复期间的高速稳定电压，对提高电力系统暂态稳定具有十分重要的作用，而且这种装置的体积小、价格低、机械惯性小、机械损耗和旋转噪声也很小。但是这种并联补偿装置是以牺牲稳定区域以及电压调节范围为代价的，因此，应该根据实际情况适当的运用。

3.2 串联电容器组装置

电容器串联补偿装置是把电容器组串联于输电线路上，采用集中电容补偿线路的电感，改变线路的具体参数，减少了线路上的电压损耗。电压的提高导致线路的参数改变，功率损失也就相应的减少了。这种补偿装置无功功率输出是随着线路的负载增加而不断增加的，增加稳定极限，改善电压的调节。制约这种装置应用的主要问题在于次同步谐振和过电压现象，因此，只有当功率因数较低，导线截面积较大的长线路，才可以使用这种串联电容器组装置这样才会更合理。

3.3 调相机装置

调相机装置其本质就是一种旋转电机，是没有有功输出的同步机，它的电压控制特性与同步发电机是一样的，不托动机械的负载，也不需要原动机的托动，这是因为它可以吸收系统少量的有功功率，为本身转动提供能量。调相机装置的转子上有直流励磁，以保持其与系统频率相同转速。调相机装置可以方便地调节无功功率的供需平衡，还可以提均匀地调整供电电压。

3.4 静止无功补偿(SVC)装置

静止无功补偿器(SVC)装置是当前最先进的无功补偿装置，它大致可以分为可控饱和电抗器型、自饱和电抗器型、相控电抗器型三种形式。静止无功补偿器可以进行双向连续、平滑的调节、调节速度快，没有旋转部件，因此，运行维护非常简单，特别适合用于中高压电力系统中的无功补偿。但是它也存在一定的问题，它自身工作过程中会产生谐波，会污染整个电力系统，如何避免这一现象也是各国专家学者研究的热点。

4 无功功率补偿技术的发展趋势

根据上述我国无功功率补偿的情况及出现的问题，今后我国的无功功率补偿的发展方向是无功功率动态自动无级调节，谐波抑制，有以下几种装置。⑴TSC补偿装置。这种TSC是通过微机检测电网电压和电流，计算需要补偿的电容无功量，在恰当的时间投入或切除相当数量的带你容器，从而控制电网的功率因数在允许的范围内，TSC 补偿装置操作无涌流，跟踪响应快，并具有各种保护功能；⑵SVG。SVG静止无功发生器的原理是将自然换相电路接到电网上，通过调节交流侧的电压或电流，使得SVG电路吸收或者发出无功电流，实现无功补偿的目的。其具有响应速度快，连接电抗小，谐波含量小，运行范围广，通过增大直流侧电容值，在短时间内还可以向电网提供部分有功功率等优点；⑶电力有源滤波器。运用瞬时滤波形成技术，对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”，其补偿特性受电网阻抗参数影响较小；⑷综合潮流控制器。其方法是将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角皆可连续变化，从而实现线路有功和无功功率的准确调节，并可提高输送能力以及阻尼系统振荡。这种装置的优点：无功是其本身装置控制和产生的，消耗或提供有功功率较少。

伴随着超高压输电技术的发展，对输电线路的无功功率补偿技术研究仍在继续，研究的重点主要在控制策略上，模糊控制和人工神经网络控制等控制手段已经应用在SVC和SVG系统中，提高了SVC和SVG系统性能。随着电力电子技术在电力系统中应用，电力电子源滤波器因为具有良好的动态控制性能正日益受到重视，应用越来越多，必将成为今后无功功率补偿系统的发展方向。

[1]胡国根,刘明富,许克明等.电力系统无功功率控制的研究现状[J].贵州工学院学报, 1989, 18(1):1-6.

[2]曾纪添.电力系统无功补偿及电压稳定性研究综述[J].南方电网技术,2008,2(1):56-60.

[3]朱鹰屏,蔡泽祥,张绪红.电力系统电压稳定性及其无功功率控制策略研究[J].广东电力, 2010,23(12):13-17.

[4]李春丽.电力系统无功补偿技术发展现状分析[J].中国科技财富, 2011,10:18.

[5]黄林燕.电力系统中无功补偿设备的应用—以广西钦州10kV配网为例[J].技术研发, 2011,18(12):70-72.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.20.003

陶明跃（1990-），男，黑龙江省通河县人，绥化学院电气学院电气工程及其自动化专业，研究方向：电力电子与电力传动。

薛玉翠 绥化学院电气工程学院。