电力系统无功补偿现状的分析研究

阳一正

（四川省电力公司广安电业局，四川 广安 638000）

近些年来，国民经济发展迅速，快速发展的经济带来了科学技术的提升，我国的电力行业一直高速向前发展着，随之而来的是日益完善的电网建设。负荷快速增长，使得无功的需求也有很大幅度地上升，导致电网中的无功功率不平衡，无功功率大量存在。在电力系统内部安装同步补偿机，可以使发电机生产更多的有功功率，在输送设备中安装补偿电容器，可以使设备输送更多的有功功率。这两种办法对于降低设备中的有功损耗以及设备中的电压质量有很大的作用。我们也可以这样说，在电力的生产、输送或者是消耗过程当中，进行无功补偿是非常必要的，它对于整个供电系统的安全、稳定能起到很好的促进作用。

一、无功补偿的概念原理

（一）无功补偿，又叫做无功功率补偿，在电力系统中可以降低供电变压器的损耗、降低输送线路中的损耗，从而起到提高电网功率因数的效果。选择合适的补偿装置，能使电网提高供电质量。若选择与使用不当，便会造成供电系统的电压波动，谐波增大等一系列问题。

（二）无功补偿的原理

电网输出的功率包含有两部分；一为有功功率，它会直接消耗电能,或者把电能转化成其它能量，如机械能、热能、声能、光能或者化学能,再利用这些转化后的能来进行作功。这部分功率叫做有功功率。第二种是无功功率，它不消耗电能;只是作为电气设备正常作功的必备条件，比如在电气设备中的电感、电容元在工作时建立磁场所需要的功率，这部分功率叫做无功功率。在生活与工业的用电负载中，绝大部分都属于应用了电磁感应原理而形成的感性负载，比如电动机、继电器、压缩机、日光灯等等，在运行的过程中，这些设备都需要无功补偿来协助应用。

二、电力系统无功补偿的种类

按照电容器位置的不同，无功补偿可以分为：

（一）供应处补偿。为使整个变电所功率因数提高，可以采用集中补偿的方式，做法是将电容器组集中装在总降压变配电所的10千伏母线之上。这样做，能减少电能在高压线路上的无功损耗，且可提高供电电压的质量。

（二）分组补偿。在功率因数相对较低的各配电所的母线上，分别装设电容器。这样做，无功补偿的范围和容量相对较小，但是可以分散安装，效果明显。

（三）单台电动机使用地补偿。在感性用电的设备附近安装电容器，用以进行无功补偿。此办法可具体提高感性用电设备的功率因数与电压质量。

在实际的供电工作中，这三种办法的使用都要兼顾到，统一安排，合理分布，以期达到最好的无功补偿效果。

三、电力系统无功补偿的现状

在电力系统的实际工作中，感性无功电流主要是由传统的异步电动机产生的，电力电子装置极大多数的功率因数不高，继而会产生大量无功电流，无功电流再进一步产生无功功率。正是由于电网本身运行规律的这种特殊性，决定了必然会在其工作中出现无功功率，无功功率本身不可缺少，但是它不作有用功，又会在电网工作中带来损耗，并且给全电网的供电质量带来负担。

故此，为了保持电网运行的高质量，无功补偿就成为必不可少的方法。

在早期的无功补偿工作中，主要的装置是并联电容器和同步调相机。并联电容器价格低、安装简易、方便维护，但是它的不足之处太多，比如电容量固定，在系统中不能分级补偿；系统中会下降更多电压；易于产生并联谐振，使原来存在的谐波电流增大。而同步调相机，是最早的完整意义上的无功功率补偿设备，但是它本身运行复杂，维护麻烦，损耗大，噪声高。随着并联电容器的普及使用，它一度居于次要地位。但是，在系统故障引起电压降低的时候，它可以在短时期内给受电侧提供电压支持，使电力系统保持稳定。

现在，人们更乐于接受的是静止无功功率补偿技术。所谓静止无功功率补偿指的是用不同的静止开关投切电抗器或者电容器，使其具有发出与吸收无功电流的能力，用以达到使电力系统功率因数提高、系统电压稳定、系统振荡受到抑制的目的。随着电子技术的成熟与发展，自换相变流电路的方法应用到了静止无功功率补偿装置中来，由此产生了静止无功功率发生器。它对于原有技术上难以避免的噪声与振动问题的解决，是一个突破。静止无功补偿装置是1978年在美国开始使用的，近十多年以来，已在国内得到了广泛应用。电容器和感性负荷并联在一起，用并联的电容器来对无功功率进行补偿，结构简洁、方便经济。

在目前，除了对于交换虚拟电路和静止无功发生器的无功补偿加以探讨外，人们正致力于对动态无功补偿中的其它形式静止变流器的研究。目前比较先进的是由美国研究的柔性交流输电系统，它的本质是在电力系统中应用到高压大功率电子技术，来提高电力系统输电能力和控制能力。是比较经济、方便的方法。其发展趋势主要有三种；具有饱和电抗器的无功补偿装置；晶闸管控制电抗器；闸管投切电容器。

四、电力系统无功补偿应该注意的几个问题

（一）防止产生谐振。谐振是指电网系统中强迫振荡的频率很接近自由振荡频率而产生的振荡现象。对于供电线路中有谐波源的，要增设电抗器，尽量把谐波的影响降下来，防止谐振现象发生带来的电容器损坏。

（二）无功功率补偿因数要控制在合理的范围。不要强求高补偿度，那样会带来无谓的损失。根据实践，功率因数从0.8 提高到0.9，在实际效果上，与把功率因数从0.9 提高到1.0，补偿容量是差不多的。具体实施起来，应该根据投资与实际功效综合来考虑。

（三）若采用单台电动机使用地补偿的方式，一定要防止过分补偿。因为电动机在切断电源之后，因为惯性作用，还会继续运行一段时间，其磁场会因为得到自励产生电压，而反向系统输送无功，多余的无功功率会使系统电压升高，使设备安全受到威胁。

（四）防止电压过大。电容器的补偿容量不可过大，否则，易引起电网电压的升高、电容器自身的损坏。实际电压值不得超过额定电压的1.1 倍。

五、电力系统的无功补偿装置顺序控制要合乎科学

在电力系统的无功功率补偿基本方案确立下来之后，无功补偿装置的的投切便要开始进行。在实际的操作过程中，不止有一个调压装置，在众多的调压装置中，必然会有先后顺序的不同，不可能同时同步完成。与此同时，不同的控制动作之间，也会互相影响。在配电网中，某个节点的电压控制器发生变化，会致使相邻节点的电压水平产生相应的变化，相邻节点的电压水平变化，又会对与它邻近的节点产生影响。在无功补偿装置投切操作过程中，不是一次性完成，而是需要反复进行投切，这样，必然会导致电网系统的电压波动，甚至是控制振荡。继而对配电网的供电质量和供电可靠性都产生影响。所以，调压装置的投切要科学合理，有先有后地进行，尽量照顾到每个节点的供电工作，把电网电压的改变控制在最小的波动范围中。

另外，在无功补偿中，经常出现以下几个方面的问题。1、电容器频繁损坏。2、电容器外熔断器在运行中发生熔断。3、电容器组使用率低、经常投入。对于上面这几个问题，我们要进行专门的研究，对无功补偿设备综合整治，以期达到无功功率补偿设备的正常使用。

总结：

电力系统的无功补偿关键点是要补偿低压无功功率负荷，给配电网的供应、传输设备进行无功补偿，既可以减轻上一级电网压力，亦且能提高配电变压器的利用率，促使用电用户的电压质量得到改善，同时，在电网功率因数、电能损失，用户电费支出等诸多方面，无功补偿都能够起到积极的作用。在现代的电力系统中，最大幅度发挥输电线路设计容量和提升系统运行稳定性提，是两大重要课题，在电子技术快速发展的前提下，电网能量传输过程中的大量无功功率使电能利用率严重降低并且严重影响到了供电的质量，我国目前使用广泛的还是静止无功功率补偿装置。而基于智能控制策略的可以进行无功功率动态补偿的晶闸管投切电容仍需大力推广。

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